磁滞回线和磁化曲线图一中的原点0表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态,即B=H=O,当磁场H从零开 始增加时,磁感应强度B随之缓慢上升,如线段oa所示,继之B随H迅速增长,如ab所示, 其后B的增长又趋缓慢,并当H增至H时,B到达饱和值,oabs称为起始磁化曲线图 一表明,当磁场从Hs逐渐减小至零,磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“0”点,而是沿另一条新的曲线SR下降,比较线段 0S和SR可知,H减小B相应也减小,但B的变化滞 后于H的变化,这现象称为磁滞,磁滞的明显特征是 当H=0时,B不为零,而保留剩磁Br当磁场反向从零逐渐变至-叫时,磁感应强度B消 失,说明要消除剩磁,必须施加反向磁场,H称为矫顽 力,它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力,线段 RD称为退磁曲线图一还表明,当磁场按H t0t-H t-H t0tH tH S D S D S次序变化,相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS' R' D' S变化,这闭合曲线称为磁滞回线所以,当铁磁材 料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心),将沿磁滞回 线反复被磁化T去磁T反向磁化T反向去磁在此过程 中要消耗额外的能量,并以热的形式从铁磁材料中释放, 这种损耗称为磁滞损耗,可以证明,磁滞损耗与磁滞回线 所围面积成正比。
应该说明,当初始态为H=B=0的铁磁材料,在交变磁场 图一强度由弱到强,依次进行磁化,可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线^,及口图二所 示,这些磁滞回线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线,由此可近似确定其磁导率BH,因B与H非线性,故铁磁材料的卩不是常数而是随H而变化(如图三所示)铁 磁材料的相对磁导率可高达数千乃至数万,这一特点是它用途广泛的主要原因之一可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据,图四为常见的两种类型 的磁滞回线,其中软磁材料的磁滞回线狭长,矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小,是制造变压 器、电机和交流磁铁的主要材料而硬磁材料的磁滞回线较宽,矫顽力大,剩磁强,可用来 制造永磁体H1.磁介质的分类在磁场作用下能被磁化并反过来影响磁场的物质称为磁介质设真空中原来磁场的磁感应强度为B,引入磁介质后,磁介质因磁化而产生0附加的磁场,其磁感应强度为B,在磁介质中总的磁感应强度是B和B的矢量0和,即B = B +B设卩=—,卩称为介质的相对磁导率根据实验分析,磁 0 r B r0介质可分为:(1) 顺磁质卩> 1,如铝、铬、铀等r(2) 抗磁质卩< 1,如金、银、铜等r(3) 铁磁质卩>> 1,如铁、钻、镍等r铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。
当温度上升到某一温度时,铁磁性材料就由铁 磁状态转变为顺磁状态,即失去铁磁性物质的特性,这个温度称之为居里温度,以Tc表示 居里温度是磁性材料的本征参数之一,它仅与材料的化学成分和晶体结构有关,而与晶粒的 大小、取向以及应力分布等结构因素无关,因此又称它为结构不灵敏参数测定铁磁材料的 居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制;对工程技术的应用都具有十分重要的意义2.铁磁质的磁化机理铁磁质的磁性主要来源于自由电子的自旋磁矩,在铁磁质中,相邻原子间存在着非常强的“交换耦合”作用,使得在没有外加磁场的情况下,它们的自旋磁矩能在一个个微小的区域内“自发地”整齐排列起来,这样形成的自发磁化小区域称之为磁畴实验证明,磁畴的大小约为10T2〜10-8m 一3,包含有1017 ~ 1021个原子在没有外磁场作用时,不同磁畴外磁场方向图23-1无外磁场作用的磁畴 图23-2在外磁场作用下的磁的取向各不相同,如图23-1所示因此,对整个铁磁物质来说,任何宏观区域的平均磁矩 为零,铁磁物质不显示磁性当有外磁场作用时,不同磁畴的取向趋于外磁场的方向,任何 宏观区域的平均磁矩不再为零当外磁场增大到一定值时,所有磁畴沿外磁场方向整齐排列, 此时铁磁质达到磁化饱和,如图23-2所示。
由于在每磁畴已排列整齐,因此,磁化后的铁 磁质具有很强的磁性铁磁物质被磁化后具很强的磁性,但这种强磁性是与温度有关的,随着铁磁物质温度 的升高、金属点阵热运动加剧,会影响磁畴的有序排列但在未达到一定温度时,热运动不 足以破坏磁畴的平行排列,此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零,物质仍具有磁性,只是 平均磁矩随温度升高而减小当温度达到一定时由于分子剧烈的热运动,磁畴便会瓦解,平 均磁矩降为零,铁磁物质的磁性消失而转变为顺磁物质,与磁畴相联系的一系列铁磁性质(如 高磁导率、磁致伸缩等)全部消失,磁滞回线消失,变成直线,相应的铁磁物质的磁导率转 化为顺磁物质的磁导率与铁磁性消失时所对应的温度即为居里温度。