介质的磁化规律

1、介质的磁化规律一.磁化率和磁导率定义：实验证明，如果磁介质是各向同性的，在外磁场不太强的情况下，任一点的磁化强度与磁场强度H之间有如下关系：,式中 为磁介质的磁化率，它是只和磁介质的性质有关的纯数。将 代入可得: 这更直接地表达了磁介质中任意点的B与H的关系，式中：，是磁介质的相对磁导率: 称为磁介质的磁导率。磁介质的分类：如果能在同一传导电流的磁场中，先后测出在真空和充满某种磁介质时的磁感强度 和B，则它们的比值就是该磁介质的相对磁导率 ，即:按 值的不同，磁介质分为三类：（1）：顺磁质，如氧、铝、钨、铂、铬等。（2）：抗磁质，如氮、水、铜、银、金、铋等。表示完全抗磁性，如超导体是理想的抗磁

2、体。（3）：铁磁质，如铁、钴、镍等。二.铁磁质一、铁磁质的性质：铁磁质的最主要特性是磁导率非常高，在同样的磁场强度下，与真空或弱磁材料相比，铁磁质中磁感强度大几百倍甚至几万倍。铁磁质还具有一些不同于弱磁材料的特性：铁磁质的磁感强度B与磁场强度H的关系是非线性关系，铁磁质的磁导率不是恒量，会随磁场强度H的改变而变化,而且铁磁质的磁化过程是不可逆的,具有磁滞现象,一般用磁滞回线来描述。二.铁磁质的磁化规律： 用待测的铁磁质为芯制成螺线环，当线圈中通以电流I时，环内的磁场强度H=nI ，通过测量电流I，就知道了铁磁芯磁化的磁场强度H。在螺线环的铁芯上切开一个小开口，因磁感应强度的法向分量在切口和铁芯

3、中连续，故用小线圈在开口处测量的B就是环路中的磁感应强度。根据:，可以测出磁化率。因铁磁质的BH 的关系不是线性的，故铁磁质的不是常数，它是随H的变化而变的。磁化曲线表示磁场强度H和磁感应强度B的关系。实验开始时I = 0，未经磁化的铁芯中H = 0，B = 0，这一状态相当于BH 图上的原点O，逐渐增大线圈中的电流I ，相应地H= nI 按比例增大，开始时(即oa段) B 增加较慢，接着(即ab段) B很快增加，但过了b点后，B 增加减慢，过了c点，再增加H ,B几乎不再增加，这时铁芯磁化达到饱和。从O到达饱和状态c这一段BH曲线称为磁芯的起始磁化曲线。当外加磁场由强逐步减弱至H =0时，铁

4、磁质中的B不为零，而是B =Br ，Br称为剩余磁感应强度，简称剩磁。要消除剩磁，使铁磁质中的B恢复为零，需要加上反向磁场强度Hc，Hc称为矫顽力。 若使反向电流继续增加，以增加反向磁场强度H，磁化达到反向的饱和状态f点。若将电流改回原来方向，磁化曲线就会形成一闭合曲线。这就是铁磁质的磁滞回线。在铁磁质的磁化过程中，铁磁质磁化状态的变化总是落后于外加磁场的变化。这就是磁滞现象。三.铁磁质的磁化机制：铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。相邻原子的电子之间存在着很强的“交换作用”，这是一种量子效应。它促使自旋磁矩趋向能量较低的平行排列状态，形成磁畴(magnetic domain)。可见磁畴是自发的磁

5、化区域。磁畴的体积约为1012-108米3，其中含有约1017-1021个分子 。磁畴可用全相显微镜观测。在无外磁场的作用下磁畴取向平均抵消，能量最低，不显磁性。 在外磁场较弱时，自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的那些磁畴逐渐增大（畴壁位移），在外磁场较强时，磁畴自发磁化方向作为一个整体，不同程度地转向外磁场方向。当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就达到饱和状态。饱和磁化强度等于每个磁畴中原来的磁化强度，该值很大，这就是铁磁质磁性强的原因。磁滞现象是由于掺杂和内应力等的作用，当撤掉外磁场时磁畴的畴壁很难恢复到原来的形状，而表现出来。磁致伸缩是因磁畴在外磁场中的取向，改变了晶格间距而引起的。当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则排列；在临界温度（居里点）时，铁磁质完全变成了顺磁质。四.铁磁质的分类： 根据铁磁质的矫顽力Hc的大小，将铁磁材料分成软磁、硬磁和矩磁材料。(1) 软磁材料: 磁纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。易磁化、易退磁。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线呈细长型，在交变磁场中剩磁易于被清除，适用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。(2) 硬磁材料:钨钢，碳钢，铝镍钴合金等。磁滞回线宽肥，磁化后可长久保持很强磁性，适于制成磁电式电表中的永磁铁、耳机中的永久磁铁、永磁扬声器。(3) 矩磁材料:锰镁铁氧体，锂