15铁磁物质的磁性能

磁学现象与物质的磁性

磁学现象与物质的磁性 人们很早就发现磁性材料具有特殊的功能特性。公元前3世纪，《吕氏春秋·精通篇》中就出现“石，铁之母也。以有磁石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也”的记载，叙述了磁性材料可以吸引特定的物质，如铁等。在战国末期韩非所著的《有度篇》中已出现“故先王以立司南以端前夕”的记载；而在东汉王充的《论衡·是应篇》中出现了“司南之勺，投之于地，其柢指南”的记载，叙述了磁性材料具有南北极，可以指示南北方向的特性。北宋沈括所著的《梦溪笔谈》中已有制作指南针的详尽描述，明朝《萍洲可谈》中出现船舶在苏门答腊海中航行时应用指南针的详细记载，叙述了磁性材料的应用。在欧洲，人们在小亚细亚的Magnesia 地区发现了磁铁矿，因而人们把磁石叫做Magnet 。 人们虽然很早就发现了磁性的存在，但对磁性现象本质的认识却经历了相当长的时间。1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第发现了电磁感应定律以及楞次发现的楞次定律，人们才逐渐揭开了磁性的奥秘。随着原子结构的被揭露，尤其是量子力学的成就，人们对目前磁性的物理本质才有了一个大体满意的解释。 一、磁及磁现象的根源是电荷的运动 1.1 一些基本的磁现象 当电流通过一条导线，生成一个方向由右手定则指示的磁场。如果大拇指指示正向电流I 的方向，四指就指示磁场B 的方向。 如果一条载流的长导线被卷成圆筒形，环绕圆筒线圈可观察到一个磁场；磁场的形状具有环环相叠的圆柱对称性，它的方向由右手定则规定。此时，四指指示电流方向，拇指给出线圈内部的磁场方向。外部的磁场具有圆环对称性。而地球磁场源自地球熔融铁核的流动。这种流动才使图中罗盘针的黑端指示出地理北极的方向。 假定一根棒状磁体按图1-3从一个线圈内部向外移开，在线圈绕组的两端可检测到一个电压脉冲。电压源自线圈内磁力线的变化。感生电压遵从Lenz 定律—如果线圈内的磁力线发生变化，由此在线圈内感生的电压是这样的．由它产生的电流决定的磁场与初始的变化方向相反。图1-3标出了电压，由它的电流生成的磁场由线圈指向外(其方向同棒状磁体运动产生的变化相反)。电压的方向也由右手定则规定。磁力线的变化感生电压，决定了发电机和变压器的运转，以及抗磁性的材料行为。图1-1一条载流导线的磁场 图1-2圆筒线圈的磁场

磁性材料的基本特性

一.磁性材料的基本特性 1.磁性材料的磁化曲线 磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。 材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。 2.软磁材料的常用磁性能参数 ?饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列； ?剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs； ?矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）； ?磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关； ?初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp； ?居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度； ?损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r； ?在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方厘米） 3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换 ?设计软磁器件通常包括三个步骤:正确选用磁性材料；

铁磁材料的磁性能

铁磁材料的磁性能 1、铁磁性物质的磁化 当把一根铁棒插入通有电流的线圈时，可以发现铁棒能够吸引铁屑，这是由于铁棒被磁化的缘故。所谓磁化是指使原来没有磁性的物质具有磁性的过程。只有铁磁性物质能够被磁化，非铁磁性物质不能被磁化。 铁磁性物质能够被磁化的主要原因是其内部存在大量的磁性小区域，即磁畴。在无外磁场作用时，铁磁物质中磁畴的排列杂乱无章，磁性相互抵消，物质对外界并不显磁性。但是，在外磁场作用下，磁畴将沿着磁场的方向排列，从而产生附加磁场，如图 4.1所示。附加磁场与外磁场叠加在一起，使得总磁场增强。有些铁磁性物质在去掉外磁场后对外仍显磁性，于是它们变成了永久磁铁。 （a）（b） 图4.1铁磁性物质的磁畴 2、磁化曲线 铁磁性物质在外磁场作用下，其内部将产生磁场。表征铁磁性物质内磁感应强度B随外磁场强度H变化的曲线，称为磁化曲线，也称为B-H曲线。如果铁磁性物质从完全无磁的状态进行磁化所得到的磁化曲线称为起始磁化曲线。磁化曲线是非线性的。起始磁化曲线应经过坐标原点，如图4.2所示。

图4.2铁磁性物质的磁化曲线 在磁化曲线起始的Oa段，曲线上升缓慢，这是由于铁磁物质内部磁畴的惯性造成的，这个阶段称为起始磁化阶段。随着H的增大，B也增大，磁化曲线中ab段的变化接近于直线，这是由于大量的磁畴在外磁场作用下沿着磁场的方向排列，附加磁场增强。然后，在bc段，随着H的增大，B也增大，但增大的速度变慢，这是由于铁磁性物质内部只剩下了少数的磁畴。最后，在cd段，由于铁磁性物质几乎全部被磁化，继续增大H，B几乎没有变化，即B达到了饱和值。不同的铁磁性物质具有不同的磁化曲线。 3、磁滞回线 上面介绍的磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强时的磁化过程。但是，在实际使用中，许多铁磁性材料往往工作在大小和方向交替变化的磁场中，这时由于铁磁性物质具有滞后效应和粘滞性，使得B的值不仅与相应的H有关，还与物质之前的磁化状态有关。 实验表明，如果B达到饱和值后，逐渐减小H，这时B并不是沿着图4.2中的磁化曲线减小，而是沿着另一条曲线下降，如图4.3所示的de段。当H减小至零时，B的值不是零，而是Br，Br称为剩磁。 图4.3磁滞回线 为了消除剩磁，必须施加反向的磁场。当反向磁场由零增大到Hc时，B的值为零。Hc 称为矫顽力，它反映了铁磁性物质保持剩磁的能力。继续增大反向磁场，B的值将从零变为负值，即B的方向发生改变，铁磁性物质被反向磁化。反向磁化使B达到饱和值后，减小反向磁场，磁化曲线将沿gk段变化，在k点处H为零。继续增大正向磁场，磁化曲线将沿khd变化。从磁化的整个过程可以看出，B的变化总是落后于H的变化，这种现象称为磁滞现象。磁化过程所形成的闭合的、对称于原点的曲线defgkhd，称为磁滞回线。

磁性材料的磁性能

磁性材料的磁性能 一、高导磁性 磁性材料的 μr >>1，可达数百、数千、乃至数万之值。能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。 磁性材料在外磁场作用下，磁畴转向与外磁场相同的方向，产生一个很强的与外磁场同方向的磁化磁场，磁性物质内的磁感应强度大大增加，即磁性物质被强烈的磁化。磁力线集中于磁性物质中通过。 磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。在此主要介绍其磁性能。 磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。实现用小的励磁电流产生较大的磁通和磁感应强度。

磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度达到饱和值。如图。 二、磁饱和性 B J 磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线； B 0 磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线； B 为B J 曲线和B 0直线的纵坐标 相加即磁场的 B -H 磁化曲线。 O H B B 0 B J B ? a ? b

? B -H 磁化曲线的特征 Oa 段：B 与H 几乎成正比地增加； ab 段： B 的增加缓慢下来； b 点以后：B 增加很少，达到饱和。 O H B B 0 B J B ? a ? b ? 有磁性物质存在时，B 与 H 不成 正比，磁性物质的磁导率μ不是常数， 随H 而变，如图。 ? 有磁性物质存在时，Φ 与I 不成 正比。 ? 磁性物质的磁化曲线在磁路计算 上极为重要，其为非线性曲线，实际 中通过实验得出。 O H B,μ B μ

(完整版)磁介质中的磁场

第十二章磁介质中的磁场 一、基本要求 1.了解顺磁质、抗磁质和铁磁质磁化的特点及磁化机理。 2.掌握有磁介质时的安培环路定理，确切理解磁介质中的磁感应强度、磁场强度和磁化强度的物理意义及其关系。 二、磁介质的磁化 所谓磁介质的磁化是指在外磁场作用下，磁介质出现磁化电流的现象。对于各向同性的均匀磁介质而言，磁化电流只可能出现在它的表面上。 1）磁化的微观机制 分子电流：把分子看作一个整体，分子内各电子对外界所产生的磁效应的总和用一个等效的圆电流表示，这个圆电流称为分子电流。 分子磁矩：分子电流的磁矩称为分子磁矩，记为P→m分子 a.顺磁质 顺磁质分子的固有磁矩不为零。无外磁场时，由于热运动分子磁矩的取向杂乱无章，在每一个宏观体积元内分子磁矩的矢量和为零，因而对外界不显示磁性。 在外磁场存在时，每个分子磁矩受到一力矩的作用，此力矩总是力图使分子磁矩转到外磁场方向上去，各分子磁矩在一定程度上沿外磁场方向排列起来，这就是顺磁质的磁化。此时，顺磁质磁化后产生的附加磁场在顺磁质内与外磁场方向相同，显示了顺磁性。 b.抗磁质 抗磁质的分子磁矩为零。在无外磁场作用时不显示磁性。在外磁场存在时，在外磁场作用下，使抗磁质分子产生与外磁场方向相反的感生磁矩，这就是抗磁质的磁化。此时，抗磁质磁化后产生的附加磁场在抗磁质内与外磁场方向相反，显示了抗磁性。 应该指出：抗磁性在具有固有磁矩的顺磁质分子中同样存在，只不过它们的顺磁效应比抗磁效应强得多，抗磁性被掩盖了。 近代理论表明：铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。无外磁场时，根据量子力学理论，电子之间存在着一种很强的交换耦合作用，使铁磁质中电子自旋磁矩在微小区域内取向一致，形成一个个自发磁化的微小区域，即磁畴。在未磁化的铁磁质中，各磁畴的自发磁化方向是杂乱无章的，所以在宏观上不显示磁性。在不断加大的外磁场作用下，磁畴具有并吞效应，即磁化方向（亦磁畴磁矩方向）与外磁场方向接近的磁畴吞并附近那些与外磁场方向大致相反的磁畴，直至全部吞并。若继续加大外磁场，则使并吞后保留下的磁畴的磁矩逐渐转向外磁场方向，直至所有磁畴的磁矩取向与外磁场方向相同，此时磁化达

磁场中的磁介质

§13-4磁场中的磁介质 在磁场中的磁介质要和磁场发生相互作用，结果也会使磁介质和磁场发生相应的改变。 一、磁介质及其磁化机制 1．磁介质 所谓磁介质，是指在考虑物质受磁场的影响或它对磁场的影响时，我们把它们统称为磁介质(magnetic medium) 一个小圆电流所产生的磁场或它受磁场的作用都可以用它的磁偶极 矩（简称磁矩）来说明。以I表示电流，S表示圆面积，则一个圆电流的磁矩为 下面我们用一个简单的模型来估算原子内电子轨道运动的磁矩的大小。假设电子在半径为r的圆周上以恒定的速率绕原子核运动。电子轨 道运动的周期就是。由于每个周期内通过轨道上任一截面的电量为一个电子的电量e， 在一个分子中有许多电子和若干个核，一个分子的磁矩是其中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量和。有些分子在正常情况下，其磁矩的矢量和为零，由这些分子组成的物质称为抗磁质(diamagnetic medium)。 有些分子在正常情况下其磁矩的矢量和不为零，而是具有一定的值，这个值叫做分子的固有磁矩。由这些分子组成的物质称为顺磁质

(paramagnetic medium )。 2．磁介质磁 化的微观机制 （1）进动与 附加磁矩 将物质放入 一外磁场0中， 在外磁场作用下， 电子的轨道磁矩 和自旋磁矩以及 原子核的自旋磁 矩都要受到磁力 矩的作用。 可以证明：不 论电子原来的磁 矩与磁场方向之 间的夹角是何值，在磁场0中，角动量进动的转向总是和0的方向满足右手螺旋关系。电子的进动也相当于一个圆电流，因为电子带负电，这种等效电流的磁矩的方向永远与0的方向相反(图13-16a、b)。因进动而产 生的等效电流的磁矩称为附加磁矩，用表示。对电子及原子核的自旋， 外磁场也产生相同的效果。 因此，在外磁场的力矩作用下，一个分子内的所有电子和原子核都产生与外磁场方向相反的附加磁矩，这些附加磁矩的矢量和称为该分子在外磁场中所产生的感应磁矩(induced magnetic moment)。感应磁矩的方向总是和外磁场的方向相反的。 [动画—电子进动] （2）抗磁质的磁化 在抗磁质中， 每个原子或分子 中所有电子的轨 道磁矩和自旋磁

介质中的磁场

第九章 介质中的磁场 一、 基本要求 1．了解介质的磁化现象及其微观解释。 2．了解铁磁质的特性。 3．了解各向同性介质中H 和B 之间的关系和区别。 4．了解介质中的高斯定理和安培环路定理。 二、 基本概念和规律 1．基本概念包括：磁化现象，磁介质的分类，顺磁质、抗磁质的磁化及磁化机理，磁化强度，磁畴，铁磁质的磁化机理及性质。 2．介质中的安培环路定理 ?∑=?L I l d 0 H 在介质中应该应用介质中的安培环路定理，应该注意到方程的右边是穿过以L 为边界的任意曲面的传导电流的代数和。对于均匀介质，磁感应强度 矢量B 等于磁场强度矢量的μ 倍。 三、 习题选题 9-1 一螺绕环通以电流A I 200=，若已测得环内磁介质中的磁感应强度为B ，已知环的平均周长是L ，并绕有导线总匝数为N ，先写出磁场强度、磁化强度、磁化系数、磁化面电流和相对磁导率；当A I N cm L m W b B 20400400.102===?=-匝，，，，再求出具体结果。 解： M H B +=0μ )1(0m χμμ+= （1） 磁场强度 140102-??===m A I L N nI H （2） 磁化强度 150001076.7-??=- =-=m A I L N B H B M μμ （3） 磁化系数（磁化率） 8.38==H M m χ （4） 磁化面电流（单位长度安培表面电流） 151076.7-??==m A M i s

总表面电流 A L i I s s 5101.3?== 相对磁导率 8.3910 =+==m r χμμμ 9-2 一根无限长的直圆柱铜导线，外包一层相对磁导率为r μ的圆筒形磁介质，导线半径为1R ，磁介质的外半径为2R 。导线内有电流I 通过。求： ⑴磁介质内、外的磁场强度和磁感应强度和磁感应强度的分布，用安培环路定理求并画r B r H --，曲线说明分布情况，其中r 是磁场中某点到圆柱轴线的距离。 ⑵磁介质内、外表面的磁化面电流密度的大小和方向？ ⑶若在介质外再套上一层同心圆环柱金属导体就形成同轴电缆（外半径为3R ），再讨论⑴、⑵两问。 解：（1）由于磁场具有轴对称性，在铜导线内以O 为圆心，r 为半径取一圆形闭合回路10R r ≤≤根据安培环路定律有 ?∑=L I dl H 1 I R r rH 21 2 12πππ= I R r I rR r H 21 212122ππ== 21 0112R rI B r πμμ=（1r μ为铜的相对磁导率） 在磁介质内以O 为圆心，r 为半径取闭合回路 12R r R ≥≥ 由安培环路定律 ?∑=L I dl H 2 I rH =22π r I H π22= r I B r πμμ202= 同理在磁介质外与圆心相距为r 处2R r ≥ r I H π23= r I B πμ203=

第二章第三节磁性材料的磁性能

第二章第三节： 1、铁磁材料被磁化时，当磁化电流越大，铁磁材料所呈现的磁性______。 A．越弱 B．强度不变 C．越强 D．增强但趋于饱和 2、交流电机、电气设备中所用的硅钢片铁芯，属于______磁材料；其剩磁及矫 顽力都______。 A．硬/小 B．硬/大 C．软/小 D．软/大 3、在铁芯线圈通电后，线圈内产生的磁感应强度与线圈电流（或磁势）的关系 ______。 A．成正比 B．成反比 C．无关 D．呈磁滞性、磁饱和性 4、铁磁材料在磁化时，其磁通密度随励磁电流的增加的量越来越少时称之为磁 化过程的______。 A．线性段 B．半饱和段 C．饱和段 D．反比段 5、对于各种电机、电气设备要求其线圈电流小而产生的磁通大，通常在线圈中 要放有铁芯，这是基于铁磁材料的______特性。 A．磁饱和性 B．良导电性 C．高导磁性 D．磁滞性 6、磁滞损耗与铁芯材料的磁滞回线所包围的面积______。 A．成正比

B．成反比 C．无关 D．不成比例 7、对硬磁材料的下列说法，错误的是______。 A．碳钢、钴钢是硬磁材料 B．磁滞回线较宽 C．矫顽力较大 D．是制造电机铁芯的材料 8、软磁材料的特点是______。 A．磁滞回线面积较大，剩磁较小 B．磁滞回线面积较大，剩磁较大 C．磁滞回线面积较小，剩磁较大 D．磁滞回线面积较小，剩磁较小 9、关于铁磁材料的下列说法错误的是______。 A．具有磁滞特征 B．具有磁饱和特征 C．磁导率非常数 D．具有高磁阻特征 10、铁芯线圈通以交变电流后，与线圈绝缘的铁芯会发热，这是由于______。A．电流的磁效应 B．电流的力效应 C．线圈中的电流产生热效应 D．线圈中的电流产生热效应及铁损引起的热效应 11、一般船用电机铁芯材料用______。 A．软磁材料 B．永磁材料 C．矩磁材料 D．有色金属 12、铁磁性材料不具有的特性是______。 A．剩磁性和磁滞性 B．磁饱和性 C．高导电性

5.4 铁磁性物质的磁化

5．4 铁磁性物质的磁化 一、选择题： 1、由铁磁性物质的磁化曲线可知，铁磁性物质的磁导率最大出现在磁化曲线的( ) A．起始段 B．直线段 C．饱和段 D．接近饱和段 2、如图1所示( ) A．(1)材料导磁性能强 B．(2)材料导磁性能强 C．两种材料的导磁性能一样 D．不能确定 3、如图2所示，退磁曲线为图中的（） A．ab B．bc C．cd D: de 图1 图2 4、半导体收音机的铁氧体磁棒是 ( ) A．硬磁性材料 B．软磁性材料 C．矩磁性材料 D．非铁磁性材料 5、下列说法正确的是（） A．电磁铁的铁芯是由软磁材料制成的 B．铁磁材料磁化曲线饱和点的磁导率最大； C．铁磁材料的磁滞回线越宽，说明它在反复磁化过程中的磁滞损耗和涡流损耗大； D．通入线圈中的电流越大，产生的磁场越强 6、电磁铁的铁心在交变电流作用下反复磁化，其内部的磁畴反复翻转，这种由翻转所产生的损耗叫( ) A.铜损 B．涡流损耗 C．磁滞损耗 D．漏磁损耗 7、录音磁头所用铁心材料和录音磁带所用磁性材料分别是( ) A．硬磁材料，软磁材料 B．硬磁材料，矩磁材料 C．软磁材料，矩磁材料 D．软磁材料，硬磁材料 8、适用制造永久磁铁的材料是( ) A．软磁性材料 B．硬磁性材料 C．矩磁性材料 D．顺磁性材料 9、正常工作时，电动机、变压器的铁芯一般工作在磁化曲线的 ( ) A．起始段 B．直线段 C．过渡段 D．饱和段 10、为减小剩磁，电磁线圈的铁心应采用( )。 A．硬磁性材料 B．非磁性材料 C．软磁性材料 D．矩磁性材料 11、铁磁性物质的磁滞损耗与磁滞回线面积的关系是( ) A．磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗也越大 B．磁滞回线包围的面积越小，磁滞损耗越大 C．磁滞回线包围的面积大小与磁滞损耗无关 D．以上答案均不正确 12、如果线圈的匝数和流过它的电流不变，只改变线圈中的媒介质，则线圈内 ( ) A．H不变，B变化 B．H变化，B不变

正极材料磁性物质检验方法

磁性物质检测方法 ===============================================================检测原理： 根据磁体能够吸引铁、钴、镍等铁磁性物质的原理，利用磁场强度为6000高斯的磁 子，搅拌吸附物料中的磁性物质，以HCl（1:1）溶解后，用ICP对磁性物质含量进行 痕量分析。 样品前处理： 1、器具的去磁和防磁 因常规物料中磁性物质含量属ppb级，若制样过程中稍有不慎，即会严重影响检测 数据的准确性。所以在进行样品前处理前，必须对所使用器具可能存在的磁性物质 或者可能引入磁性物质的环节进行去磁和防磁处理，比如：烧杯、磁子、容量瓶等 就需先用HCl（1:1）去除其可能存在的磁性物质，而在搅拌、加热等环节则要注意 防止外来磁性物质的引入。 2、样品前处理步骤 1）称取100±1g待测物料于洁净的烧杯内（500ml），加入去离子水至刻度500ml； 2）用悬挂着洁净磁子的电动搅拌器对待测物料进行磁性物质的搅拌吸附20min； 3）取下磁子放入200ml洁净烧杯内，去离子水无水压清洗，40Hz超声波清洗； 4）加入50ml HCl（1:1），低温加热溶解磁子上所吸附的磁性物质； 5）将溶液冷却、定容至100ml洁净的容量瓶内，随样做空白，待测。 Secondary ℃，Power of ，Auxiliary 50 r/min，Test 3、分析谱线的选择 根据每个元素可同时选择多条谱线的特点，每个元素均选择3条灵敏度较高的谱 线，以5%硝酸为空白，各待测元素混合标准溶液绘制工作曲线，测试已知浓度的 标准样品溶液。考察各元素谱线的形状、线性和相互间的干扰情况，最后保留谱 线相对强度高、信背比高和相互间无干扰的谱线。所选谱线见表2 表2 各元素的分析线

磁介质中的恒定磁场.(DOC)

第5章 磁介质中的恒定磁场 ● 静止电荷之间存在相互作用，它是通过电场完成的。静止电荷在它周围将激发电场，该电场对另外的静止电荷产生作用力，叫电场力。 ● 运动电荷之间存在运动产生的相互作用，它是通过磁场完成的。运动电荷在它周围将激发磁场，该磁场对另外的静止电荷不产生作用力，而对另外的运动电荷将产生作用力，叫磁场力。 ● 磁场用磁感应强度和磁场强度描写，它们也都是空间位置的函数。 ● 电荷在导体中作恒定流动(恒定电流)时在它周围所激发的磁场不随时间而变化，是一个恒定场，叫恒定磁场。 5-1 磁介质的磁化 1. 磁介质 ● 磁介质：能够改变外加磁感应强度0B 分布的介质叫磁介质； ● 磁介质的磁化：在外加磁感应强度0B 的作用下，磁介质内部状 态发生改变叫磁介质的磁化； ● 磁介质的附加磁感应强度：磁化的磁介质能够激发磁感应强度 B ，这个磁感应强度叫磁介质的附加磁感应强度； ● 磁介质中的磁感应强度：磁介质中的磁感应强度是外加磁感应强度

0B 与磁介质的附加磁感应强度B ' 之和 B B B '+= 0 ● 顺磁质：使0B B >的磁介质叫顺磁质，顺磁质激发的附加磁感 应强度B ' 与加磁感应强度0B 的方向基本一致：锰、铬、铂、氮 等。 ● 抗磁质：使0B B <的磁介质叫抗磁质，抗磁质激发的附加磁感 应强度B ' 与加磁感应强度0B 的方向基本相反：水银、铜、铋、 氯、氢、银、金、锌、铅等。 ● 铁磁质：使0B B >>的磁介质叫铁磁质，铁磁质激发的附加磁感应强度B ' 与加磁感应强度0B 的方向基本一致且大于0B ：铁、镍、钴等 ● 磁介质磁性的测试方法：

磁性材料期末复习学习资料

一、名词解释 磁矩：反映磁偶极子的磁性大小及方向的物理量，定义为磁偶极子等效的平面回路内的电流和回路面积的乘积μ=i.s 磁化强度:定义为单位体积内磁偶极子具有的磁矩矢量和，是描述宏观磁体磁性强弱的物理量 磁场强度：单位正电荷在磁场中受到的力，用H表示 磁极化强度：单位体积内磁偶极矩的矢量和 磁感应强度:用来描述磁场强弱和方向的物理量，大小等于垂直于磁场方向长度为1m，电流为1A的导线所受力的大小； 可逆磁化：畴壁位移磁化过程中磁位能的降低和铁磁体内能的增加相等 不可逆磁化：每个磁化状态都处于亚稳态且磁化状态不随时间改变 涡流损耗：导体在非均匀磁场中移动或处在随时间变化的磁场中时，导体内的感生的电流导致的能量损耗 磁滞损耗：铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗 交换作用：铁磁性物质中近邻原子之间通过电子间的静电交换作用实现的作用方式 超交换作用：反磁性物质中的磁性离子以隔在中间的非磁性离子为媒介实现的交换作用 磁化曲线：表征磁感应强度B，磁化强度M与磁场强度H之间的非线性关系的曲线 磁滞回线：在外加磁场H从正的最大到负的最大，再回到正的最大这个过程中，M-H或B-H形成了一条闭合曲线，称为磁滞回线 磁化率：置于外磁场中的磁体，其磁化率为磁化强度M与外磁场强度H的比值，是表征磁体磁性强弱的一个参量 磁导率：磁导率是表征磁体的磁性，导磁率及磁化难易程度的磁学量，是磁感应强度B与外磁场强度H 的比值 起始磁导率：磁中性化的磁性材料，当磁场强度趋近于零时磁导率的极限值 最大磁导率：对应基本磁化曲线上各点磁导率的最大值 退磁场：当一个有限大小的样品被外磁场磁化时，在他两端的自由磁极所产生的一个与磁化强度方向相反的磁场称为退磁场 退磁场Hd的强度与磁体的强度及形状有关，Hd=-NM 退磁因子：仅与材料形状有关的影响材料退磁场强度的参数 铁磁性：是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。 反铁磁性：在原子自旋（磁矩）受交换作用而呈现有序排列的磁性材料中，如果相邻原子自旋间是受负的交换作用，自旋为反平行排列，则磁矩虽处于有序状态（称为序磁性），但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。这种磁有序状态称为反铁磁性。 磁谱：指铁磁体在交变磁场中的复数磁导率的实部μ’和虚部μ“随频率变化的关系曲线 自发磁化：磁有序物质在无外加磁场的情况下，由于近邻原子间电子的交换作用或其他相互作用，使物质中各原子的磁矩在一定空间范围内呈现有序排列而达到的磁化，称为自发磁化 磁各向异性：单晶体的磁化曲线形状与单晶体的晶轴方向有关，即磁性随晶轴方向呈现各向异性 磁畴:为降低表面退磁场能，改变自发磁化的分布状态而在铁磁体内产生许多自发磁化区域，这样的每一个磁化区域称为磁畴

其实导磁性最好的材料是纯铁

其实导磁性最好的材料是纯铁！所以磁性能测试仪上的两个电磁铁极头均采用纯铁。 软磁材料种类繁多，通常按成分分为： ①纯铁和低碳钢。含碳量低于0.04％，包括电磁纯铁、电解铁和羰基铁。其特点是饱和磁化强度高，价格低廉，加工性能好；但其电阻率低、在交变磁场下涡流损耗大，只适于静态下使用，如制造电磁铁芯、极靴、继电器和扬声器磁导体、磁屏蔽罩等。 ②铁硅系合金。含硅量0.5％～4.8％，一般制成薄板使用，俗称硅钢片。在纯铁中加入硅后，可消除磁性材料的磁性随使用时间而变化的现象。随着硅含量增加，热导率降低，脆性增加，饱和磁化强度下降，但其电阻率和磁导率高，矫顽力和涡流损耗减小，从而可应用到交流领域，制造电机、变压器、继电器、互感器等的铁芯。 ③铁铝系合金。含铝6％～16％，具有较好的软磁性能，磁导率和电阻率高，硬度高、耐磨性好，但性脆，主要用于制造小型变压器、磁放大器、继电器等的铁芯和磁头、超声换能器等。 ④铁硅铝系合金。在二元铁铝合金中加入硅获得。其硬度、饱和磁感应强度、磁导率和电阻率都较高。缺点是磁性能对成分起伏敏感，脆性大，加工性能差。主要用于音频和视频磁头。 ⑤镍铁系合金。镍含量30％～90％，又称坡莫合金，通过合金化元素配比 和适当工艺，可控制磁性能，获得高导磁、恒导磁、矩磁等软磁材料。其塑性高，对应力较敏感，可用作脉冲变压器材料、电感铁芯和功能磁性材料。 ⑥铁钴系合金。钴含量27％～50％。具有较高的饱和磁化强度，电阻率低。适于制造极靴、电机转子和定子、小型变压器铁芯等。 ⑦软磁铁氧体。非金属亚铁磁性软磁材料。电阻率高（10-2～1010Ω·m ），饱和磁化强度比金属低，价格低廉，广泛用作电感元件和变压器元件（见铁氧体）。 ⑧非晶态软磁合金。一种无长程有序、无晶粒合金，又称金属玻璃，或称非晶金属。其磁导率和电阻率高，矫顽力小，对应力不敏感，不存在由晶体结构引起的磁晶各向异性，具有耐蚀和高强度等特点。此外，其居里点比晶态软磁材料低得多，电能损耗大为降低，是一种正在开发利用的新型软磁材料。 ⑨超微晶软磁合金。20世纪80年代发现的一种软磁材料。由小于50纳米左右的结晶相和非晶态的晶界相组成，具有比晶态和非晶态合金更好的综合性能，不仅磁导率高、矫顽力低、铁损耗小，且饱和磁感应强度高、稳定性好。现主要研究的是铁基超微晶合金。

铁磁性及磁自由能-1(精)

铁磁性及磁自由能 如果物质的χ大于0，且数值很大，这类物质为铁磁性物质，如Fe 、Co 、Ni 等。铁磁性材料具有很强的磁性，在技术具有广泛的应用，通常所指的磁性材料就是这类材料。研究表明，铁磁性和顺磁性具有相同的来源。可是对顺磁体来说，要使顺磁体中由于热扰动而排列混乱的磁矩在室温下达到接近于整齐排列的状态，需要8×108A/m 的强磁场，而目前可达到的极限磁场不可能达到如此高的强度。但对于铁磁体来说，它的磁化强度容易改变，只需在很小的磁场下（1×1 03A/m ）就可以达到技术饱和，把磁场去除后，这种排列仍然可以保持下去。所以，铁磁性研究的核心问题就是为什么铁磁体的原子磁矩比顺磁体容易整列得多？ 一、铁磁性的物理本质 1.1、Weiss 假说 根据大量实验，Weiss 提出第一个假设是，在磁体中存在着与外磁场无关的自发磁化强度，在数值上等于技术饱和磁化强度M s ，而且这种自发磁化强度的大小与物体所处环境的温度有关。对于每一种铁磁体都有一个完全确定的温度，在该温度以上，物质就完全失去了其铁磁性。 实验事实表明，在外磁场为零的时候，铁磁体不存在磁化强度。而根据Weiss 的第一个假设，铁磁体似乎是应该有。这个矛盾显然是由另外一些原因所造成的。为解决这个矛盾，Weiss 提出第二个假设，在居里点以下铁磁体都分成许多微小的区域，在这些区域中存在着与铁磁体所处温度对应的自发磁化强度。这种区域为磁畴。由于热运动的无序性，在没有外场的时候，铁磁体内部各磁畴的自发磁化强度混乱取向，相互抵消，以致使的整个物体的宏观磁化强度为零。只有在外场的影响下，磁畴中磁化强度的取向和磁畴体积才会发生变化，使得物体中出现宏观的磁化强度。 尽管Weiss 假设对铁磁学有十分重要的意义，但是限于当时物理学的发展水平，它只是一种表象理论，并没有揭示两个基本假设的物理意义。到了1929年海森堡证明，相邻原子间有静电交换作用并通过量子力学方法计算了铁磁体的自发磁化强度，Weiss 理论才以量子交换力作为相互作用力的起源，解释了铁磁性的物理本质。 1.2、自发磁化 原子结构表明，Fe 、Co 、Ni 和其相邻元素Mn 、Cr 等原子磁性并无本质差别，凝聚成晶体后，其磁性都来源于3d 次壳层中电子没有填满的自旋磁矩，然而前者是铁磁性的，后者是非铁磁性的。材料是否具有铁磁性的关键不在于组成材料的原子本身所具有的磁矩大小，而在于形成凝聚态后原子的相互作用。 在有电子壳层参加的原子现象范围内通常有两种类型的力：磁力和静电力。为了解释Weiss 的第一个假设，人们试图用原子磁矩之间的磁的相互作用力来解释原子磁矩出现自发的平行取向。然而，这种作用 图1-1 在Ba 铁氧体中观察到的片形畴

铁磁性材料

铁磁性材料 铁磁性物质属强磁性材料， 它在电工设备和科学研究中的 应用非常广泛，按它们的化学成 分和性能的不同，可以分为金属 磁性材料和非金属磁性材料（铁 氧体）两大族。 1 金属磁性材料 金属磁性材料是指由金属合 金或化合物制成的磁性材料，绝 大部分是以铁、镍或钴为基础，再加入其他元素经过高温熔炼、机械加工热处理而制成，这种磁性材料在高温、低频、大功率等条件下，有广泛的应用，但在高频范围，它的应用则受到限制。金属磁性材料还可分为硬磁、软磁和压磁材料等，实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状有很大差异，图示给出了三种不同铁磁材料的磁滞回线，其中，软磁性材料的面积最小；硬磁材料的矫顽力较大，剩磁也较大；而铁氧体材料的磁滞回线则近似于矩形，故亦称矩磁材料。 软磁材料的特点是相对磁导率r 和饱和磁感强度max B 一般都比较大，但矫顽力c H 比硬磁质小得多 ，磁滞回线所包围的面积很小，磁滞特性不显著如图(a)，软磁材料在磁场中很容易被磁化，而由于它的矫顽力很小，所以也容易去磁，因此，软磁材料是很适宜于制造电磁铁、变压器、交流电动机、交流发电机等电器中的铁心的另一个原因。 硬磁材料又称永磁材料，它的特点是剩磁r B 和矫顽力c H 都比较大，磁滞回线所包围的面积也就大， 磁滞特性非常显著如图(b)，所以把硬磁材料放在外磁场中充磁后，仍能保留较强的磁性，并且这种剩余磁性不易被消除，因此硬磁材料适宜于制造永磁体。在各种电表及其他一些电器设备中，常用永磁铁来获得稳定的磁场。1998年6月3日，由美国“发现者号”航天飞机携带的、美籍华裔物理学家丁肇中教授组织领导的阿尔法磁谱仪上所用的永磁体，就是由中国科学院电工研究所等单位研制的稀土材料钕铁硼永磁体，其磁感强度高达0. 14T ，该永磁体的直径为1. 2m ，高0. 8m ，而阿尔法磁谱仪是用来探测宇宙中反物质和暗物质的，这是人类第一次将大型永磁铁送入宇宙空间，对宇宙中的带电粒子进行直接观测，它极有可能给人类开拓一个全新的科学领域而带来一次新的科学突破。 压磁材料具有强的磁致伸缩性能，所谓磁致伸缩是指铁磁性物体的形状和体积在磁场变化时也会发生变化，特别是改变物体在磁场方向上的长度。当交变磁场作用在铁磁性物体上时，它随着磁场的增强，可以伸长，或者缩短，如钴钢是伸长，而镍则缩短，不过长度的变化是十分微小的，约为其原长的1/100000，磁致伸缩在技术上有重要的应用，如作为机电换能器用于钻孔、清洗，也可作为声电换能器用于探测海洋深度、鱼群等。 2 非金属磁性材料——铁氧体 铁氧体，又叫铁淦氧，是一族化合物的总称，它由三氧化二铁（Fe 2O 3）和其他二价的金属氧化物（如

绪论0-1电机中铁磁材料的磁性能

电机与拖动基础第一讲 《电机与拖动基础》目录： 绪论第一章直流电机第二章直流电机的电力拖动第三章变压器 第四章三相异步电动机第五章三机民步电动机的电力拖动第六章三相同步电动机 第七章驱动和控制微电机第八章电力拖动系统中电动机的选择 绪论： 1、本课程研究内容：电机与电力手动的基础理论 2、本课程的特点：是工业电气自动化专业的一门专业基础课；紧密联系科学试验与生产实际。 3、电机理论涉及电路、磁路问题。中有掌握电路和磁路的基础理论，才能对各种电机作全面的分析。 为此，下面首先对电机磁路中铁磁材料的性能和电机理论中常用的基础电磁定律作简单介绍。 0-1电机中铁磁材料的磁性能 铁磁材料主要指：铁、钴、镍及其合金。他们具有以下磁性能： 一、高磁导性： 非磁性物质磁导率近似 等于真空磁导率，铁磁 材料的磁导率要比非磁 性物质大得多，大约大 数百、数千、乃至数万 倍。解释如下： 磁畴理论：如图所示。 磁场是由电流产生的。 物质的分子电流也产生磁场，即每个分子相当于一个小磁体。铁磁材料内部由于分子间的某种特殊作用而形成许多被称为“磁畴”的小区域。在此小区域内，分子磁体排列整齐，显示磁性，但在无外磁场影响时，各“磁畴”间的排列又是杂乱无序的，铁磁材料整体对外不显示磁性，如图a所示。 当铁磁材料在外磁场的作用下，内部“磁畴”将顺着外部磁场取向整齐地排列起来，整体对外显出磁性来。这样就产生了一个与外磁场同方向的附加磁化磁场，因而使铁磁材料内部的磁通大增。如图b所示。 铁磁材料的这一特性被广泛应用与各种电机电器中。例如，电机变压器的线圈中都装有铁芯，就是为了以较小的激磁电流获取较大的磁通。（铁芯抽出后，电流大增，容易烧坏） 非磁性材料没有“磁畴”结构，不具有这磁化的特性。 二、磁饱和性 铁磁材料在磁化过程中，磁感应强度B随外磁场强度H的变化曲线 称为磁化曲线。如图0-1-2所示。 该曲线分为四段，oa段，B增长缓慢；ab段，B与H基本成正比迅 速增大；bc段，B的增长又渐缓下来；c点以后，H再增大时，B 几乎不再增长，达到“饱和”。由磁化曲线可见，磁导率不是常数， 当磁饱和后，μ值大为减小，即导 磁性能变差。 三、磁滞性 铁磁材料在交变外磁场作用下，B-H 的变化关系为一闭合曲线，如图 0-1-3所示，其中上升分支与下降分支并不重合，B的变化总是滞后于H 的变化，故称之为磁滞回线。 在下降分支，当H减小至零时，B仅下降到某一数值Br,称为剩磁。如果 要使剩磁消失，必须改变H的方向来进行反磁化。当B＝0时，H＝Hc，Hc 称为矫顽力。

中职铁磁性物质的磁化教案教学设计

【课题名称】 5.3 铁磁性物质的磁化 【课时安排】 1课时（45分钟） 【教学目标】 1．了解磁化现象，能识读磁化曲线、磁滞回线、基本磁化曲线。 2．了解磁滞损耗产生的原因及降低损耗的方法。 3．了解常用铁磁材料。 【教学重点】 重点：铁磁性物质的特性及其在工程技术中的应用 【教学难点】 难点：磁化曲线、磁滞回线、基本磁化曲线概念的理解 【关键点】 了解铁磁性物质的特点 【教学方法】 多媒体展示法、讲授法、谈话法、理论联系实际法 【教具资源】 多媒体课件、铁磁性材料 【教学过程】 一、导入新课 教师可利用多媒体演示或实物演示软铁棒磁化实验，引导学生仔细观察实验现象，并解释现象原因。进而引出本课的学习内容——铁磁性物质的磁化。 二、讲授新课 教学环节1：认识磁化现象，识读磁化曲线、磁滞回线、基本磁化曲线 教师活动1：教师可利用多媒体展示软铁棒磁化实验，讲解铁磁性物质具有被磁化的特性。 学生活动1：学生在教师的引导与讲解下，结合课本学习、理解磁化现象。 教师活动2：教师可利用多媒体展示磁化曲线、磁滞回线和基本磁化曲线，讲解各种曲线的含义，引导学生正确理解、识读。

学生活动2：学生在教师的引导与讲解下，结合课本学习、理解各种曲线的含义，并学会正确识读 知识点： 1．磁化：本来不具磁性的物质，由于受到磁场的作用而具有了磁性的现象叫该物质被磁化。只有铁磁性物质才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。只有铁磁性物质才能被磁化。 2．磁化曲线：磁性物质的B随H而变化的曲线叫做磁化曲线，又叫做B－H 曲线。 3．磁滞回线：从铁磁性物质整个磁化过程看，B的变化总是落后于H的变化，这种现象叫做磁滞现象。经过多次循环，可以得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线，叫做磁滞回线。 4．基本磁化曲线：在反复交变磁场中，可相应得到一系列大小不一的磁滞回线，连接各点对称的磁滞回线的顶点，得到的一条曲线叫做基本磁化曲线教学环节2：磁滞损耗产生的原因及降低损耗的方法 教师活动：教师可利用多媒体展示磁滞回线，引导学生明白磁滞损耗产生的原因及降低损耗的方法。 学生活动：学生可根据展示的曲线，并在教师的引导下，了解磁滞损耗产生的原因及降低损耗的方法。 知识点： 磁滞损耗：铁磁性物质的反复交变磁化，会损耗一定的能量，这是由于在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产生了能量损耗，这种损耗叫做磁滞损耗。 提示： 磁滞损耗在交流电机一类设备中是不希望的。软磁材料的磁滞回线狭窄，其磁滞损耗相对较小。硅钢片因此而广泛应用于电机、变压器、继电器等设备中。 教学环节3：常用铁磁性材料 教师活动：教师可利用多媒体展示三类铁磁材料的磁滞回线，引导学生明白铁磁性材料的分类，以及不同铁磁性材料的特性。 学生活动：学生可根据展示的各种磁滞回线，并在教师的引导下，了解铁磁