磁化曲线和磁畴结构
铁磁材料的磁化与磁化曲线
虽然利用铁磁材料可以使磁通约束在铁 心范围内，但由于制造和结构上的原因，磁 路中常会含有空气隙，使极少数磁力线扩散 出去造成所谓的边缘效应，如图8-9所示。 另外，还会有少量磁力线不经过铁心而经过 空气形成磁回路，这种磁通称为漏磁通。漏 磁通相对主磁通来说，所占比例很小，所以 一般可忽略不计。
如果把铁磁材料置入外磁场中，这时大多数磁畴都会趋 向与外磁场的方向规则的排列，因而在铁磁材料内部形 成了很强的与外磁场同方向的附加磁场，从而大大地增 强了磁感应强度，即铁磁材料被磁化了，如图8-1b所示。 当外加磁场进一步加强，所有磁畴的方向都几乎转向外 加磁场方向，这时附加磁场不再加强，这种现象叫做磁 饱和，如图8-1c所示。
第二节 磁路与此路定律
一、磁路
在电机，变压器及其它各种电磁器件中，常 用铁磁材料做成一定形状的铁心。其目的一是用 较小的励磁电流能够产生足够大的磁通；二是将 磁通限定在一定的范围之内。如图8-7所示。
在图8-7b中，磁感应线几乎都是沿着铁心形 成闭合回路。因此这种由铁磁材料构成的，让磁 通集中通过的闭合路径叫磁路。
（二） 磁化曲线
不同种类的铁磁性物质，其磁化性能是不同的。工 程上常用磁化曲线表示各种铁磁性物质的磁化特性。 磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强B与外磁场的磁
场强度H之间的关系曲线，所以又 B H叫曲线。
铁磁物质的磁化曲线可用试验测定。测量铁磁物质 磁化曲线的装置如图8-2所示。
1.起始磁化曲线
4、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，取不同的Hm反复磁化， 将得到一系列磁滞回线，如图8-4b所示。 各磁滞回线的顶点联成的曲线 ON称为基本 磁化曲线，简称磁化曲线。工程上常用基 本磁化曲线进行磁路计算。
二、铁磁材料的磁性能
磁化曲线
Hm
b
c
d
单位体积 磁滞损耗
e
f
g j
t
wm
HdB
L
B
磁带去磁原理：
i
t
磁头
o
H i
H
H
t
o H
NSNSNSNSNSSNNSNSNSNSNSNSSNSNSNSNSNS
H t
t
四）磁性材料的分类 1）按矫顽磁力分：
软磁性材料--Br小Hc小磁滞回线细长，适用 制造电机、变压器等。
硬磁性材料--Br大Hc大磁滞回线“肥胖”，适 用制造永久磁铁、磁电式仪表等。
B
tg
H
B
H
2）铁磁性材料的磁化曲线
实验电路： A
R
铁磁质
磁 通 计
起始磁化曲线：
BB
cc
bb
aa O
Oa段 H B,
起始段（a点称为跗点）
HH
ab 段 H B
直线段（b点称为膝点）
bc段
饱和段
起始磁化曲线： B
d
BH 关系是非线性的
定义：
静态磁导率
H B tg 1
H
动态磁导率
t
HcHm
0Bj
（剩磁）
b 反复十多次磁化后的磁化曲线--“磁滞回线”
Bc
b
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱBr
j
d
gH
o
Hc
Hc
f e
o
物质
居里点
二）温度对铁磁质的影响
存在居里点--使铁磁质变为 顺磁质的温度。
铁 1043K
钴 1400K
镍 637K
综上所述：磁性材料特点：
电力系统基础知识之百问百答(五)
电力系统基础知识之百问百答（五）（剩磁；磁畴；铁磁物质；磁滞回线；磁化曲线；磁滞损耗；电场、电场强度；静电场；电力线）1.什么叫剩磁？剩磁（Remanence），也称为残余磁化或剩余磁化，是指在磁体经历了外部磁场的作用后，移除外部磁场后仍然保持的残留磁场。
剩磁是磁体在磁化过程中所具有的永久磁性。
当一个磁体被暴露在外部磁场中时，它的磁性材料会受到磁化作用，并获得一定的磁化程度。
即使在外部磁场被移除后，磁体仍然保持一定的磁性，产生剩磁。
剩磁是由磁性材料内部的微观磁畴在磁场中的相对位置和方向确定的。
剩磁的大小和性质取决于磁体的材料和制造工艺。
某些材料（如永磁材料）具有较高的剩磁，可以长时间保持强烈的磁性。
而一些其他材料（如铁）在外部磁场移除后，其剩磁较低，逐渐减弱。
剩磁在许多领域中具有应用价值。
例如，它在永磁材料中用于制造永磁体，用于制作磁铁、电机和发电机等设备。
剩磁还在磁存储器、磁带、硬盘驱动器等信息存储设备中起着重要作用。
需要注意的是，剩磁并非完全不可变，它可能会受到外部磁场或热等因素的影响而发生变化。
剩磁也可以通过磁场的逆向磁化或热去磁等方法来消除或减小。
2.什么叫磁畴？磁畴（Magnetic Domain）是指磁性材料中具有相同磁化方向的微观区域。
在磁性材料中，原子和分子会形成磁畴，每个磁畴内的磁矩（磁性矢量）指向相同的方向，形成一个磁性区域。
磁畴是磁性材料内部微观结构的一种组织形式。
在没有外部磁场作用时，磁畴之间的磁矩方向是无规则排列的，导致整体上不呈现明显的磁性。
然而，当外部磁场施加到磁性材料上时，磁畴会发生重新排列，使得更多的磁矩朝向外部磁场的方向，从而形成宏观的磁化效果。
磁畴的大小和数量取决于磁性材料的特性和制备条件。
某些磁性材料具有小而多的磁畴，而其他材料可能具有较大而少的磁畴。
磁畴的尺寸通常在微米至纳米级别。
磁畴的存在对磁性材料的磁性和磁化行为起着重要影响。
当外部磁场作用时，磁畴会发生重新排列，磁矩会转向外部磁场的方向，使整体材料表现出磁性。
2、铁磁质的磁化规律和磁化机理-13
磁场较弱时，畴壁扩张 (2)磁畴转向
磁场较强时，磁矩转向
3、规律解释 B ~ H 非线性关系 外场增加 可转向磁畴数变少 达到磁饱和
磁场增加变慢
磁滞和剩磁 磁畴转向需克服阻力
居里温度
温度升高时分子热运动加剧，磁畴被破坏
§14-3
铁磁质的磁化规律和磁化机理
一、铁磁质的磁化规律
基本实验装置：
A
R
磁 通 计 H = nI 测B
提供 I
1、非铁磁性材料的磁化曲线 (1) m m0，B ~ H曲 B
线斜率 tana = m0 ； (2) B ~ H曲线具有可逆性。
2、铁磁性材料的磁化曲线
a
H
(1) 起始磁化曲线： Oa：起始段 ab：直线段
为非线性，且mr >> 1； (2)有剩磁存在；
(3)存在居里温度。
二、磁性材料介绍 1、软磁性材料
B
H O
回路细窄，损耗小；
易退磁，易磁化。
适用制造电机、变压器等
2、硬磁性材料 B H
O
回路宽粗，损耗大； 不易退磁，剩磁大。 适用制造永久磁铁等。
3、矩磁材料 Bm
B Br
O
H
bc：饱和段
B b O a
c H
(2)磁滞回线
当I = 0时，H = 0，但有剩磁
当B = 0时，H = Hc， 称矫顽力，反映铁磁质保存剩磁的能力
磁滞现象：B 的变化
总是落后于 H 的变化。 磁滞损耗与磁滞回线 包围的面积成正比 d
Br
B b
Hc -Br
a H
-Hc c O
3、铁磁质磁化规律的特点 (1) B m H 仍成立，但m = m (H)，
磁畴结构和磁化曲线
27
• 把畴壁近似的看作长轴为D，短轴为δ的无限长的 椭圆柱体，其长轴方向的退磁能为Ed=μ0NM2/2，N 为椭圆长轴方向的退磁因子，且N=δ/(δ+D)。 • 考虑退磁能后的畴壁能密度为：
2 M d 2 s ( F ( ) K1 Sin2 0 )dz dz 2( D)
F 2
20 2 M s 2 K1 2 2 ( D)
30
• 令∂γ/∂δ=0，可得畴壁厚度与有关参数的关系：
K1 F 2 20 M s 2 ( 2 D) 2 0 2 2 2 ( D)
• 两种极端情况下畴壁的厚度δB和畴壁能量γB，
• 铁磁薄膜指的是这样一类材料：
厚度不超过10-8-10-9m； 晶粒边界与晶体体积之比远远超过大块材料同类数 值之比 存在一个临界厚度，同样的材料，在小于临界厚度 时，磁性要发生变化
薄膜合金磁头
磁性薄膜器件-光盘
26
• 在计算Bloch壁的厚度和能量密度中，假设畴壁 与样品表面交界处不出现磁荷，实际情况是要出 现磁荷的，但一般不考虑大块样品的退磁能（大 块样品厚度D比畴壁厚度δ大得多，畴壁平面内的 退磁因子很小，所以退磁能可以忽略不计） • 如果样品是铁磁薄膜，样品厚度D比畴壁厚度δ大 得多的条件不成立，退磁能不能忽略。 • 考虑退磁能，薄膜的畴壁特性会有显著变化。
9
• 180°畴壁内的原子磁矩的排列方式：所有原子磁 矩都只在与畴壁平行的原子面上改变方向，同一原 子面的磁矩方向则相同，它们在畴壁法线方向的分 量都为零。 • 原子磁矩在畴壁内是逐渐转向的。
180°畴壁内原子磁矩方向改变示意图
10
• 如果磁化强度的取向从一个磁畴内最后一个原子 处的0°突然转变成相邻磁畴的第一个原子处的 180°(这种情况也可理解为畴壁厚度很小，甚至 为零)，虽然磁化方向还是保持在磁畴的易磁化方 向，磁晶各向异性能没有变化，但却引起交换作 用能的急剧变化。
第27讲8-7磁畴结构畴壁
42
铁磁质单晶体磁化过程
H
43
铁磁质单晶体磁化过程
H
44
铁磁质单晶体磁化过程
H
45
铁磁质单晶体磁化过程
H
46
铁磁质单晶体磁化过程
H
47
铁磁质单晶体磁化过程
H
48
铁磁质单晶体磁化过程
H
49
铁磁质单晶体磁化过程
H
50
铁磁质单晶体磁化过程
H
51
铁磁质单晶体磁化过程
H
52
铁磁质单晶体磁化过程
第八章 磁性物理
本章提要
在其他章节中，对物质的导电性能等进行 了介绍。本章将介绍物质的磁性。着重介绍物 质的磁性来源，原子磁矩的计算，各种材料中 原子磁矩的计算原则。进一步介绍物质磁性的 分类，抗磁性概念，顺磁性的居里外斯定理， 铁磁性的分子场理论，物质铁磁性的来源，亚 铁磁性的超交换理论。也介绍了铁磁性物质内 部的能量和磁畴的形成。
以使磁场增强102 ~ 104倍。
3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。 4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺 磁质。
55
软磁材料
特点：磁导率大，矫顽力小，容易磁化 也容易退磁。磁滞回线包围面积小，磁滞损 耗小。 应用：硅钢片，作变压器、电机、电磁 铁的铁芯。铁氧 B 体（非金属）作 高频线圈的磁芯 H 材料。
72
图8-18空洞（a）掺杂（b）和晶界（c）对 磁畴结构的影响 73
3.单畴结构
铁磁体的块度对磁畴结构也有很大影响。 如果材料的线度非常小，以至材料形成单畴 时的退磁能小于形成多畴时的畴壁能，磁性 材料就以单畴存在
74
一个半径为R的立方单晶体结构的球。
设磁晶各向异性常数K1>0，λs和应力σ可以忽 略。 情况(a)：4块封闭畴结构
磁性材料 第6章 技术磁化理论--磁性材料
C
C’
O
H
磁矩不是从饱和磁化方向回到自己原 来的易磁化轴方向，而是只回到各自 最靠近外磁场方向上的那些易磁化轴
方向，所以磁矩均匀分布在半球内
则在原来磁场方向上保留的剩
磁大小可近似为MR＝MScos， 其中为外磁场与每个晶粒的
易磁化轴间的夹角
三、矫顽力HC
1、两种矫顽力的定义：
➢磁感矫顽力BHC：在B－H磁滞回线上，使 B＝0的磁场强度;
域中的可逆磁化部分
剩余磁化强度MR的大小，决 定于材料从饱和磁化降到H＝
0的反磁化过程中磁畴结构的 变化；它是反磁化过程中不可 逆磁化的标志，也是决定磁滞 回线形状大小的一个重要物理
量
以由单轴各向异性晶粒组成的多晶体为例
M
说明剩余磁化的磁畴结构变化示意图 在多晶体中，假设晶粒的单易磁化轴
A B
D
是均匀分布的，当多晶体在某个方向 磁化饱和后，再将外磁场降为零，由 于不可逆磁化的存在，各个晶粒内的
磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每和一结点构都与代哪表些铁因素
磁体的平衡状态，而从热力学的观点来看，有在关平？衡状
态下，系统的总自由能等于极小值
第1节 技术磁化
Technical Magnetization
铁磁性物质的基本特征：
（1）、铁磁性物质内存在按磁畴分布的自发磁化 （2）、铁磁性物质的磁化率很大 （3）、铁磁性物质的磁化强度与磁化磁场强度之间不是单 值函数关系，显示磁滞现象，具有剩余磁化强度，其磁化率都 是磁场强度的函数
（iii）、磁畴磁矩的转动磁化阶段（较强磁场范围内）
此时样品内畴壁位移已基本完毕，要使M增加，只有靠磁畴
磁矩的转动来实现。一般情况下，可逆与不可逆磁畴转动同时发生 于这个阶段
磁场对磁性材料磁化行为的影响分析
磁场对磁性材料磁化行为的影响分析磁场是磁性材料磁化行为中不可忽视的一个重要因素。
不同的磁场对磁性材料的磁化行为产生不同的影响，这涉及到物理学中的磁化机制、磁化效应等方面的研究。
一、磁场对磁性材料的磁导率影响磁导率是磁性材料在磁化过程中的一个重要参数，它描述了材料的磁化程度。
而磁场对磁导率有着显著的影响。
当一个磁性材料置于一个外加的磁场中时，磁场会使材料内部的磁畴发生受磁取向，从而使磁导率增大。
磁导率的变化不仅与材料的特性有关，同时也与磁场的强度有关。
当磁场强度增大时，磁导率也会相应增大。
这是因为强磁场能够使磁性材料内部的磁畴有序排列，从而增大了磁化程度，进而增大了磁导率。
二、磁场对磁化曲线的影响磁化曲线是描述磁性材料在不同磁场下磁化程度的一条曲线。
磁场对磁化曲线的影响主要体现在磁化强度和磁化容易性两个方面。
对于铁磁材料来说，随着磁场的增大，磁化强度也会增大，而且有一个饱和磁化强度的上限。
这是因为在饱和磁场之前，磁性材料内部的磁畴会受到磁场的激励，呈现出排列有序的状态，从而使磁化强度增大。
但是一旦达到了饱和磁场，材料内部的磁畴已经全部取向，再增加磁场也无法使磁化强度再次增大。
对于顺磁材料和反磁材料来说，磁场对磁化曲线的影响也是显著的。
在低磁场下，顺磁和反磁材料的磁化强度很小，随着磁场的增大磁化强度也会逐渐增大。
然而，随着磁场的继续增加，磁化强度会逐渐减小，直到到达一个临界磁场，材料的磁化强度基本趋于零。
这是因为在高磁场下，顺磁材料和反磁材料的磁畴会受到强磁场的作用，呈现出强烈的磁偶极子矩，从而使磁化强度减小。
三、磁场对磁性材料的磁畴结构的影响磁性材料的磁性是由于其基本单位——磁畴的排列和取向所形成的。
磁场对磁畴结构的影响是磁性材料磁化行为中的重要问题。
在磁场的作用下，磁性材料内部的磁畴会发生排列有序的变化。
磁场有助于使磁畴的取向与磁场方向一致，从而增加了磁性材料的磁化强度。
另一方面，外界磁场的影响还会使磁性材料内部形成新的磁畴，从而改变了材料的磁畴结构。
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Ms 2
对三轴晶体(K1>0的立方晶系材料)
M r 0.8312 M s
对四轴晶体(K1<0的立方晶系材料)
M r 0.866 M s
(单轴晶体)
其他因素对剩磁的影响 图8.2.3 各种磁性材料的Mr/Ms的期待值
8.3一次退磁后, H = 0, M = 0点上磁畴磁化的分布
饱和 剩磁点 反向磁化H=-(Hc+ΔH)
半顶角为30°及60° 的园锥之间的磁化矢 量发生了反转
反磁化机制为不可逆转运时
各种材料饱和磁化，反向退磁到H=-(Hc+ΔH)后, 到达 H=0，M=0状态时样品内磁化矢量的分布。
第八章 磁化曲线和磁畴结构
8.1 技术磁化的机理
(1) 三种磁化过程.
M M sVi cosi
i
退磁态 M 0 , 在外加磁场源自, 磁化强度改变为 M HM H M s cosiVi M s Vi cosi Vi cosiM s
i
i
i
Vi , 畴壁位移 DWD, cos i , 磁畴转动 DR, MS , 内禀磁化, 饱和磁化强度的增加,
撤去反向场,使H=0,M=0 正向磁化
畴壁位移反磁化情况
设反转部分最大角度为0(畴壁位移机制)
应有
0
Ms
0
cos
sind
Mr 2
Ms 4
可得
sin0
2
/
2
0
4
(单轴晶体)
对立方晶体
0 31.75 (K1 0)
0 27.73 (K1 0)
易磁化方向与外磁场 成45°角的粒子，其 磁化矢量最容易反转
磁后效 材料形状
8.2 剩磁点上磁畴磁化强度的分布
图8.2.1磁化过程中各点磁畴磁化矢量的分布 (单轴晶体)
磁场足够高的时候磁化矢量都排列在差不多平行 于磁场的方向上
磁场减小到H=0时,剩磁点,各个磁化矢量将转回到 与它最靠近的易磁化方向上
M r M s cos
Ms
2
/ 2 2
cos sindd
三种磁化过程示意图
图3.1.1各阶段的磁化曲线
(2) 磁化曲线的各个阶段.
a、初始部分. 主要为可逆畴壁位移和可逆磁畴转动. b、陡峻部分. 不可逆畴壁位移 (多畴) 为主;
不可逆磁畴转动 (单畴) 为主.
c、膝点以上. 主要为可逆磁畴转动 . d、高场, 趋近饱和律.
顺磁化过程 M S .
(3) 与磁化曲线相关的一些因素 磁畴结构的具体类型. 磁场变化的频率