【正文】 鐵磁質(zhì)的特性： 1．在外磁場作用下能產(chǎn)生很強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度； 2．當(dāng)外磁場停止作用時，仍能保持其磁化狀態(tài)； 3． B與 H之間不是簡單的線性關(guān)系； 4．鐵磁質(zhì)都有一臨界溫度。 在此溫度之上，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì) ——居里溫度 或 居里點 。 鐵 ——1043℃ 鎳 ——630℃ 鈷 ——1390℃ 鐵磁質(zhì)的起因可以用“ 磁疇 ”理論來解釋。 恒定磁場和磁介質(zhì) 42 一、磁疇 ?概念： 鐵磁質(zhì)內(nèi)的電子之間因自旋引起的相互作用非常強(qiáng)烈，在內(nèi)部形成了一些自發(fā)磁化的微小區(qū)域，叫做 磁疇 。 ?每個磁疇中，各電子的自旋磁矩排列得很整齊。 ?磁疇大小約為 1017～ 1021個原子 /1012 ～ 108m3。 ?磁疇的顯示： 磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測。 在無外磁場的作用下磁疇取向平均抵消 ， 能量最低 ， 不顯磁性 。 ?鐵磁質(zhì)的磁化： 在外磁場較弱時，自發(fā)磁化方向與外磁場方向相同或相近的那些磁疇的體積將逐漸增大 (疇壁位移 )；在外磁場較強(qiáng)時，每個磁疇的自發(fā)磁化方向?qū)⒆鳛橐粋€整體，在不同程度上轉(zhuǎn)向外磁場方向 (磁疇取向 )；當(dāng)所有磁疇都沿外磁場方向排列時，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到了飽和。 單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖 多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖 ?飽和磁化強(qiáng)度 Ms就等于每個磁疇中原來的磁化強(qiáng)度，該值是非常大的，所以鐵磁質(zhì)的磁性比順磁質(zhì)強(qiáng)得多。 恒定磁場和磁介質(zhì) 43 ① 磁疇自發(fā)磁化方向的改變還會引起鐵磁質(zhì)中晶格間距的改變 ， 從而伴隨著發(fā)生磁化過程鐵磁體的長度和體積的改變 ， 稱為 磁致伸縮 。 ② 如果在磁化達(dá)到飽和后撤除外磁場 ， 鐵磁質(zhì)將重新分裂為許多磁疇 ， 但由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用 ， 磁疇并不能恢復(fù)到原先的退磁狀態(tài) ， 因而表現(xiàn)出 磁滯現(xiàn)象 。 ③ 當(dāng)鐵磁質(zhì)的溫度超過某一臨界溫度時 ， 分子熱運(yùn)動加劇到了使磁疇瓦解的程度 ， 從而使材料的鐵磁性消失而變?yōu)轫槾判?， 這個臨界溫度稱為 居里點 。 在強(qiáng)外磁場作用下 ，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到了飽和 ， 鐵磁質(zhì)的磁性比順磁質(zhì)強(qiáng)得多 。 單晶結(jié)構(gòu)鐵磁滯磁化過程示意圖 恒定磁場和磁介質(zhì) 44 恒定磁場和磁介質(zhì) 45 O H B SB二、 磁化曲線 ?裝置： 螺繞環(huán) ──待測磁性材料做成圓環(huán)樣品，其上均勻繞上 初級線圈 和 次級線圈 。 RNIH 2??由次級線圈，實驗測量 B。 由 B和 H算出 ?原理： 勵磁電流 I；用安培定理得 鐵磁質(zhì) ? 很大，且隨外磁場而變化，B與 H之間為非線性關(guān)系。由 B和 H，可得 ? =B/H. ()H?～HBM ??0??磁化曲線： 對不同 I (即 H)， 對應(yīng)不同的 B和 M， 可得 B H或 M H曲線 。 ?由于鐵磁質(zhì)的 M比 H大得多 (約 102 ~106倍 )， 所以 B = ?0(H + M) ? ?0M， 即 B H與 M H曲線 幾乎一樣 。 ?i ?max 恒定磁場和磁介質(zhì) 46 ?初始磁化曲線： O→ A， H 增加， B 增加 A→B ， H 變大， B 急劇增大， B→ C， H 增加， B緩慢增加 C→S ， H增加 ， B逐漸趨于飽和， Bs：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 ?當(dāng)全部磁疇都沿外磁場方向時，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到飽和狀態(tài)。 ?飽和磁化強(qiáng)度 MS等于每個磁疇中原來的磁化強(qiáng)度，該值很大，這就是鐵磁質(zhì)磁性 ?r大的原因。 ?磁化曲線的重要性 ?根據(jù) B~H之間的關(guān)系，若已知一個量可求出另一個量。 ?在設(shè)計電磁鐵，變壓器以及一些電氣設(shè)備時，磁化曲線是很重要的實驗依據(jù)。 B H O B~H Bs A B S C 恒定磁場和磁介質(zhì) 47 HBcHcH?rB SBB的變化落后于 H的變化的現(xiàn)象，叫做 磁滯現(xiàn)象 ，簡稱 磁滯。 剩磁 Br ： 當(dāng)磁場強(qiáng)度減小到零時，磁感應(yīng)強(qiáng)度并不等于零，而是仍有一定的數(shù)值 Br， Br叫做 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 ，簡稱 剩磁 。 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 BS： 所有磁疇都與外場方向一致。相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 。 矯頑力 HC： 當(dāng) H=Hc時，鐵磁質(zhì)的剩磁就消失了，鐵磁質(zhì)不顯磁性。通常把 Hc叫做矯頑力。 三、磁滯回線 鐵磁質(zhì)在交變電流的勵磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的 ， 要損失能量 ， 稱為 磁滯損耗 ， 磁滯損耗 與磁滯回線所包圍的面積成正比 。 磁滯現(xiàn)象是由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用 ， 當(dāng)撤掉外磁場時磁疇的疇壁很難恢復(fù)到原來的形狀 ， 而表現(xiàn)出來 。 O 恒定磁場和磁介質(zhì) 48 右鍵單擊“播放” 恒定磁場和磁介質(zhì) 49 四、 鐵磁性材料 軟磁材料： 特點： 相對磁導(dǎo)率和飽和 B一般都較大 ， 但 矯頑力小 (Hc102A?m1) ， 磁滯回線的窄而長 ， 面積小 ， 損耗小 。 易磁化 、易退磁 。 例子： 如 純鐵 、 硅鋼 、 坡莫合金 、 鐵氧體等 。 應(yīng)用： 適用于交變磁場中 ， 適宜制造電磁鐵 、 變壓器 、 交流發(fā)電機(jī) 、 繼電器 、電機(jī) 、 以及各種高頻電磁元件的磁芯 、磁棒等 。 金屬磁性材料 B H o 恒定磁場和磁介質(zhì) 50 硬磁材料： 特點： 剩磁和矯頑力 (Hc:102~106A?m1)比較大，磁滯回線所圍的面積大，磁滯損耗大，磁滯特性非常顯著。 例子： 碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金，還有稀土永磁材料釹鐵硼等。 應(yīng)用： 適合作 永久磁鐵 ，常用于磁電式電表、耳機(jī)、揚(yáng)聲器中。 鐵氧體 ， 是由三氧化二鐵和其它二價的金屬氧化物的粉末混合燒結(jié)而成 ， 常稱為 磁性瓷 。 如錳鎂鐵氧體 、 鋰錳鐵氧體等 . 非金屬磁性材料 ——矩磁材料： 特點： Br=BS ， Hc不大，磁滯回線是矩形。 用途： 用于 記憶元件 ，當(dāng)正脈沖產(chǎn)生 HHC使磁芯呈 +Bs態(tài)，則負(fù)脈沖產(chǎn)生 H – HC使磁芯呈 – Bs態(tài)，可做為二進(jìn)制的兩個態(tài)。 B H o B H o 恒定磁場和磁介質(zhì) 51 小 結(jié) 磁介質(zhì)及其磁化 ?磁介質(zhì) 磁介質(zhì)的磁化 磁化強(qiáng)度 ?磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律 ?磁場強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系 鐵磁質(zhì) ?鐵磁質(zhì)的特性 磁疇 ?磁化曲線 磁滯回線 鐵磁性材料 穩(wěn)恒磁場 磁場的高斯定理 ?? ??SSdB 0?? 安培環(huán)路定理 ?? ??iiL IldB 0????? ??iiL IldH 0??VmM m??? ??? ?MHB ??? ?? 0?