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磁性材料的静态磁化及常用性能指标： 我们已经知道，磁性材料内部具有磁畴，它们就好象众多的小磁铁混乱地堆积，整体对外没有磁性。这时我们称材料处于磁中性状态。但是，如果材料处在外加磁场的环境中，那么这些小磁铁（实际上是磁畴的磁矩）就会和磁场发生相互作用，其结果就是材料中的磁矩发生向外加磁场方向的转动，导致这些磁矩不再能相互抵消，也就是说所有磁矩的矢量和不等于零。在外加磁场的作用下，磁性材料由磁中性状态变成对外显示磁矩状态的过程称为磁化。 那么磁性材料在磁化过程中到底发生了哪些变化呢？ 在磁中性状态（即没有外加磁场），材料内部的磁矩成混乱排列，总的磁矩为零，因此材料显示的磁化强度也是零。 当磁性材料处于外加磁场中时，材料内部的磁矩就会受到磁场的作用力，磁矩会向外磁场的方向转动，就象磁铁在磁场中转动一样。这时，磁矩就不再是完全混乱排列的了，而是沿外磁场方向产生了一个总的磁化强度，这时我们说材料被磁化了。并且，外磁场越大，材料内部的磁矩向外磁场方向转动的数量和程度就越多。当外磁场足够大时，材料内部所有的磁矩都会沿外磁场方向整齐排列，这时材料对外显示的磁化强度达到最大值，我们说材料被磁化到了饱和。达到饱和之后，无论怎样增大磁场，材料的磁化强度也不再增大。因此材料被磁化到饱和时的磁化强度称为饱和磁化强度，用Ms来表示。 从上面的分析，我们知道材料的磁化强度随外磁场而变化。在科学实验和生产实际中，常把磁场和磁化强度的关系画成曲线，称为磁化曲线，如图所示。其中，横坐标表示外磁场的大小，纵坐标表示磁化强度的高低。磁化曲线一般可以分成三个阶段：可逆磁化阶段、不可逆磁化阶段、饱和阶段。 在工程上，一般不用磁化强度－磁场的关系画磁化曲线，而用磁感应强度－磁场的关系画磁化曲线。这时，磁化饱和时就有一个饱和磁感应强度（或者饱和磁通密度），用Bs表示。以后，如果没有特殊说明，我们都用的是B－H磁化曲线。饱和磁感应强度是磁性材料的一个重要指标。 在磁化曲线上，每一点都有一个磁感应强度和磁场的比值，称为导磁率。在磁化的不同阶段，材料的导磁率也不同，导磁率在最高点称为最大导磁率。在磁化起始点的导磁率称为初始导磁率。导磁率是软磁材料的另一个非常重要的指标。 那么，在磁化过程中，材料内部的磁矩究竟是怎样转动的？有两种方式使材料的磁矩产生转动：一是畴壁位移：材料磁化时，畴壁内部的原子磁矩逐渐转向外磁场的方向，畴壁逐渐推移，这样，与外磁场方向接近的磁畴面积逐渐扩大，而与外磁场方向相反的磁畴逐渐缩小。这种方式一般发生在非饱和阶段。二是磁矩一致转动：在外磁场的作用下，与外磁场方向相反的磁畴中的磁矩向外磁场方向整体转动，就象磁铁转动一样。这种方式主要发生在接近饱和阶段。 现在，让我们假设把磁性材料逐步磁化，随着磁场的增大，磁感应强度也增加，一直到饱和。整个磁化过程可以用图中的曲线O-a-b-c表示。 然后逐步减小外磁场，材料会发生什么情况？不难想象，外磁场减小，肯定会使材料的磁感降低，但有趣的是，磁感并不沿c-b-a原路返回，而是沿曲线c-d-e降低。也就是说，在从饱和点减小外磁场时，相应的磁感要高于初始磁化时的磁感，似乎是磁感的减小比磁场的降低“落后”或者“滞后”了。磁性材料的这种特性称为磁滞现象。磁滞现象是磁性材料的一个极其重要的特征。 由于磁滞现象，如果磁性材料从饱和点撤掉外磁场，也就是说使外磁场返回到零，那么材料的磁感不能同时降低到零，而是仍然存在一部分磁感Br，称为剩余磁感应强度，简称剩磁。之所以存在剩磁现象，是因为外磁场减小后，材料内部的磁矩不能完全转回原来的方向，而是由于种种阻力会停留在先前的某个方向。这就是所谓的不可逆磁化。只有在极低的磁场中材料才可能发生完全的可逆磁化，一般情况下的磁化都不是完全可逆的。 那么，如果现在有意地想让磁感返回到零，应该任何做呢？可以推断，应该对材料施加反向磁场。不错，施加反向磁场，磁感就会进一步降低，并且在某个特征磁场Hc处磁感恰好为零，这个磁场称为矫顽力。如果继续增大反向磁场，磁感则也会反向，并且随着反向磁场的增大而逐渐趋向反向饱和g点。同样，从g点逐渐降低反向磁场，磁感会沿曲线g-h-i饱和，最后又到达正向饱和c点。 这样，外磁场正负变化一周，磁感会沿c-d-e-f-g-h-i-j-c变化一周，这条闭合曲线称为磁滞回线。磁滞回线所包含的面积代表外磁场对材料做的功，也就是所消耗的能量，称为磁滞损耗。 磁性材料的动态磁化及常用性能指标： 如果磁性材料处于变化的磁场中，那么它们的磁化过程和静态磁化相比会发生某些有趣的变化。 首先，在动态磁化时，材料的导磁率发生变化。我们已经知道，在反复磁化时，材料内部的磁感应强度总是落后于磁场的变化，称为磁滞。假设动态磁化时的磁场是按照正弦变化的，磁滞现象在动态磁化时表现为磁感应强度总是比磁场的变化落后一个相位，其直接后果就是材料的导磁率变成了一个复数。这个导磁率分成两部分：一是和磁场方向（或者说相位）相同的部分，称为复数导磁率的实部，又称为弹性导磁率，它代表材料磁化时所能够储存的能量；二是和磁场相位成90度的部分，称为复数导磁率的虚部（损耗导磁率），它代表材料在动态磁化时所消耗的能量。 其次，材料在动态磁化时将产生涡流，导致涡流损耗。涡流损耗在软磁材料中是有害的。为了减小涡流损耗，在制造变压器铁芯时，一般都把材料做成多层相迭的、相互绝缘的薄片。由于铁芯由薄片组成，而薄片之间又绝缘，铁芯薄片在动态磁化时产生的为了就会被限制在薄片内部。如果铁芯由一整块材料做成，那么由于铁芯材料所组成的导体回路很大，涡流将很严重。另外，动态磁化时涡流的大小还与铁芯材料的电阻率有关。例如，铁氧体做成的铁芯虽然是一个整体，但是它的电阻率极大，因此涡流损耗仍然可以很低。 根据动态磁化时磁场的种类，动态磁化也有很多方式。 最普通磁化场是正弦波。如果磁场比较低，材料还没有磁化到饱和，那么这时磁感应强度的波形也是正弦波，这样，动态磁滞回线就是一个椭圆，如图所示。如果磁场较大，导致材料饱和，那么这时的磁滞回线将不再是椭圆，而是会发生变形：磁场变成有尖峰的形状，而磁感应强度的波形则成为平顶，整个磁滞回线和静态饱和的磁滞回线相似。 在某些场合（例如单端脉冲变压器），材料所受的磁化场是单方向的方波脉冲，此时的磁滞回线如右图所示。此外，有些材料受到交直流磁场的共同影响，称为交直流叠加磁化，此时的磁滞回线会变得不对称 |
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