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磁性材料測量——磁化強度 M、磁極化強度 J、磁導率 μ

作者:上海天端 發(fā)布時間:2024-09-05 10:34:27點擊:

1. 磁化強度 M

除式 B=μ0H 描述的真空介質外,其他介質的關系為:B = μ0(H+M)……….…(2.15) ,式中,M是磁化強度矢量。在這種關系中,μ0H 代表外部源的貢獻,μ0M 代表了磁性材料內部的貢獻。由此可得,即使外部磁場強度等于零,材料本身依然可以產生磁感應強度,因為它已被磁化(自生的或因之前被磁化)。

假定每種磁化材料包括大量的基本磁偶極子,磁偶極子由電子圍繞原子核轉動或自旋轉動產生。這些磁偶極子由磁矩 m 表示。在材料完全退磁的情況下,平均磁矩平衡,由此產生的磁化為零。如果材料被磁化,其磁化強度 M 等于

                           C5 1

     磁化強度定義為單位體積內分子磁矩的矢量和,單位和磁場強度同為A/m。


2. 磁極化強度J

早期的文獻中,磁性材料由磁感應強度B描述。最近,許多標準推薦磁場極化強度J替代磁感應強度B:

                          J = B-μ0H……………………………………………(2.17)

 所以,磁場極化強度等于μ0M。因此在軟磁材料典型應用中,磁場強度的值通常是不大于1kA/m,μ0為4π×10-7Wb/Am,所以磁感應強度B和極化強度J之間區(qū)別極小。在硬磁性材料方面,這種區(qū)別確實顯著的,通常給出B=f(H)和J=f(H)這兩種關系。


3. 磁導率 μ

磁性材料磁感應強度 B 與磁場強度 H 之間的關系為 B=μH…..….….….….….……(2.18),在實踐中,用這個關系描述材料屬性很不方便,通常采用材料磁導率與真空磁導率比值關系,即相對磁導率 μr=μ/μ0,因此式(2.18)可改為:                                                                             

                                      B=μrμ0H……..………………………………………(2.19)。

從理論上講,磁導率μ是描述磁性材料屬性的最好參數,因為它預示兩個主要的材料參數磁感應強度B和磁場強度H的直接關系,但事實上,情況要復雜的多,因為:

(1)B和H之間的關系幾乎總是非線性,因此磁導率取決于工作點(磁場強度的值)。圖2.5 給出電工硅鋼的一個典型曲線B=f(H)。可以看出,相對磁導率最大值達到約4000,但是,在高磁感應強度時其低得多(對于深度飽和時其值非常小,實際上不像是鐵磁材料)。類似地,對于非常小的磁場,初始磁導率也大大減小,因此,固定值磁導率給出的信息僅僅是一個固定工作點。

(2)材料磁化受其形狀的影響——磁體的磁導率與原材料磁導率可以完全不同。通常,不均勻磁化的磁體我們只能確定其平均值。

(3)大多數磁性材料是多晶的,材料的磁化方向不同(材料各向異性),磁導率也不同。因此,磁導率應該描述成張量形式:   

           C5 2

通常我們限定這一穩(wěn)定在二維(2D)情況,但即使2D的磁化也非常復雜。

(4)磁導率取決于許多其他因素:頻率和諧波(正弦波磁感應強度偏差)等。對于更高的頻率,應該考慮磁導率的實部和虛部(復數磁導率),兩者的關系為 μ=μ’+jμ’’。因此,從物理學角度來看盡管磁導率是一個非常有用的參數,但在技術應用方面,應用磁化曲線作為磁化過程的描述更加合理。盡管如此,在某些應用過程中,磁導率還是最重要的因素。例如,電磁屏蔽設計(磁導率值越高,屏蔽效果越好)、磁選礦機設計。在這些設備上,盡可能使用最高磁導率的磁性材料。目前,鐵磁材料的相對磁導率可高達100 萬。表2.2 給出了一些相對磁導率大的典型工業(yè)用鐵磁材料。


磁測51


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