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磁性材料测量——磁化强度 M、磁极化强度 J、磁导率 μ

发布时间:2019-08-02 12:48:12      发布人:上海圣通  浏览量:

1. 磁化强度 M

除式 B=μ0H 描述的真空介质外,其他介质的关系为:B = μ0(H+M)……….…(2.15) ,式中,M是磁化强度矢量。在这种关系中,μ0H 代表外部源的贡献,μ0M 代表了磁性材料内部的贡献。由此可得,即使外部磁场强度等于零,材料本身依然可以产生磁感应强度,因为它已被磁化(自生的或因之前被磁化)。

假定每种磁化材料包括大量的基本磁偶极子,磁偶极子由电子围绕原子核转动或自旋转动产生。这些磁偶极子由磁矩 m 表示。在材料完全退磁的情况下,平均磁矩平衡,由此产生的磁化为零。如果材料被磁化,其磁化强度 M 等于

                           C5 1

     磁化强度定义为单位体积内分子磁矩的矢量和,单位和磁场强度同为A/m。

2. 磁极化强度J

早期的文献中,磁性材料由磁感应强度B描述。最近,许多标准推荐磁场极化强度J替代磁感应强度B:

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

 所以,磁场极化强度等于μ0M。因此在软磁材料典型应用中,磁场强度的值通常是不大于1kA/m,μ0为4π×10-7Wb/Am,所以磁感应强度B和极化强度J之间区别极小。在硬磁性材料方面,这种区别确实显著的,通常给出B=f(H)和J=f(H)这两种关系。

3. 磁导率 μ

磁性材料磁感应强度 B 与磁场强度 H 之间的关系为 B=μH…..….….….….….……(2.18),在实践中,用这个关系描述材料属性很不方便,通常采用材料磁导率与真空磁导率比值关系,即相对磁导率 μr=μ/μ0,因此式(2.18)可改为:                                                                             

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

从理论上讲,磁导率μ是描述磁性材料属性的最好参数,因为它预示两个主要的材料参数磁感应强度B和磁场强度H的直接关系,但事实上,情况要复杂的多,因为:

(1)B和H之间的关系几乎总是非线性,因此磁导率取决于工作点(磁场强度的值)。图2.5 给出电工硅钢的一个典型曲线B=f(H)。可以看出,相对磁导率最大值达到约4000,但是,在高磁感应强度时其低得多(对于深度饱和时其值非常小,实际上不像是铁磁材料)。类似地,对于非常小的磁场,初始磁导率也大大减小,因此,固定值磁导率给出的信息仅仅是一个固定工作点。

(2)材料磁化受其形状的影响——磁体的磁导率与原材料磁导率可以完全不同。通常,不均匀磁化的磁体我们只能确定其平均值。

(3)大多数磁性材料是多晶的,材料的磁化方向不同(材料各向异性),磁导率也不同。因此,磁导率应该描述成张量形式:   

           C5 2

通常我们限定这一稳定在二维(2D)情况,但即使2D的磁化也非常复杂。

(4)磁导率取决于许多其他因素:频率和谐波(正弦波磁感应强度偏差)等。对于更高的频率,应该考虑磁导率的实部和虚部(复数磁导率),两者的关系为 μ=μ’+jμ’’。因此,从物理学角度来看尽管磁导率是一个非常有用的参数,但在技术应用方面,应用磁化曲线作为磁化过程的描述更加合理。尽管如此,在某些应用过程中,磁导率还是最重要的因素。例如,电磁屏蔽设计(磁导率值越高,屏蔽效果越好)、磁选矿机设计。在这些设备上,尽可能使用最高磁导率的磁性材料。目前,铁磁材料的相对磁导率可高达100 万。表2.2 给出了一些相对磁导率大的典型工业用铁磁材料。

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