1、第四節第四節 鐵磁性物質的磁化鐵磁性物質的磁化一、鐵磁性物質的磁化一、鐵磁性物質的磁化二、磁化曲線二、磁化曲線三、磁滯回線三、磁滯回線一、鐵磁性物質的磁化一、鐵磁性物質的磁化1磁化磁化本來不具備磁性的物質，由于受磁場的作用而具有了磁性的現本來不具備磁性的物質，由于受磁場的作用而具有了磁性的現象稱為該物質被象稱為該物質被磁化磁化。只有。只有鐵磁性物質鐵磁性物質才能被磁化。才能被磁化。2被磁化的原因被磁化的原因( (1) )內因：鐵磁性物質是由許多被稱為內因：鐵磁性物質是由許多被稱為磁疇磁疇的磁性小區域組成的磁性小區域組成的，每一個磁疇相當于一個小磁鐵。的，每一個磁疇相當于一個小磁鐵。( (2)

2、)外因：有外磁場的作用。外因：有外磁場的作用。如圖如圖 5-7( (a) ) 所示，當無外磁場作用時，磁疇排列雜亂無章，所示，當無外磁場作用時，磁疇排列雜亂無章，磁性相互抵消，對外不顯磁性；磁性相互抵消，對外不顯磁性；如圖如圖 5-7( (b) ) 所示，當有外磁場作用時，磁疇將沿著磁場方向所示，當有外磁場作用時，磁疇將沿著磁場方向作取向排列，形成作取向排列，形成附加磁場附加磁場，使磁場顯著加強。，使磁場顯著加強。有些鐵磁性物質在撤去磁場后，磁疇的一部分或大部分仍然保有些鐵磁性物質在撤去磁場后，磁疇的一部分或大部分仍然保持取向一致，對外仍顯磁性，即成為永久磁鐵。持取向一致，對外仍顯磁性，即成為

3、永久磁鐵。 圖圖 5-7鐵磁性物質的磁化鐵磁性物質的磁化 不同的鐵磁性物質，磁化后的磁性不同。不同的鐵磁性物質，磁化后的磁性不同。鐵磁性物質鐵磁性物質被磁化的性被磁化的性能，被廣泛地應用于電子和能，被廣泛地應用于電子和電氣設備中，如電氣設備中，如變壓器、繼變壓器、繼電器、電機等。電器、電機等。二、磁化曲線二、磁化曲線1磁化曲線的定義磁化曲線的定義磁化曲線是用來描述鐵磁性物質的磁化特性的。鐵磁性物質的磁化曲線是用來描述鐵磁性物質的磁化特性的。鐵磁性物質的磁感應強度磁感應強度 B 隨磁場強度隨磁場強度 H 變化的曲線，稱為磁化曲線，也叫變化的曲線，稱為磁化曲線，也叫 BH 曲線。曲線。5-4-1.

4、swf3分析分析( (1) ) 0 1 段：曲線上升緩慢，這是由于磁疇的慣性，當段：曲線上升緩慢，這是由于磁疇的慣性，當 H 從從零開始增加時，零開始增加時，B 增加緩慢，稱為增加緩慢，稱為起始磁化段起始磁化段。( (2) ) 1 2 段：隨著段：隨著 H 的增大，的增大，B 幾乎直線上升，這是由于磁幾乎直線上升，這是由于磁疇在外磁場作用下，大部分都趨向疇在外磁場作用下，大部分都趨向 H 方向，方向，B 增加很快，曲線很增加很快，曲線很陡，稱為陡，稱為直線段直線段。圖圖 5-8 磁化曲線的測定磁化曲線的測定( (3) ) 2 3 段：隨著段：隨著 H 的增加，的增加，B 的上升又緩慢了，這是由

5、于的上升又緩慢了，這是由于大部分磁疇方向已轉向大部分磁疇方向已轉向 H 方向，隨著方向，隨著 H 的增加只有少數磁疇繼續的增加只有少數磁疇繼續轉向，轉向，B 增加變慢。增加變慢。( (4) ) 3 點以后：到達點以后：到達 3 點以后，磁疇幾乎全部轉到了外磁場方點以后，磁疇幾乎全部轉到了外磁場方向，再增大向，再增大 H 值，值，B 也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為飽和飽和段段，此時的磁感應強度叫，此時的磁感應強度叫飽和磁感應強度飽和磁感應強度。圖圖 5-8 磁化曲線的測定磁化曲線的測定 圖圖 5-8 磁化曲線的測定磁化曲線的測定 不同的鐵磁性物質，不同的鐵磁

6、性物質，B 的飽和值不同，對同一種材料，的飽和值不同，對同一種材料，B的的飽和值是一定的。飽和值是一定的。電機和變壓器，通常工作在曲線的電機和變壓器，通常工作在曲線的 2 3 段，即接近飽和的段，即接近飽和的地方。地方。4磁化曲線的意義磁化曲線的意義在磁化曲線中，已知在磁化曲線中，已知 H 值就可查出對應的值就可查出對應的 B 值。因此，在計值。因此，在計算介質中的磁場問題時，磁化曲線是一個很重要的依據。算介質中的磁場問題時，磁化曲線是一個很重要的依據。圖圖 5-9 給出了幾種不同鐵給出了幾種不同鐵磁性物質的磁化曲線，從曲線磁性物質的磁化曲線，從曲線上可看出，在相同的磁場強度上可看出，在相同的

7、磁場強度 H 下，硅鋼片的下，硅鋼片的 B 值最大，值最大，鑄鐵的鑄鐵的 B 值最小，說明硅鋼值最小，說明硅鋼片的導磁性能比鑄鐵要好得多。片的導磁性能比鑄鐵要好得多。圖圖 5-9幾種鐵磁性物質的磁化曲線幾種鐵磁性物質的磁化曲線磁化曲線只反映了鐵磁性物質在外磁場由零逐漸增強的磁磁化曲線只反映了鐵磁性物質在外磁場由零逐漸增強的磁化過程，而很多實際應用中，鐵磁性物質是工作在交變磁場中化過程，而很多實際應用中，鐵磁性物質是工作在交變磁場中的。所以，必須研究鐵磁性物質反復交變磁化的問題。的。所以，必須研究鐵磁性物質反復交變磁化的問題。1磁滯回線的測定磁滯回線的測定 三、磁滯回線三、磁滯回線5-4-2.s

8、wf2分析分析圖圖 5-10 為通過實驗測定的某種鐵磁性物質的磁滯回線。為通過實驗測定的某種鐵磁性物質的磁滯回線。( (1) )當當 B 隨隨 H 沿起始磁化曲線達到飽和值以后，逐漸減小沿起始磁化曲線達到飽和值以后，逐漸減小H 的的數值，由圖可看出，數值，由圖可看出，B 并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在它上面的曲線它上面的曲線 ab 下降。下降。( (2) ) 當當 H 減小到零時，減小到零時，B 0，而是保留一定的值稱為，而是保留一定的值稱為剩磁剩磁，用用 Br 表示。表示。永久性磁鐵永久性磁鐵就是利就是利用剩磁很大的鐵磁性物質制成的。用剩磁很大的

9、鐵磁性物質制成的。圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線 ( (3) )為消除剩磁，必須加反向磁場，隨著反向磁場的增強，鐵為消除剩磁，必須加反向磁場，隨著反向磁場的增強，鐵磁性物質逐漸磁性物質逐漸退磁退磁，當反向磁場增大到一定值時，當反向磁場增大到一定值時，B 值變為值變為 0 ，剩磁完全消失，如圖剩磁完全消失，如圖 bc 段。段。bc 段曲線叫段曲線叫退磁曲線退磁曲線，這時，這時 H 值是為克服剩磁所加的磁場強值是為克服剩磁所加的磁場強度，稱為度，稱為矯頑磁力矯頑磁力，用，用 HC 表示。矯頑磁力的大小反映了鐵磁性物表示。矯頑磁力的大小反映了鐵磁性物質保存剩磁的能力。質保存剩磁的能力。( (4) )

10、當反向磁場繼續增大時，當反向磁場繼續增大時，B 值從值從 0 起改變方向，沿曲線起改變方向，沿曲線 cd 變化，并能達到反向飽和點變化，并能達到反向飽和點 d。圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線 3磁滯損耗磁滯損耗 鐵磁性物質在交變磁化時，磁疇要來回翻轉，在這個過程鐵磁性物質在交變磁化時，磁疇要來回翻轉，在這個過程中，產生了能量損耗，稱為中，產生了能量損耗，稱為磁滯損耗磁滯損耗。磁滯回線包圍的面積越。磁滯回線包圍的面積越大，磁滯損耗就越大，所以剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質，大，磁滯損耗就越大，所以剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質，磁滯損耗就越大。因此，磁滯回線的形狀常被用來判斷鐵磁性磁滯損耗就越大

11、。因此，磁滯回線的形狀常被用來判斷鐵磁性物質的性質和作為選擇材料的依據。物質的性質和作為選擇材料的依據。圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線 圖圖 5-11基本磁化曲線基本磁化曲線第五節第五節 磁路的基本概念磁路的基本概念 一、磁路一、磁路二、磁路的歐姆定律二、磁路的歐姆定律一、磁路一、磁路1主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通如圖如圖 5-12 所示，當線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、所示，當線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構成回路，這部分磁通稱為銜鐵和工作氣隙構成回路，這部分磁通稱為主磁通主磁通；還有一部分磁；還有一部分磁通，沒有經過氣隙和銜鐵，而是經空氣自成回路，這部分磁通稱

12、為通，沒有經過氣隙和銜鐵，而是經空氣自成回路，這部分磁通稱為漏磁通漏磁通。圖圖 5-12主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 2磁路磁路磁通經過的閉合路徑叫磁通經過的閉合路徑叫磁路磁路。磁路和電路一樣，分為。磁路和電路一樣，分為有分支磁有分支磁路路和和無分支磁路無分支磁路兩種類型兩種類型。圖圖 5-12 給出了無分支磁路，圖給出了無分支磁路，圖 5-13 給出了有分支磁路。在無給出了有分支磁路。在無分支磁路中，通過每一個橫截面的磁通都相等。分支磁路中，通過每一個橫截面的磁通都相等。圖圖 5-13有分支磁路有分支磁路 圖圖 5-12主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 二、磁路的歐姆定律二、磁路的歐姆定律1磁動

13、勢磁動勢通電線圈產生的磁通通電線圈產生的磁通 與線圈的匝數與線圈的匝數 N 和線圈中所通過和線圈中所通過的電流的電流 I 的乘積成正比。的乘積成正比。把通過線圈的電流把通過線圈的電流 I 與線圈匝數與線圈匝數 N 的乘積，稱為的乘積，稱為磁動勢磁動勢，也叫也叫磁通勢磁通勢，即，即 Em = NI磁動勢磁動勢 Em 的單位是安培的單位是安培( (A) )。2磁阻磁阻磁阻就是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用磁阻就是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用 Rm 表示。表示。磁路中磁阻的大小與磁路的長度磁路中磁阻的大小與磁路的長度 l 成正比，與磁路的橫截面積成正比，與磁路的橫截面積 S 成反比，并與組

14、成磁路的材料性質有關。因此有成反比，并與組成磁路的材料性質有關。因此有SlR m式中，式中， 為磁導率，單位為磁導率，單位 H/m；長度；長度 l 和截面積和截面積 S 的單位的單位分別為分別為 m 和和 m2 。因此，磁阻。因此，磁阻 Rm 的單位為的單位為 1/亨亨( (H 1) )。由于磁。由于磁導率導率 不是常數，所以不是常數，所以 Rm 也不是常數。也不是常數。3磁路歐姆定律磁路歐姆定律( (1) ) 磁路歐姆定律磁路歐姆定律通過磁路的磁通與磁動勢成正比，與磁阻成反比，即通過磁路的磁通與磁動勢成正比，與磁阻成反比，即mmRE 上式與電路的歐姆定律相似，磁通上式與電路的歐姆定律相似，磁

15、通 對應于電流對應于電流 I ，磁動勢，磁動勢 Em 對應于電動勢對應于電動勢 E ，磁阻，磁阻 Rm 對應于電阻對應于電阻 R 。因此，這一關系稱為。因此，這一關系稱為磁路歐姆定律磁路歐姆定律。( (2) ) 磁路與電路的對應關系磁路與電路的對應關系磁路中的某些物理量與電路中的某些物理量有對應關系，同時磁路中的某些物理量與電路中的某些物理量有對應關系，同時磁路中某些物理量之間與電路中某些物理量之間也有相似的關系。磁路中某些物理量之間與電路中某些物理量之間也有相似的關系。圖圖 5-14 是相對應的兩種電路和磁路。是相對應的兩種電路和磁路。 圖圖 5-14對應的電路和磁路對應的電路和磁路 表表

16、5-2 列出了電路與磁路對應的物理量及其關系式。列出了電路與磁路對應的物理量及其關系式。 表表 5-2磁路和電路中對應的物理量及其關系式磁路和電路中對應的物理量及其關系式 slR slR m電路電路磁路磁路電流電流I磁通磁通 電阻電阻磁阻磁阻電阻率電阻率 磁導率磁導率 電動勢電動勢E磁動勢磁動勢EI N電路歐姆定律電路歐姆定律I=E/R磁路歐姆定律磁路歐姆定律 = E/R本章小結本章小結一、磁場一、磁場二、電流的磁效應二、電流的磁效應三、描述磁場的物理量三、描述磁場的物理量四、磁場對電流的作用力四、磁場對電流的作用力五、鐵磁性物質的磁化五、鐵磁性物質的磁化六、磁路六、磁路一、磁場一、磁場1磁場

17、是磁體周圍存在的一種特殊物質，磁體通過磁場發生磁場是磁體周圍存在的一種特殊物質，磁體通過磁場發生相互作用。相互作用。2磁場的大小和方向可用磁感線來形象的描述：磁感線的疏磁場的大小和方向可用磁感線來形象的描述：磁感線的疏密表示磁場的強弱，磁感線的切線方向表示磁場的方向。密表示磁場的強弱，磁感線的切線方向表示磁場的方向。二、電流的磁效應二、電流的磁效應1通電導線周圍存在著磁場，說明電可以產生磁，由電產生通電導線周圍存在著磁場，說明電可以產生磁，由電產生磁的現象稱為電流的磁效應。電流具有磁效應說明磁現象具有電本磁的現象稱為電流的磁效應。電流具有磁效應說明磁現象具有電本質。質。2電流產生的磁場方向與電

18、流的方向有關，可用安培定則，電流產生的磁場方向與電流的方向有關，可用安培定則，即右手螺旋定則來判斷。即右手螺旋定則來判斷。三、描述磁場的物理量三、描述磁場的物理量 1磁感應強度磁感應強度 BB 是描述磁場強弱和磁場方向的物理量，它描述了磁場的力效是描述磁場強弱和磁場方向的物理量，它描述了磁場的力效應。當通電直導線與磁場垂直時，通過觀察導線受力可知導線所在應。當通電直導線與磁場垂直時，通過觀察導線受力可知導線所在處的磁感應強度處的磁感應強度IlFB 2磁通磁通勻強磁場中，穿過與磁感線垂直的某一截面的磁感線的條數，勻強磁場中，穿過與磁感線垂直的某一截面的磁感線的條數，叫穿過這個面的磁通，叫穿過這個面的磁通， = BS。三、描述磁場的物理量三、描述磁場的物理量 1磁感應強度磁感應強