磁性物質的分類

電磁電磁，有電必有磁，有磁必有電。

自然界的物質，根據導磁性能強弱可分為兩大類：

A、鐵磁材料：如，鐵、鋼、鎳、鑽等，這類材料的導磁性能好，磁導率μ值大；

B、非鐵磁材料：如，銅、鋁、紙、空氣等，此類材料的導磁性能差，磁導率μ值小，接近真空的磁導率μ0。

鐵磁材料是製造變壓器、電動機、磁性電子元件等的主要材料，鐵磁材料的磁性能對電磁器件的性能和工作狀態有著很大影響。

鐵磁材料的特性

鐵磁材料的磁性能，主要表現為高導磁性、磁飽和性、磁滯性。

1．高導磁性

鐵磁材料有很強的導磁能力，在外磁場作用下，其內部的磁感應強度會大大增強。

這是因為在鐵磁材料的內部存在許多磁化小區，稱為磁疇，每個磁疇就像一塊小磁鐵，在無外磁場作用時，這些磁疇的排列是不規則的，對外不顯示磁性，如下圖所示。

磁疇示意圖

這些磁疇在一定強度的外磁場作用下，將順著外磁場的方向趨向規則的排列，產生一個附加磁場，使鐵磁材料內的磁感應強度大大增強，這種現象稱為磁化。

非鐵磁材料沒有磁疇結構，所以不具有磁化特性。

通電線圈中放入鐵心後，磁場會大大增強，這時的磁場是線圈產生的磁場和鐵心被磁化後產生的附加磁場的疊加。變壓器、電動機等各種電器的線圈中都放有鐵心，在這種具有鐵心的線圈中通入不大的勵磁電流，便可產生足夠大的磁感應強度和磁通。

2．磁飽和性

在鐵磁材料的磁化過程中，隨著勵磁電流的增大，外磁場和附加磁場都將增大，但當勵磁電流增大到一定值時，幾乎所有的磁疇都與外磁場的方向一致，附加磁場就不再隨勵磁電流的增大而繼續增強，這種現象稱為磁飽和現象。

下圖是磁化曲線，我們來分析一下磁飽和過程。

材料的磁化特性可用上圖的磁化曲線B=f(H)表示。

鐵磁材料的磁化過程大致上可分為四段：

【Oa】段的磁感應強度B隨磁場強度H增加較慢；

【ab】段的磁感應強度B隨磁場強度H差不多成正比地增加；

【b點以後】B隨H的增加速度又減慢下來，逐漸趨於飽和；

【c點以後】其磁化曲線近似於直線，且與真空或非鐵磁材料的磁化曲線B0=f(H)平行。

工程上稱a點為附點，稱b點為膝點，稱c點為飽和點。

由於鐵磁材料的B與H的關係是非線性的，故由B=μH的關係可知，其磁導率μ的數值將隨磁場強度H的變化而改變，如上圖中的μ=f(H)曲線所示。

鐵磁材料在磁化起始的Oa段和進入飽和以後，μ值均不大，在膝點b的附近μ達到最大值。所以電氣工程上通常要求鐵磁材料工作在膝點附近。

下圖是用實驗方法測得的鑄鐵、鑄鋼和硅鋼片三條常用磁化曲線。

這三條曲線分別從a、b、c三點分為兩段：

下段的H從0至1.0×10^(3)(A/m)，橫座標在曲線下方。

上段的H從1至10×10^(3)(A/m)，橫座標在曲線上方。

3．磁滯性

如果勵磁電流是大小和方向都隨時間變化的交變電流，則鐵磁材料將受到交變磁化。

在電流交變的一個週期中，磁感應強度B隨磁場強度H變化的關係如下圖所示。

由圖可見

當磁場強度H減小時，磁感應強度B並不沿著原來這條曲線回降，而是沿著一條比它高的曲線緩慢下降。

當H減速到零時，B並不等於零而仍保留一定的磁性。

這說明鐵磁材料內部已經排齊的磁疇不會完全回覆到磁化前雜亂無章的狀態，這部分剩留的磁性稱為剩磁。

用Br表示，如要去掉剩磁，使B=0，應施加一反向磁場強度-Hc，Hc的大小稱為矯頑磁力，它表示鐵磁材料反抗退磁的能力。

這就像開車時的慣性一樣，鬆開油門車並不會立刻停下來，需要給一個反向力（踩剎車）來制動。

若再在反向增大磁場，則鐵磁材料將反向磁化；當反向磁場減小時，同樣會產生反向剩磁(-Br)。隨著磁場強度不斷正反向變化，得到的磁化曲線為一封閉曲線。

在鐵磁材料反覆磁化的過程中，磁感應強度的變化總是落後於磁場強度的變化，這種現象稱為

鐵磁材料按其磁性能又可分為軟磁材料、硬磁材料、矩磁材料三種類型，如下圖所示它們的磁滯回線。

軟磁材料，它的剩磁和矯頑力較小，磁滯回線形狀較窄，但磁化曲線較陡，即磁導率較高，所包圍的面積較小。它既容易磁化，又容易退磁，一般用於有交變磁場的場合，如用來製造鎮流器、變壓器、電動機以及各種中、高頻電磁元件的鐵心等。

常見的軟磁材料有純鐵、硅鋼、玻莫合金以及非金屬軟磁鐵氧體等。

硬磁材料，它的剩磁和矯頑力較大，磁滯回線形狀較寬，所包圍的面積較大，適用於製作永久磁鐵，如揚聲器、耳機、電話機、錄音機以及各種磁電式儀表中的永久磁鐵都是硬磁材料製成的。

常見的硬磁材料有碳鋼、鑽鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。

矩磁材料，它的磁滯回線近似於矩形，剩磁很大，接近飽和磁感應強度，但矯頑力較小，易於翻轉，常在計算機和控制系統中作記憶元件和開關元件，例如，磁帶、磁盤、硬盤。

常見的矩磁材料有鎂錳鐵氧體及某些鐵鎳合金等。

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