磁化曲线和磁畴结构
铁磁材料的磁化与磁化曲线
虽然利用铁磁材料可以使磁通约束在铁 心范围内，但由于制造和结构上的原因，磁 路中常会含有空气隙，使极少数磁力线扩散 出去造成所谓的边缘效应，如图8-9所示。 另外，还会有少量磁力线不经过铁心而经过 空气形成磁回路，这种磁通称为漏磁通。漏 磁通相对主磁通来说，所占比例很小，所以 一般可忽略不计。
如果把铁磁材料置入外磁场中，这时大多数磁畴都会趋 向与外磁场的方向规则的排列，因而在铁磁材料内部形 成了很强的与外磁场同方向的附加磁场，从而大大地增 强了磁感应强度，即铁磁材料被磁化了，如图8-1b所示。 当外加磁场进一步加强，所有磁畴的方向都几乎转向外 加磁场方向，这时附加磁场不再加强，这种现象叫做磁 饱和，如图8-1c所示。
第二节 磁路与此路定律
一、磁路
在电机，变压器及其它各种电磁器件中，常 用铁磁材料做成一定形状的铁心。其目的一是用 较小的励磁电流能够产生足够大的磁通；二是将 磁通限定在一定的范围之内。如图8-7所示。
在图8-7b中，磁感应线几乎都是沿着铁心形 成闭合回路。因此这种由铁磁材料构成的，让磁 通集中通过的闭合路径叫磁路。
（二） 磁化曲线
不同种类的铁磁性物质，其磁化性能是不同的。工 程上常用磁化曲线表示各种铁磁性物质的磁化特性。 磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强B与外磁场的磁
场强度H之间的关系曲线，所以又 B H叫曲线。
铁磁物质的磁化曲线可用试验测定。测量铁磁物质 磁化曲线的装置如图8-2所示。
1.起始磁化曲线
4、基本磁化曲线
对同一铁磁材料，取不同的Hm反复磁化， 将得到一系列磁滞回线，如图8-4b所示。 各磁滞回线的顶点联成的曲线 ON称为基本 磁化曲线，简称磁化曲线。工程上常用基 本磁化曲线进行磁路计算。
二、铁磁材料的磁性能
磁化曲线
Hm
b
c
d
单位体积 磁滞损耗
e
f
g j
t
wm
HdB
L
B
磁带去磁原理：
i
t
磁头
o
H i
H
H
t
o H
NSNSNSNSNSSNNSNSNSNSNSNSSNSNSNSNSNS
H t
t
四）磁性材料的分类 1）按矫顽磁力分：
软磁性材料--Br小Hc小磁滞回线细长，适用 制造电机、变压器等。
硬磁性材料--Br大Hc大磁滞回线“肥胖”，适 用制造永久磁铁、磁电式仪表等。
B
tg
H
B
H
2）铁磁性材料的磁化曲线
实验电路： A
R
铁磁质
磁 通 计
起始磁化曲线：
BB
cc
bb
aa O
Oa段 H B,
起始段（a点称为跗点）
HH
ab 段 H B
直线段（b点称为膝点）
bc段
饱和段
起始磁化曲线： B
d
BH 关系是非线性的
定义：
静态磁导率
H B tg 1
H
动态磁导率
t
HcHm
0Bj
（剩磁）
b 反复十多次磁化后的磁化曲线--“磁滞回线”
Bc
b
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱBr
j
d
gH
o
Hc
Hc
f e
o
物质
居里点
二）温度对铁磁质的影响
存在居里点--使铁磁质变为 顺磁质的温度。
铁 1043K
钴 1400K
镍 637K
综上所述：磁性材料特点：
电力系统基础知识之百问百答(五)
电力系统基础知识之百问百答（五）（剩磁；磁畴；铁磁物质；磁滞回线；磁化曲线；磁滞损耗；电场、电场强度；静电场；电力线）1.什么叫剩磁？剩磁（Remanence），也称为残余磁化或剩余磁化，是指在磁体经历了外部磁场的作用后，移除外部磁场后仍然保持的残留磁场。
剩磁是磁体在磁化过程中所具有的永久磁性。
当一个磁体被暴露在外部磁场中时，它的磁性材料会受到磁化作用，并获得一定的磁化程度。
即使在外部磁场被移除后，磁体仍然保持一定的磁性，产生剩磁。
剩磁是由磁性材料内部的微观磁畴在磁场中的相对位置和方向确定的。
剩磁的大小和性质取决于磁体的材料和制造工艺。
某些材料（如永磁材料）具有较高的剩磁，可以长时间保持强烈的磁性。
而一些其他材料（如铁）在外部磁场移除后，其剩磁较低，逐渐减弱。
剩磁在许多领域中具有应用价值。
例如，它在永磁材料中用于制造永磁体，用于制作磁铁、电机和发电机等设备。
剩磁还在磁存储器、磁带、硬盘驱动器等信息存储设备中起着重要作用。
需要注意的是，剩磁并非完全不可变，它可能会受到外部磁场或热等因素的影响而发生变化。
剩磁也可以通过磁场的逆向磁化或热去磁等方法来消除或减小。
2.什么叫磁畴？磁畴（Magnetic Domain）是指磁性材料中具有相同磁化方向的微观区域。
在磁性材料中，原子和分子会形成磁畴，每个磁畴内的磁矩（磁性矢量）指向相同的方向，形成一个磁性区域。
磁畴是磁性材料内部微观结构的一种组织形式。
在没有外部磁场作用时，磁畴之间的磁矩方向是无规则排列的，导致整体上不呈现明显的磁性。
然而，当外部磁场施加到磁性材料上时，磁畴会发生重新排列，使得更多的磁矩朝向外部磁场的方向，从而形成宏观的磁化效果。
磁畴的大小和数量取决于磁性材料的特性和制备条件。
某些磁性材料具有小而多的磁畴，而其他材料可能具有较大而少的磁畴。
磁畴的尺寸通常在微米至纳米级别。
磁畴的存在对磁性材料的磁性和磁化行为起着重要影响。
当外部磁场作用时，磁畴会发生重新排列，磁矩会转向外部磁场的方向，使整体材料表现出磁性。
2、铁磁质的磁化规律和磁化机理-13
磁场较弱时，畴壁扩张 (2)磁畴转向
磁场较强时，磁矩转向
3、规律解释 B ~ H 非线性关系 外场增加 可转向磁畴数变少 达到磁饱和
磁场增加变慢
磁滞和剩磁 磁畴转向需克服阻力
居里温度
温度升高时分子热运动加剧，磁畴被破坏
§14-3
铁磁质的磁化规律和磁化机理
一、铁磁质的磁化规律
基本实验装置：
A
R
磁 通 计 H = nI 测B
提供 I
1、非铁磁性材料的磁化曲线 (1) m m0，B ~ H曲 B
线斜率 tana = m0 ； (2) B ~ H曲线具有可逆性。
2、铁磁性材料的磁化曲线
a
H
(1) 起始磁化曲线： Oa：起始段 ab：直线段
为非线性，且mr >> 1； (2)有剩磁存在；
(3)存在居里温度。
二、磁性材料介绍 1、软磁性材料
B
H O
回路细窄，损耗小；
易退磁，易磁化。
适用制造电机、变压器等
2、硬磁性材料 B H
O
回路宽粗，损耗大； 不易退磁，剩磁大。 适用制造永久磁铁等。
3、矩磁材料 Bm
B Br
O
H
bc：饱和段
B b O a
c H
(2)磁滞回线
当I = 0时，H = 0，但有剩磁
当B = 0时，H = Hc， 称矫顽力，反映铁磁质保存剩磁的能力
磁滞现象：B 的变化
总是落后于 H 的变化。 磁滞损耗与磁滞回线 包围的面积成正比 d
Br
B b
Hc -Br
a H
-Hc c O
3、铁磁质磁化规律的特点 (1) B m H 仍成立，但m = m (H)，
磁畴结构和磁化曲线
27
• 把畴壁近似的看作长轴为D，短轴为δ的无限长的 椭圆柱体，其长轴方向的退磁能为Ed=μ0NM2/2，N 为椭圆长轴方向的退磁因子，且N=δ/(δ+D)。 • 考虑退磁能后的畴壁能密度为：
2 M d 2 s ( F ( ) K1 Sin2 0 )dz dz 2( D)
F 2
20 2 M s 2 K1 2 2 ( D)
30
• 令∂γ/∂δ=0，可得畴壁厚度与有关参数的关系：
K1 F 2 20 M s 2 ( 2 D) 2 0 2 2 2 ( D)
• 两种极端情况下畴壁的厚度δB和畴壁能量γB，
• 铁磁薄膜指的是这样一类材料：
厚度不超过10-8-10-9m； 晶粒边界与晶体体积之比远远超过大块材料同类数 值之比 存在一个临界厚度，同样的材料，在小于临界厚度 时，磁性要发生变化
薄膜合金磁头
磁性薄膜器件-光盘
26
• 在计算Bloch壁的厚度和能量密度中，假设畴壁 与样品表面交界处不出现磁荷，实际情况是要出 现磁荷的，但一般不考虑大块样品的退磁能（大 块样品厚度D比畴壁厚度δ大得多，畴壁平面内的 退磁因子很小，所以退磁能可以忽略不计） • 如果样品是铁磁薄膜，样品厚度D比畴壁厚度δ大 得多的条件不成立，退磁能不能忽略。 • 考虑退磁能，薄膜的畴壁特性会有显著变化。
9
• 180°畴壁内的原子磁矩的排列方式：所有原子磁 矩都只在与畴壁平行的原子面上改变方向，同一原 子面的磁矩方向则相同，它们在畴壁法线方向的分 量都为零。 • 原子磁矩在畴壁内是逐渐转向的。
180°畴壁内原子磁矩方向改变示意图
10
• 如果磁化强度的取向从一个磁畴内最后一个原子 处的0°突然转变成相邻磁畴的第一个原子处的 180°(这种情况也可理解为畴壁厚度很小，甚至 为零)，虽然磁化方向还是保持在磁畴的易磁化方 向，磁晶各向异性能没有变化，但却引起交换作 用能的急剧变化。
第27讲8-7磁畴结构畴壁
42
铁磁质单晶体磁化过程
H
43
铁磁质单晶体磁化过程
H
44
铁磁质单晶体磁化过程
H
45
铁磁质单晶体磁化过程
H
46
铁磁质单晶体磁化过程
H
47
铁磁质单晶体磁化过程
H
48
铁磁质单晶体磁化过程
H
49
铁磁质单晶体磁化过程
H
50
铁磁质单晶体磁化过程
H
51
铁磁质单晶体磁化过程
H
52
铁磁质单晶体磁化过程
第八章 磁性物理
本章提要
在其他章节中，对物质的导电性能等进行 了介绍。本章将介绍物质的磁性。着重介绍物 质的磁性来源，原子磁矩的计算，各种材料中 原子磁矩的计算原则。进一步介绍物质磁性的 分类，抗磁性概念，顺磁性的居里外斯定理， 铁磁性的分子场理论，物质铁磁性的来源，亚 铁磁性的超交换理论。也介绍了铁磁性物质内 部的能量和磁畴的形成。
以使磁场增强102 ~ 104倍。
3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。 4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺 磁质。
55
软磁材料
特点：磁导率大，矫顽力小，容易磁化 也容易退磁。磁滞回线包围面积小，磁滞损 耗小。 应用：硅钢片，作变压器、电机、电磁 铁的铁芯。铁氧 B 体（非金属）作 高频线圈的磁芯 H 材料。
72
图8-18空洞（a）掺杂（b）和晶界（c）对 磁畴结构的影响 73
3.单畴结构
铁磁体的块度对磁畴结构也有很大影响。 如果材料的线度非常小，以至材料形成单畴 时的退磁能小于形成多畴时的畴壁能，磁性 材料就以单畴存在
74
一个半径为R的立方单晶体结构的球。
设磁晶各向异性常数K1>0，λs和应力σ可以忽 略。 情况(a)：4块封闭畴结构
磁性材料 第6章 技术磁化理论--磁性材料
C
C’
O
H
磁矩不是从饱和磁化方向回到自己原 来的易磁化轴方向，而是只回到各自 最靠近外磁场方向上的那些易磁化轴
方向，所以磁矩均匀分布在半球内
则在原来磁场方向上保留的剩
磁大小可近似为MR＝MScos， 其中为外磁场与每个晶粒的
易磁化轴间的夹角
三、矫顽力HC
1、两种矫顽力的定义：
➢磁感矫顽力BHC：在B－H磁滞回线上，使 B＝0的磁场强度;
域中的可逆磁化部分
剩余磁化强度MR的大小，决 定于材料从饱和磁化降到H＝
0的反磁化过程中磁畴结构的 变化；它是反磁化过程中不可 逆磁化的标志，也是决定磁滞 回线形状大小的一个重要物理
量
以由单轴各向异性晶粒组成的多晶体为例
M
说明剩余磁化的磁畴结构变化示意图 在多晶体中，假设晶粒的单易磁化轴
A B
D
是均匀分布的，当多晶体在某个方向 磁化饱和后，再将外磁场降为零，由 于不可逆磁化的存在，各个晶粒内的
磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每和一结点构都与代哪表些铁因素
磁体的平衡状态，而从热力学的观点来看，有在关平？衡状
态下，系统的总自由能等于极小值
第1节 技术磁化
Technical Magnetization
铁磁性物质的基本特征：
（1）、铁磁性物质内存在按磁畴分布的自发磁化 （2）、铁磁性物质的磁化率很大 （3）、铁磁性物质的磁化强度与磁化磁场强度之间不是单 值函数关系，显示磁滞现象，具有剩余磁化强度，其磁化率都 是磁场强度的函数
（iii）、磁畴磁矩的转动磁化阶段（较强磁场范围内）
此时样品内畴壁位移已基本完毕，要使M增加，只有靠磁畴
磁矩的转动来实现。一般情况下，可逆与不可逆磁畴转动同时发生 于这个阶段
磁场对磁性材料磁化行为的影响分析
磁场对磁性材料磁化行为的影响分析磁场是磁性材料磁化行为中不可忽视的一个重要因素。
不同的磁场对磁性材料的磁化行为产生不同的影响，这涉及到物理学中的磁化机制、磁化效应等方面的研究。
一、磁场对磁性材料的磁导率影响磁导率是磁性材料在磁化过程中的一个重要参数，它描述了材料的磁化程度。
而磁场对磁导率有着显著的影响。
当一个磁性材料置于一个外加的磁场中时，磁场会使材料内部的磁畴发生受磁取向，从而使磁导率增大。
磁导率的变化不仅与材料的特性有关，同时也与磁场的强度有关。
当磁场强度增大时，磁导率也会相应增大。
这是因为强磁场能够使磁性材料内部的磁畴有序排列，从而增大了磁化程度，进而增大了磁导率。
二、磁场对磁化曲线的影响磁化曲线是描述磁性材料在不同磁场下磁化程度的一条曲线。
磁场对磁化曲线的影响主要体现在磁化强度和磁化容易性两个方面。
对于铁磁材料来说，随着磁场的增大，磁化强度也会增大，而且有一个饱和磁化强度的上限。
这是因为在饱和磁场之前，磁性材料内部的磁畴会受到磁场的激励，呈现出排列有序的状态，从而使磁化强度增大。
但是一旦达到了饱和磁场，材料内部的磁畴已经全部取向，再增加磁场也无法使磁化强度再次增大。
对于顺磁材料和反磁材料来说，磁场对磁化曲线的影响也是显著的。
在低磁场下，顺磁和反磁材料的磁化强度很小，随着磁场的增大磁化强度也会逐渐增大。
然而，随着磁场的继续增加，磁化强度会逐渐减小，直到到达一个临界磁场，材料的磁化强度基本趋于零。
这是因为在高磁场下，顺磁材料和反磁材料的磁畴会受到强磁场的作用，呈现出强烈的磁偶极子矩，从而使磁化强度减小。
三、磁场对磁性材料的磁畴结构的影响磁性材料的磁性是由于其基本单位——磁畴的排列和取向所形成的。
磁场对磁畴结构的影响是磁性材料磁化行为中的重要问题。
在磁场的作用下，磁性材料内部的磁畴会发生排列有序的变化。
磁场有助于使磁畴的取向与磁场方向一致，从而增加了磁性材料的磁化强度。
另一方面，外界磁场的影响还会使磁性材料内部形成新的磁畴，从而改变了材料的磁畴结构。
磁化曲线的名词解释
磁化曲线的名词解释磁化曲线是一种描述物质磁化行为的曲线，它表示了物质在外加磁场作用下的磁化程度与磁场强度之间的关系。
磁化曲线是磁性材料重要的性能参数之一，具有广泛的应用价值。
磁化曲线的形状特征由磁性材料的磁化机制和物理性质决定，是研究磁性材料的基础。
通过对磁化曲线的分析，可以得到磁性材料的各种磁性参数，如磁化饱和强度、剩余磁感应强度和矫顽力等。
这些参数对于磁性材料的应用和性能评价至关重要。
磁化曲线一般呈现出S型，其具体形状根据材料的不同而异。
在低外加磁场强度下，磁化曲线一开始是一个线性段，表示材料的磁化度很小，磁感应强度与外加磁场强度呈线性关系。
随着外加磁场的进一步增强，磁化曲线逐渐弯曲，进入非线性段。
此时，磁化度不断增大，材料的磁感应强度先迅速增加，后趋于平缓，直至趋于饱和。
磁化曲线的饱和段是指磁感应强度达到最大值的区域。
在该区域内，材料已经达到了最大的磁化度，进一步增加外加磁场也无法使其增加更多的磁化度。
这种饱和现象与磁性材料内部的磁畴结构有关。
在饱和段后的高磁场区域，材料的磁感应强度有可能略微减小，这是因为材料中的磁畴结构受到破坏，导致部分磁化度的损失。
磁化曲线还可以通过其形状来区分不同类型的磁性材料。
常见的磁性材料有铁、镍、钴等。
例如，铁磁材料的磁化曲线呈现出典型的S型，剩余磁感应强度较大，适合用于制作永磁体；而顺磁材料的磁化曲线为直线，不具备剩余磁场，适合用于磁化探测和磁共振成像等应用。
磁化曲线的解释不仅涉及到物理学原理，还与材料科学和工程密切相关。
磁化曲线可以提供磁性材料的磁化特性及其应用方向的指导。
例如，在磁记录领域，磁化曲线被广泛用于设计和评估磁存储材料的性能，提高磁读写的稳定性和可靠性。
此外，在电动机、发电机、变压器等能源转化和传输设备中，磁化曲线也为磁性材料的选材和设计提供了依据。
总之，磁化曲线是一种重要的磁性材料性能参数，能够直观地反映物质在外加磁场作用下的磁化行为。
通过对磁化曲线的分析，我们可以获得磁性材料的各种磁性参数，并为磁性材料的应用和性能提供科学依据。
磁性材料 第6章 技术磁化理论--磁性材料
技术磁化：指施加准静态变化磁场于强磁体，使其自发磁化的
方向通过磁化矢量M的转动或磁畴移动而指向磁场方向的过程
磁性材料
第二章 技术磁化理论
2、磁化曲线的基本特征： 铁磁性、亚铁磁性磁化曲线为复杂函数关系
强磁体的磁化曲线可分为五个特征区域： M
（1）、起始磁化区（可逆磁化区域）
M＝iH B＝ 0iH （i＝1+ i）
第二章 技术磁化理论
3、磁化过程的磁化机制：
若磁体被磁化，则沿外磁场
MSVi cosi
强度H上的磁化强度MH可以表磁示畴为转：
MH
i
顺磁V0磁
畴磁化壁过位当程移外磁场强度H发生动过微磁程小化的变化ΔH，则相化应过的程磁
化强度的改变ΔMH可表示为：
MH
i
MS cosi Vi MSVi cosi Vi cosi MS
磁化过程中磁化曲线、磁滞回线上的每和一结点构都与代哪表些铁因素
磁体的平衡状态，而从热力学的观点来看，有在关平？衡状
态下，系统的总自由能等于极小值
磁性材料
பைடு நூலகம்
第二章 技术磁化理论
第1节 技术磁化
Technical Magnetization
磁性材料
第二章 技术磁化理论
铁磁性物质的基本特征：
（1）、铁磁性物质内存在按磁畴分布的自发磁化
磁性材料
第二章 技术磁化理论
磁性材料
第二章 技术磁化理论
第2节 反磁化过程
Reversal of Magnetizing Process
磁性材料
第二章 技术磁化理论
一、概述
反磁化过程：铁磁体从一个方向饱和磁化 状态变为相反方向的技术饱和磁化状态的 过程；
铁磁性材料的自发磁化理论和磁畴结构
(d)
(e)
另外，我们实际使用的一般为多晶体材料，晶粒方向是杂乱的。 在同一晶粒内，各磁畴的磁化方向是有一定关系的。在不同晶粒 间，由于易磁化轴方向的不同，磁畴的磁化方向就没有一定关系 了。同时，内应力、非磁性的掺杂物、空隙等的存在以及结构限 制都决定了分畴以及磁畴不能无限增大。
15
16
6
1.物理学基础
1.3磁性起源
●方法：玻尔原子轨道模型+量子力学理论 只考虑 电子的轨道角动量 未填满壳层 电子自旋角动量 和轨道磁矩 和自旋磁矩 磁性电子壳层
e l l (l 1) 2m
（μ=﹣λP）
e s s s 1 m
原子的总角动量 和总磁矩
7
1.物理学基础
2.1 自发磁化的唯象理论
●外斯：铁磁性分子场理论 分子场假设 在有净磁矩的同时，铁磁性物质的原子磁矩还受到物
k BT J H mf k BT
质内部的“分子场”的作用，它导致了自发磁化，即 在无外加磁场时，仍然呈现出微观磁矩的有序排列。 Hmf M s （ω：分子场系数）
H mf
χ=M/H，表征材料磁化难易程度。 μ=（1+χ）=B/μ0M，表征材料导通磁力线的能力 。 表征材料反抗外磁场的能力；Heff=Hex-Hd； Hd=﹣NM，大小与磁体形状和磁极强度有关； 退磁能：Fd=1/2μ0NM^2，是磁体体现磁畴的主 要原因。
3
1.物理学基础
1.2物质磁性分类及特征
根据磁化率χ=M/H的大小和符号，分为五种： χ<0 χ>0 χ>0 χ》1 χ》1 抗磁性 顺磁性 反铁磁性 （无磁矩 ） 弱磁性 Tn （有磁矩 ） Tc 强磁性
1J85成分
磁化曲线
磁性材料的磁化曲线
非磁性材料磁性材料--
1 的物质（顺磁质、抗磁质） r
1的物质（Fe、Co、Ni及其 r
合金如硅钢片、坡莫合金、赫斯勒合金等）
直线段（b点称为膝点）
bc段
饱和段
起始磁化曲线： B
d
BH 关系是非线性的
定义：
静态磁导率
H B tg 1
H
动态磁导率
H
d
dB dH
tg
1
H
Bc
i
Br
b
j
在交变电流（H）作用 下的BH曲线
d
ag H
Hc e
o f
Hc
o
H
b
cHm
d
a 首次磁化曲线
H
B
0Hm Hm0 0-Hc
0Bm BmBr（剩磁）
铁 1043K
钴 1400K
镍 637K
综上所述：磁性材料特点：
1）B、H具有非线性关系，
数值都很大。 r. m
2）有剩磁，去磁要有矫顽力Hc
3）具有使铁磁质性质消失的“居里点”。
三）磁畴学说 1）铁磁质的磁畴结构
铁磁质是由一些自发磁化的区域--磁畴构成
多
单
晶
晶
体
体
体积：10-6cm 含铁原子数：1017---1021个
Br
Bm
B
Br
Hc o
H
Hc
Bm B
Br
Hc
H
B
+Bmax
铁磁性材料
铁磁性材料铁磁性材料是指在外加磁场作用下，具有强烈磁化特性的材料。
铁磁性材料具有磁畴结构，磁畴由许多由小磁偶极子组成的微小区域组成，每个磁畴的磁矩在没有外加磁场时呈随机分布，而在外加磁场作用下，磁矩趋于排列一致，形成宏观磁化。
铁磁性材料主要由铁、镍、钴等金属和合金组成。
这些材料的晶体结构具有层状结构，每个层内的原子排列有序，不同层之间的原子排列具有各向异性。
在低温下，铁磁性材料的磁性几乎完全由电子自旋的磁矩决定。
在高温下，铁磁性材料的磁性主要由电子轨道角动量的磁矩决定。
铁磁性材料在外加磁场下表现出以下性质：1.磁滞回线：在外加磁场强度逐渐增大时，铁磁性材料的磁化强度也逐渐增大，但在达到饱和磁化强度后，进一步增加磁场强度并不会使磁化强度继续增大。
当外加磁场强度逐渐减小时，磁化强度并不会完全返回初始状态，而是会有一定的残余磁化强度。
这种现象称为磁滞回线，是铁磁性材料的典型特征。
2.磁化曲线：铁磁性材料的磁化强度随外加磁场强度的变化呈非线性关系。
在低磁场下，磁化强度与磁场强度近似呈线性关系，而在高磁场下则呈非线性关系。
这种非线性关系是由于铁磁性材料的磁畴结构导致的。
3.铁磁性：铁磁性材料在外加磁场作用下具有强烈的磁化特性。
这种磁化特性在许多工业和日常生活中有广泛应用，如电磁铁、磁盘存储器等。
铁磁性材料的磁性是由于电子自旋和电子轨道角动量的相互作用所引起的。
当外加磁场作用下，电子旋转的自旋和轨道角动量之间的相互作用使得电子的磁矩排列更加有序，进而形成宏观磁化。
总之，铁磁性材料是一类具有磁畴结构、磁滞回线和磁化曲线等特征的材料。
铁磁性材料的磁性是由于电子自旋和电子轨道角动量的相互作用所引起的，具有广泛的应用价值。
磁化曲线
3. 1 磁学基础－物质的磁性
（五）磁致伸缩 磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向伸长(或缩 短)，在垂直磁化方向上缩短(或伸长)的现象，叫 做磁致伸缩。它是一种可逆的弹性变形。材料磁致 伸缩的相对大小用磁致伸缩系数λ表示，即 ：
λ=Δl/l 式中， Δl和l分别表示磁场方向的绝对伸长与原 长。在发生缩短的情况下，l为负值，因而λ 也为 负值。当磁场强度足够高，磁致伸缩趋于稳定时， 磁致伸缩系数λ 称为饱和磁致伸缩系数，用λ s表 示。 对于3d金属及合金:λ s约为 10-5—10-6。
3. 1 磁学基础－磁化过程与技术
磁参量
(一) 磁畴结构
在铁磁性材料中，原子磁矩平 行排列，以使交换作用能最低 。但大量原子磁矩的平行排列 增大了体系的退磁能，因而使 一定区域内的原子磁矩取反平 行排列，出现了两个取向相反 的自发磁化区域，降低退磁能 ，直至形成封闭畴。每一个磁 矩取向一致的自发磁化区域就 叫做一个磁畴。
畴
磁畴壁
行，两个畴的磁化方向 相差180
壁
奈耳（Neel） 磁畴壁
畴壁内原子磁矩的旋转 平面与两磁畴的磁矩在 同一平面平行于界面
3. 1 磁学基础－磁化过程与技术
磁参量
布洛赫
奈尔壁
3. 1 磁学基础－磁化过程与技术
磁参量
（二）磁畴移动与磁化过程
磁化过程：磁性材料在外磁场作用下由宏观的无磁状 态转变为有磁状态的过程。磁化是通过磁畴的运动来 实现。
磁参量
畴壁的移动
3. 1 磁学基础－磁化过程与技术
磁参量
（三）磁化曲线 磁化过程四阶段：
（1） M随H呈线性地缓慢增
长，可逆畴壁移动过程。
（2） M随H急剧增长，不可
铁磁材料的磁化与磁化曲线
Um Fm
（8-3）
3.磁路欧姆定律
设一段均匀磁路的截面积为S，长度为l，铁
磁材料的磁导率为μ，通过横截面的磁通为Φ， 而每一分段中均有B＝μH，即Φ/S＝μH，所以
Φ HS Hl U m U m l S l S Rm
（8-4）
此式叫做磁路欧姆定律。式中Ｕm= Hl是磁压 降 ，其单位为A，Rm l 为磁路的磁阻，单位为
若电压为正弦量，在忽略线圈电阻及漏磁通 时，选择线圈电压、电流、磁通及感应电动势的 参考方向如图8-11所示。
在图8-11中有
ut et dΨ t N dΦt
dt
dt
式中，N为线圈匝数。
在上式中，若电压为正弦量时，磁通也为正弦量。
设 Φt Φm sin t ,则有
路没有影响，所以电压和电流的关系很简单，
即
I ，U 其中U为线圈两端的直流电压，r为
r
线圈的电阻。在直流稳态电路里，铁心线圈仅相
当于一个电阻而已。
2.交流模型
对于交流，因为有感应电压产生，由于磁滞现 象和涡流现象等，磁路对电路的影响很大，所以铁 心线圈的电压与电流关系比较复杂。通过对交流磁 路特点的分析，我们知道励磁电流：
关的系数，由实验确定。
实际工程应用中，为降低磁滞损耗，常选用磁滞
回线较狭长的铁磁性材料制造铁心，如硅钢就是制造
变压器、电机的常用铁心材料，其磁滞损耗较小。为
了降低涡流损耗，常用的方法有两种：一种是选用电
阻率大的铁磁材料，如无线电设备中就选择电阻率很
大的铁氧体，而电机、变压器则选用导磁性好、电阻
率较大的硅钢；另一种方法是设法提高涡流路径上的
虽然利用铁磁材料可以使磁通约束在铁 心范围内，但由于制造和结构上的原因，磁 路中常会含有空气隙，使极少数磁力线扩散 出去造成所谓的边缘效应，如图8-9所示。 另外，还会有少量磁力线不经过铁心而经过 空气形成磁回路，这种磁通称为漏磁通。漏 磁通相对主磁通来说，所占比例很小，所以 一般可忽略不计。
磁场对磁性材料的磁化和磁畴的影响
磁场对磁性材料的磁化和磁畴的影响磁场是一种涉及磁力线的物理现象，广泛应用于各个领域，包括生活中的电磁设备和科学实验室中的研究。
对于磁性材料来说，磁场对其磁化和磁畴的影响十分重要。
本文将探讨磁场对磁性材料的磁化和磁畴的影响，以及磁场对材料性能的调控作用。
一、磁化过程磁性材料具有自发磁化特性，当外界施加磁场时，材料内部的磁矩会发生定向排列，从而形成整体磁化。
磁化过程可以通过磁化曲线来描述，该曲线反映了材料与外磁场之间的关系。
在磁化曲线中，有三个关键点：磁饱和点、剩余磁化和顺磁特性。
首先是磁饱和点，当外磁场达到一定强度时，磁性材料的磁矩趋于饱和，即材料内的所有磁矩都指向外磁场的方向。
此时，材料的磁化达到最大值。
其次是剩余磁化，在移除外磁场后，材料内的磁矩不会完全归零，而是保留一定数值的磁矩。
最后是顺磁特性，当外磁场作用于非磁性材料时，磁矩的定向效应会增强。
二、磁畴形成磁畴是指磁性材料内部的微小磁区域，其中磁矩保持一致的方向。
磁畴的形成与材料的晶体结构和磁场的作用有关。
晶体结构对磁畴形成具有重要影响，在不同晶体结构中，磁畴的大小和分布方式也会有所不同。
例如，铁磁材料的磁畴通常比其他磁性材料更大。
磁场对磁畴的影响主要表现在两个方面。
首先是磁畴的定向变化，当施加外磁场时，磁性材料内部磁畴的定向会受到磁场的引导，从而形成更加有序的排列。
其次是磁畴的尺寸变化，外磁场可以通过改变磁畴的尺寸来调控材料的磁性能。
较强的磁场会使磁畴变大，提高材料的磁导率和剩余磁化，而较弱的磁场则会使磁畴变小，减小材料的磁导率和剩余磁化。
三、磁场对材料性能的调控磁场作为一种外部调控因素，对磁性材料的性能具有显著影响。
通过调节磁场的强度和方向，可以实现对材料磁性能的精确控制。
以下是几个常见的磁场调控应用。
1. 磁化调控：利用外磁场对磁性材料的磁矩进行调控，可以改变材料的磁化程度和磁导率。
这种调控方法广泛应用于磁存储器件和传感器等领域。
2. 磁畴调控：通过改变外磁场的方向和强度，可以调控磁性材料中磁畴的分布和尺寸，从而改变材料的饱和磁化和矫顽力等参数。
6.6铁磁质(做演示)
3. 三种铁磁材料 三种铁磁材料
软磁材料：磁滞损耗小，变压器铁芯等。 软磁材料：磁滞损耗小，变压器铁芯等。 硬磁材料：矫顽力和剩磁大，永久磁铁。 硬磁材料：矫顽力和剩磁大，永久磁铁。 矩磁材料： 矩磁材料：信息存储
起始磁化曲线
定义。 定义。 铁磁质的磁导率随 铁磁质的磁导率随H 铁磁质的磁导率随 变化，不再是常量。 变化，不再是常量。
B µ= H
磁滞回线
可以证 明 ： 磁滞 回线所包围的面积 代表在一个反复磁 化的循环过程中， 单位体积铁磁质内 所损耗的能量 磁滞损耗 磁滞回线
2. 铁磁介质磁化机制 铁磁介质磁化机制 磁畴：铁磁质内部， 磁畴：铁磁质内部，电子自旋磁矩耦合形成 一些“ 自发磁化区” 一些 “ 自发磁化区 ” ， 它们相当于是一些磁性 很强的小磁针。 很强的小磁针。 解释非线性、饱和性和不可逆性： 解释非线性、饱和性和不可逆性：
*6.6 铁磁质（不讲，做演示） 铁磁质（不讲，做演示） 1. 磁化曲线：B～H 之间的关系曲线 磁化曲线：
铁磁介质样品
A
0 5 10 15 20
磁强计 磁强计
NI H= 2πR π
I R B
Hale Waihona Puke 铁磁质的磁化过程表现 出明显的非线性 非线性、 出明显的 非线性 、 饱和性 和不可逆性。 和不可逆性。 铁磁质的磁导率： 铁磁质的磁导率： 通常沿OP ，按 通常沿
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Ms 2
对三轴晶体(K1>0的立方晶系材料)
M r 0.8312 M s
对四轴晶体(K1<0的立方晶系材料)
M r 0.866 M s
(单轴晶体)
其他因素对剩磁的影响 图8.2.3 各种磁性材料的Mr/Ms的期待值
8.3一次退磁后, H = 0, M = 0点上磁畴磁化的分布
饱和 剩磁点 反向磁化H=-(Hc+ΔH)
半顶角为30°及60° 的园锥之间的磁化矢 量发生了反转
反磁化机制为不可逆转运时
各种材料饱和磁化，反向退磁到H=-(Hc+ΔH)后, 到达 H=0，M=0状态时样品内磁化矢量的分布。
第八章 磁化曲线和磁畴结构
8.1 技术磁化的机理
(1) 三种磁化过程.
M M sVi cosi
i
退磁态 M 0 , 在外加磁场源自, 磁化强度改变为 M HM H M s cosiVi M s Vi cosi Vi cosiM s
i
i
i
Vi , 畴壁位移 DWD, cos i , 磁畴转动 DR, MS , 内禀磁化, 饱和磁化强度的增加,
撤去反向场,使H=0,M=0 正向磁化
畴壁位移反磁化情况
设反转部分最大角度为0(畴壁位移机制)
应有
0
Ms
0
cos
sind
Mr 2
Ms 4
可得
sin0
2
/
2
0
4
(单轴晶体)
对立方晶体
0 31.75 (K1 0)
0 27.73 (K1 0)
易磁化方向与外磁场 成45°角的粒子，其 磁化矢量最容易反转
磁后效 材料形状
8.2 剩磁点上磁畴磁化强度的分布
图8.2.1磁化过程中各点磁畴磁化矢量的分布 (单轴晶体)
磁场足够高的时候磁化矢量都排列在差不多平行 于磁场的方向上
磁场减小到H=0时,剩磁点,各个磁化矢量将转回到 与它最靠近的易磁化方向上
M r M s cos
Ms
2
/ 2 2
cos sindd
三种磁化过程示意图
图3.1.1各阶段的磁化曲线
(2) 磁化曲线的各个阶段.
a、初始部分. 主要为可逆畴壁位移和可逆磁畴转动. b、陡峻部分. 不可逆畴壁位移 (多畴) 为主;
不可逆磁畴转动 (单畴) 为主.
c、膝点以上. 主要为可逆磁畴转动 . d、高场, 趋近饱和律.
顺磁化过程 M S .
(3) 与磁化曲线相关的一些因素 磁畴结构的具体类型. 磁场变化的频率