铁磁性物质的磁化
为什么铁可以磁化？
为什么铁可以磁化？
首先，我们需要了解一些基础知识。
铁可以磁化是因为铁是一种铁磁性材料，它由许多微小的磁矩组成。
磁矩是物质内部原子或分子的微小磁场，它们会相互作用并产生整体的磁性。
铁磁性材料的磁矩会在外部磁场的作用下对齐，从而产生磁化现象。
现在让我们来解答为什么铁可以磁化这个问题。
铁可以磁化的原因主要是由于其原子结构和电子排布的特性。
铁的原子结构中，每个铁原子都有自己的磁矩，这些磁矩会相互作用并在没有外部磁场的情况下呈现无规律的排列。
当外部磁场作用于铁材料时，磁矩会受到影响并开始逐渐对齐，最终形成一个整体的磁化状态。
这种对齐是由于铁原子内部的电子排布和自旋运动的特性所决定的。
铁原子的电子排布中，有一部分电子会处于未成对的状态，这些未成对的电子会产生自旋运动并形成磁矩。
当外部磁场作用于铁材料时，这些未成对的电子会受到力的作用并开始对齐，从而导致整个铁材料产生磁化。
综上所述，铁可以磁化的原因是由于其原子结构中存在磁矩，并且
未成对的电子会在外部磁场的作用下对齐，最终形成整体的磁化状态。
这种磁化现象是由铁的特定原子结构和电子排布所决定的。
5.4铁磁性物质的磁化
2、硬磁性物质
硬磁性物质的磁滞回线宽 而平，回线所包围的面积比 较大，如图所示。因而交变 磁场中的磁滞损耗大，必须 用较强的外加磁场才能使它 磁化，但磁化以后撤去外磁 场，仍能保留较大的剩磁， 而且不易去磁，即娇顽磁力 也较大。
这种物质适合于制成永久磁 铁。硬磁性物质主要有钨钢、 铬钢、钴钢和钡铁氧体等
(2) 1 ~ 2段：随着H的增大，B几乎直线上升，这是由于 磁畴在外磁场作用下，大部分都趋向H方向，B增加很快，曲 线很陡，称为直线段。
(3) 2 ~ 3段：随着H的增加，B的上升又缓慢了，这是由 于大部分磁畴方向已转向H方向，随着H的增加只有少数磁畴 继续转向，B增加变慢。
图 5-8 磁化曲线的测定
三、磁滞回线
磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的 磁化过程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁 场中的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。
1. 磁滞回线的测定
2．分析
图5-10为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。 (1)当B随H沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H 的数值，由图可看出，B并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另 一条在它上面的曲线ab下降。 (2) 当H减小到零时，B 0，而是保留一定的值称为剩磁， 用B r表示。永久性磁铁就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。
图5-8中，(a)是测量磁化曲线装置的示意图，(b)是根据 测量值做出的磁化曲线。由图5-8(b)可以看出，B与H的关系 是非线性的，即 B 不是常数。
H
图 5-8 磁化曲线的测定
3．分析
(1) 0 ~ 1段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当H 从零开始增加时，B增加缓慢，称为起始磁化段。
4．磁化曲线的意义
铁磁性物质的磁化曲线课件
磁场方向
当磁场方向与铁磁性物质 的易磁化轴不平行时，会 导致饱和磁化强度的降低 。
晶粒尺寸
铁磁性物质的晶粒尺寸越 小，其饱和磁化强度越高 ，对磁化曲线的影响也越 大。
04
铁磁性物质的应用
在电力工业中的应用
变压器铁芯
01
铁磁性物质用于制造变压器，利用其磁化特性实现电能转换。
发电机和电动机的铁芯
02
材料的多功能化。
磁化曲线测量技术的发展
高精度测量技术
发展高精度、高分辨率的磁化曲线测量技术，提 高测量数据的可靠性和准确性。
动态测量技术
研究能够实时监测铁磁性物质动态磁化过程的测 量技术，以揭示其复杂的磁化行为。
无损测量技术
开发无损、非接触式的磁化曲线测量技术，减少 对被测材料的损伤和干扰。
铁磁性物质在新能源领域的应用前景
再随磁场强度H的增加而增加，此时的磁感应强度称为饱和磁化强度。
02
矫顽力
为了使铁磁性物质完全去磁，需要施加的反向磁场强度，矫顽力的大小
反映了铁磁性物质的剩磁大小。
03
饱和磁化强度与矫顽力的关系
两者反映了铁磁性物质的磁性能，是描述铁磁性物质的重要参数。
磁化曲线的影响因素
01
02
03
温度
随着温度的升高，饱和磁 化强度和矫顽力均有所降 低，对磁化曲线的影响较 大。
磁性发电机
利用铁磁性材料的磁性能，开发高效、环保的磁性发电机，为新 能源发电提供新的解决方案。
磁制冷技术
研究基于铁磁性材料的磁制冷技术，实现高效、节能的制冷效果 ，替代传统制冷方式。
磁场储能
探索利用铁磁性材料的磁场储能技术，提高能源利用效率和系统 稳定性。
铁磁性物质被磁化的外因
铁磁性物质被磁化的外因铁磁性物质是一种有磁性的物质，它们具有通过外力被磁化的能力。
磁化是一种物质处于特殊情况下时物质的局部电的结构发生改变的现象，对于铁磁性物质而言，它们会在被施加外力时被磁化。
外力会产生一个磁场，这个磁场会在铁磁性物质中产生分布电荷，也就是被磁化。
铁磁性物质被磁化的外因主要有三个：一是通过磁场外力，通常由外部电磁机构产生；二是由于金属结构受损引起的机械损伤；三是材料特性对外部磁场改变的响应能力，即当物质中的电子被外部磁场扰乱时，电子的极化变化会使物质的磁强度发生变化。
首先，外力可以通过磁场来磁化铁磁性物质，外力是指任何可以使外部物体受到影响的力，例如电磁场。
当有一个磁场的存在，磁场的作用力对物质的内部自然而然的，如果外界磁场强度足够大，那么这个磁场会使物质内部的电子受到扰乱，从而产生磁化效应，使物质变成具有一定磁强度的磁性物质。
其次，因为金属结构受损，也可以引起铁磁性物质被磁化，这种情况下的磁化是由于这些金属结构受到机械损伤而引起的。
由于这些金属结构的断裂，其物理性质也会产生磁化，因为当金属结构受损时，里面的电子会变得稀疏，使得里面的电子容易受到外部磁场的影响，从而使铁磁性物质被磁化。
最后，铁磁性物质被磁化的外因还有一个是材料特性对外部磁场改变的响应能力，这就是指物质中电子受外部磁场的影响时会发生极化变化，使其磁强度发生改变。
不同的物质，在外部磁场的影响下，响应的能力也是不同的，有的材料会变得非常易磁化，而有的材料可能不会被外部磁场影响。
综上所述，铁磁性物质被磁化的外因主要有三个：一是由于外力产生的磁场，可以使得外部物质受到影响；二是由于金属结构受损，导致机械损伤引起的磁化；三是材料特性对外部磁场改变的响应能力，也会导致物质被磁化。
这三种外因构成了铁磁性物质被磁化的外因。
当这几种外因发挥作用时，就会使得铁磁性物质被磁化，从而改变它们的物理性质。
此外，当磁化的效果达到一定程度的时候，有时会出现反磁化的现象。
铁磁 反铁磁 亚铁磁的异同
铁磁、反铁磁和亚铁磁的异同铁磁、反铁磁和亚铁磁是几种常见的磁性物质类型，它们在磁矩的排列方式、磁性行为等方面存在着一些相似和不同之处。
本文将从磁矩排列、磁性行为和应用领域等方面详细介绍这三种磁性物质的异同。
一、磁矩排列铁磁、反铁磁和亚铁磁在磁矩排列方面存在明显差异。
1. 铁磁铁磁物质的磁矩在外磁场作用下，趋向于与外磁场方向相同或者相反。
磁矩的方向有序排列，使得整个物质呈现出较强的磁性。
常见的铁磁物质有铁、钴、镍等。
2. 反铁磁反铁磁物质的磁矩在外磁场作用下，趋向于与外磁场方向垂直。
磁矩之间存在着反平行排列的规律，使得整个物质在无外磁场时呈现出弱磁性。
随着外磁场的增强，反铁磁物质的磁性会逐渐减弱。
反铁磁性是由于内部层的自旋配对所引起的，层间的自旋配对是反平行排列的。
铁磁物质的晶体结构对层间自旋配对的形成起着重要的作用。
常见的反铁磁物质有氧化亚铁（FeO）等。
3. 亚铁磁亚铁磁物质处于铁磁和反铁磁之间的一类磁性物质。
它的磁矩即有一定的有序性，又存在一定的无序性。
在外磁场下，亚铁磁物质的磁性程度介于铁磁和反铁磁之间，磁矩的排列并不像铁磁物质那样有序，也不像反铁磁物质那样完全反平行排列。
常见的亚铁磁物质有氧化铁（Fe3O4）等。
二、磁性行为铁磁、反铁磁和亚铁磁在磁性行为方面也存在差异。
铁磁物质的磁性行为主要表现为顺磁性和铁磁性。
顺磁性是指在外磁场作用下，磁矩与外磁场方向一致，而且强度与磁场强度成正比。
铁磁性是指在外磁场作用下，磁矩不仅与外磁场方向一致，并且强度比顺磁性更强。
铁磁物质在自发磁化时，能产生较强的磁感应强度。
这种磁性行为类似于磁针指向北极。
2. 反铁磁反铁磁物质的磁性行为主要是反铁磁性。
反铁磁性是指在无外磁场时，磁矩之间存在反平行排列，而且没有自发磁化。
在外磁场作用下，反铁磁物质的磁化程度会随着磁场强度的增加而减小。
3. 亚铁磁亚铁磁物质的磁性行为介于铁磁和反铁磁之间。
亚铁磁物质在外磁场作用下会发生自发磁化，但磁化程度不及铁磁物质那么强。
铁磁体的技术磁化理论
磁化过程的三个阶段
M 起始磁化阶段：形成起始 磁化曲线，源于磁畴壁的位 移（壁移过程），磁化过程 可逆。 急剧磁化阶段：包括不可 逆壁移过程和磁畴内磁矩的 转动过程（畴转过程），出 现剩磁，磁化过程不可逆。 趋于饱和阶段
BR,RT BR,OT BR,RT ( RT OT )
100%
BR (T)
0.7 0.6
z=7.5,7.50.060/C z=8.5,8.50.054/C
0
100
200
300
400
500
Temperatrue (C)
H CJ,RT H CJ,OT H CJ,RT ( RT OT )
0
6.54.8%
磁通不 可逆损 失 2 1 100% 1
-5 -10
7.5%
(%)
-15 -20 -25 -30 0
L/D=0.7 z=6.5 z=7.5 z=8.5
8.5%
100
200
300
400
500
600
700
Temperatrue (C)
反磁化过程 ：铁磁体在外场作用下磁化饱和后，
逐渐降低磁场并沿反方向逐渐增加磁场时，其磁化 状态的变化过程。Bs——-Bs过程! (磁滞回线)
二、 剩余磁化强度
M A D C’ O H
1、磁中性状态（O） 多晶体内的自发磁化方向在空 间上均匀分布，在任一方向有： M＝0，H＝0，B＝0。 C
B
2、饱和磁化状态（A） 多晶体内的自发磁化方向集中于外场方向。
5.4铁磁性物质的磁化
磁滞回线
Br——剩磁 Hc——矫顽磁力 Bm——饱和磁感应强度 oa——基本磁化曲线 bc——退磁曲线 abcdega——磁滞回线
磁滞损耗：铁磁物质在反复交变磁化 过程中，内部的小磁畴其取向要不断发 生翻转变化，在此过程中，产生了能量 的损耗，这种损耗称为磁滞损耗。
剩磁和矫顽磁力越大，磁滞回线包围 的面积也越大，磁滞损耗就越大。
二、磁化曲线
铁磁性物质的B随H变化的曲线称为磁化曲线。
硅钢片、铸钢、铸铁的磁化曲线
在铁磁物质的磁化过程中，物质的磁导
率 B 是变化的，不是常数。只有在曲
H
线的线性段，磁导率才可认为是一个常数。
三、磁滞回线
磁滞回线——铁磁物质在被反复正、反向 磁化过程中，形成的B随H变化的闭合曲线。
磁滞——铁磁物质在反复磁化过程中，B的 变化总是滞后于H的变化，这一现象称为磁滞。
四、铁磁物质的磁性能 （1）能被磁体吸引。 （2）能被磁化，并且有剩磁和磁滞损耗。 （3）磁导率μ不是常数，每种铁磁材料都 有一个最大值。 （4）磁感应强度B有一个饱和值Bm。
五、铁磁物质的分类
1.软磁材料：剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料。
特点：易磁化，易去磁，磁滞回线窄，磁滞损耗小。
铁 磁
2.硬磁材料：剩磁和矫顽力均很大的铁磁材料。
第五章 磁场和磁路
第四节：铁磁性物质的磁化
内容提要
一铁磁材料的应用
一、铁磁材料的磁化
使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。 磁化的本质：铁磁材料内部存在大量的“小磁畴”， 每个小磁畴就是一个小磁体。磁化前，这些小磁畴排 列杂乱无章，对外不呈现磁场。但当有外磁场作用时， 小磁畴会发生转动，排列变得有序，磁场互相加强， 对外呈现出磁场。
磁性物质与磁化曲线
磁性物质与磁化曲线磁性物质是我们生活中常见的一种物质，它们具有吸引铁物的性质。
磁性物质的磁化曲线是描述其磁化过程的一种图像。
在这篇文章中，我们将探讨磁性物质的基本特性以及磁化曲线的意义。
首先，我们来了解一下磁性物质的基本特性。
磁性物质可以分为铁磁性、顺磁性和抗磁性三类。
铁磁性物质具有自发磁化的能力，即在外加磁场的作用下，其磁矩会自发地与外磁场方向一致。
顺磁性物质则是在外加磁场的作用下，磁矩会与外磁场方向相同，但不会自发磁化。
抗磁性物质则是在外加磁场的作用下，磁矩与外磁场方向相反。
磁化曲线是描述磁性物质磁化过程的一种图像。
它是通过在一定的外磁场下，测量磁性物质的磁化强度与外磁场强度之间的关系得到的。
磁化曲线通常呈现出一种特殊的形状，即“S”形曲线。
这种曲线是由于磁性物质在不同的外磁场强度下，磁矩的方向发生变化导致的。
磁化曲线的形状与磁性物质的特性密切相关。
对于铁磁性物质来说，磁化曲线呈现出明显的饱和现象。
在低外磁场强度下，磁矩会随着外磁场的增加而迅速增大，但在一定的外磁场强度后，磁矩的增长速度趋于饱和。
这是因为铁磁性物质的磁矩已经几乎全部与外磁场方向一致，无法再进一步增加。
而对于顺磁性物质来说，磁化曲线则没有饱和现象。
在外磁场的作用下，顺磁性物质的磁矩会随着外磁场的增加而增大，但增长速度并不会趋于饱和。
这是因为顺磁性物质的磁矩并不会自发地与外磁场方向一致，所以在外磁场的作用下，磁矩可以无限制地增加。
抗磁性物质的磁化曲线则与铁磁性和顺磁性物质有所不同。
在外磁场的作用下，抗磁性物质的磁矩会与外磁场方向相反，导致磁化曲线呈现出一种下凹的形状。
这是因为抗磁性物质的磁矩与外磁场方向相反，所以在外磁场的作用下，磁矩会减小。
磁化曲线的研究对于了解磁性物质的特性以及应用具有重要的意义。
通过测量磁化曲线，我们可以获得磁性物质的磁化强度、磁导率等重要参数，进而了解其磁性行为。
此外，磁化曲线还可以用于磁性材料的分类和鉴别，有助于我们更好地理解和应用磁性物质。
铁磁材料的磁化机理
铁磁材料的磁化机理涉及到原子和电子的微观行为。
在铁磁材料中，磁矩是一个关键的概念，它是原子或离子内部电子轨道和自旋运动的结果，产生了一个微小的磁场。
以下是铁磁材料的磁化机理的主要方面：
1. **原子磁矩：** 铁磁材料中的原子具有自旋和轨道角动量，这导致它们产生微小的磁矩。
这些磁矩的方向是量子力学效应的结果，通常与自旋轨道相耦合。
2. **磁矩的排列：** 在没有外部磁场的情况下，铁磁材料中的原子磁矩可能是随机分布的。
但在存在外部磁场的情况下，原子磁矩趋向于在同一方向上排列，从而产生一个宏观磁矩。
这种自发的磁矩排列称为自发磁化。
3. **顺磁性和铁磁性：** 铁磁材料通常分为两类，即顺磁性和铁磁性。
顺磁性材料中的磁矩与外部磁场方向一致，但强度相对较弱。
铁磁性材料中的磁矩也与外部磁场方向一致，但它们的强度相对更强，并且在去除外部磁场后能够保持一定程度的自发磁矩。
4. **居里点：** 铁磁材料在一定温度下会失去磁性，这一温度被称为居里点。
在居里点以上，热运动足够强大，以至于阻碍了原子磁矩的自发排列。
总体而言，铁磁材料的磁化机理涉及到原子和电子层面的相互作用，而外部磁场可以影响和引导这些微观磁矩的排列，从而产生宏观的磁性。
铁磁性物质的磁化
铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化概述磁化（magnetization）是指物质在外加磁场的作用下出现的磁化现象。
对于铁磁性物质，它们可以在磁场的存在下表现出明显的磁化。
铁磁性物质的磁化是由于铁磁性材料微小的磁偶极子沿磁场方向定向排序而产生的。
在外界磁场的作用下，铁磁性材质可以产生强磁矩，表现出显著的磁性。
铁磁性物质的磁化现象在科学、工程和技术领域都具有重要的应用价值。
铁磁性物质的分类铁磁性物质根据其磁性质可以分为硬磁性物质和软磁性物质两类。
硬磁性物质是指那些在外部磁场影响下难以改变自身磁化状态的材质。
硬磁性物质通常有高的剩磁（Mr）和高的矫顽力（Hc）。
硬磁性物质常用于制造磁性记忆体（例如磁盘、磁带等）。
软磁性物质是指那些在外部磁场影响下能够迅速改变自身磁化状态的材质。
软磁性物质通常有低的剩磁（Mr）和低的矫顽力（Hc）。
这种材质通常用于制造电声设备或者变压器等电气设备。
铁磁性物质的基本原理铁磁性物质的磁性来源于内部的电子自旋。
铁磁性物质中的原子或分子，由于它们的自旋角动量和轨道运动，会发生磁矩的产生。
对于铁磁性物质而言，当自由电子在外加磁场的作用下，自旋和轨道的角动量会对齐，从而产生磁异方性。
磁异方性参数（MAE）是指能够导致磁矩在晶体中取向的物理参数。
磁异方性是由于晶体结构决定的。
铁磁性物质在外部磁场作用下，其磁矩会沿磁场定向排序，从而实现磁化。
铁磁性物质的磁化过程1.外部磁场的作用当外部磁场开始作用时，铁磁性物质中的电子会受到外部磁场的力作用，开始发生原子核外的电子自旋角动量和轨道运动的相互影响，从而开始发生磁矩的定向。
在强磁场作用下，磁矩几乎都是沿着磁场方向定向的。
2.磁矩随磁场变化的过程磁矩随磁场变化的过程可以用一条磁化曲线来表示。
铁磁性物质在外部磁场作用下，其磁矩沿磁场方向逐渐增大（磁饱和），直至达到磁矩最大值。
当外部磁场逐渐减小时，磁矩会逐渐减小，最终回到初始状态。
3.外部磁场的消失当外部磁场消失时，原子磁矩会回到自由状态下的热磁状态，磁矩大小与方向会随机分布。
铁磁性物质的磁化
学习目标
一、掌握磁化现象的相关知识 二、了解磁化过程以及退磁、剩磁、磁滞损耗的相关概念
磁化现象
磁畴是指铁磁性材料在自发磁化的过程 中为降低静磁能而产生分化的方向各异 的小型磁化区域。
一、磁化（被磁化） 本来不具备磁性的物质，由于受磁场的作用而具有磁性的现象。 二、能被磁化的材料 只有铁磁性物质才能被磁化 三、被磁化的原因 （1）从材料内部分析：由于铁磁性物质是由许多被称为磁畴的微小区域组成， 且每一个磁畴相当于一个小磁针。 （2）从材料的外部分析：铁磁性物质被外加了磁场力。
饱和段：bc段，当H增加时，此时由于磁畴已大部分 转向磁场方向，B增加变慢，曲线因此变得平坦。 高度饱和段：c点以后，当H增加时，由于磁畴几乎 全部转向磁场方向，B几乎不变。此时的B称为饱和 磁感应强度。
磁化曲线
磁化曲线的意义
由于磁场强度H与磁感应强度B存在对应关系，因此可以从磁 化曲线上找到相关数值，进而计算出所求值得大小。
磁化曲线
定义：磁化曲线又称B-H曲线，是描述磁感应强度B与磁场强度H的关系 曲线，反应的是铁磁性物质的磁化特性。
磁化过程：起始段、线性段、饱和段、高度饱段
思考？ 如何区分磁化曲线的不同阶段呢？
原始磁化曲线图
磁化曲线
c b a
磁化曲线的特点：非线性曲线 起始段：0a段，H从零开始增加，由于磁畴的惯性， B增加缓慢。 线性段：ab段，当H增加时，由于磁畴在外加磁场力 的作用下，大部分取向保持一致，所以B增加很快， 几乎呈线性增加。
磁滞回线
不同的铁磁性物质具有不同的磁滞回线，它所包含的面积大 小可用作判断铁磁性物质性质和选择依据。 包围面积小：可作为变压器的软磁性物质，如纯铁、硅钢、 坡莫合金、铁氧体等。 包围面积大：可作为永久磁铁，如钨钢、碳钢、铝镍钴合金。 包围形状接近矩形的是矩磁物质，如锰镁铁氧体、锂锰铁氧 体等。
物质的铁磁性与顺磁性
物质的铁磁性与顺磁性铁磁性和顺磁性是物质中常见的磁性现象，它们在日常生活和科学研究中发挥着重要作用。
本文将详细介绍物质的铁磁性和顺磁性以及它们的特点、应用和研究现状。
一、铁磁性铁磁性是指某些物质在外加磁场下表现出的磁性，其特点是在低温下具有强磁性。
铁磁性的物质通常由铁、镍、钴等过渡金属元素构成，其晶体结构对于磁性的表现起着关键作用。
铁磁性物质在外加磁场作用下，所有的微观磁矩会呈现出同样的取向，使得整个物质表现出较强的磁性。
铁磁性物质的磁矩可以随着外磁场的改变而改变，呈现出明显的磁滞回线现象。
同时，铁磁性物质还具有自发磁化的特性，即在无外磁场作用下，铁磁性物质仍然可以表现出一定的磁性。
铁磁性的应用十分广泛。
例如，铁磁性材料被广泛应用于电动机、发电机以及变压器等电磁设备中，用来增强磁场和提高传输效率。
此外，铁磁性材料还可以用作制作存储介质的磁性头部和磁盘等。
二、顺磁性顺磁性是指物质在外加磁场下表现出的磁性，它与铁磁性相比，顺磁性较弱且易受外磁场影响。
顺磁性的物质通常包括氧化物、氟化物以及稀土金属等。
顺磁性物质在外磁场作用下，各个微观磁矩的取向并不完全一致，而是与外磁场的方向有一定的夹角。
因此，顺磁性物质的磁矩并不是完全自发形成的，而是在外磁场作用下呈现出的磁性。
顺磁性物质的应用也十分广泛。
比如在医学中，顺磁性材料可以用于磁共振成像（MRI）等诊断技术中，通过外加磁场将顺磁性材料引入人体，以获取有关人体内部结构和功能的信息。
此外，顺磁性材料还可以用于磁性流体的制备和磁性分离等领域。
三、铁磁性与顺磁性的研究现状对于铁磁性和顺磁性的研究一直是材料科学领域的热点之一。
在理论研究方面，研究人员通过量子力学、固体物理学等多个学科的交叉研究，深入探索了铁磁性和顺磁性物质的微观机制和性质。
在实验研究方面，随着科技的不断进步，研究人员能够使用更先进的实验手段来研究铁磁性和顺磁性。
例如，透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）等仪器的发展，使得研究人员可以对铁磁性和顺磁性物质的微观结构和磁性进行更加精确的观测和探究。
铁磁性物质的磁化
(2) 磁路与电路的对应关系
磁路中的某些物理量与电路中的某些物理量有对应关系，同时 磁路中某些物理量之间与电路中某些物理量之间也有相似的关系。
图 5-14 是相对应的两种电路和磁路。
1．磁滞回线的测定
5-4-2.swf
2．分析 图 5-10 为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。
(1)当 B 随 H 沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H 的 数值，由图可看出，B 并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在 它上面的曲线 ab 下降。
(2) 当 H 减小到零时，B
0，而是保留一定的值称为剩磁，
1．磁动势
通电线圈产生的磁通 与线圈的匝数 N 和线圈中所通过
的电流 I 的乘积成正比。
把通过线圈的电流 I 与线圈匝数 N 的乘积，称为磁动势， 也叫磁通势，即
Em = NI
磁动势 Em 的单位是安培(A)。
2．磁阻
磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用 Rm 表示。 磁路中磁阻的大小与磁路的长度 l 成正比，与磁路的横截面积 S 成反比，并与组成磁路的材料性质有关。因此有
5-4-1.swf
3．分析 (1) 0 ~ 1 段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当 H 从 零开始增加时，B 增加缓慢，称为起始磁化段。 (2) 1 ~ 2 段：随着 H 的增大，B 几乎直线上升，这是由于磁 畴在外磁场作用下，大部分都趋向 H 方向，B 增加很快，曲线很 陡，称为直线段。
图 5-8 磁化曲线的测定
图 5-8 磁化曲线的测定
不同的铁磁性物质，B 的饱和值不同，对同一种材料，B 的饱和值是一定的。
为什么铁磁性物质可以被磁化
为什么铁磁性物质可以被磁化铁磁性物质是指能够表现出明显磁性的物质，如铁、镍和钴等。
在外界磁场的作用下，这些物质可以被磁化。
那么，为什么铁磁性物质能够被磁化呢？本文将从微观层面和宏观层面两个角度解答这个问题，揭示铁磁性物质被磁化的原理。
一、微观层面解析铁磁性物质的磁化与其内部的微观结构密切相关。
这些物质的原子或离子具有未配对的自旋电子，自旋电子对磁化起着重要作用。
1. 自旋电子自旋电子是指一个电子自身所具备的旋转运动。
在铁磁性物质中，许多原子或离子内部存在未配对的自旋电子。
这些自旋电子具有磁矩，即它们在外磁场中会受到力矩的作用。
2. 磁矩的相互作用在铁磁性物质中，未配对的自旋电子会相互作用形成微观的磁区。
这些磁区内的自旋电子呈现类似于“北极”和“南极”的排列，即具有磁矩。
在没有外磁场作用时，各个微观磁区的磁矩呈无序排列。
当外磁场作用于铁磁性物质时，这些微观磁区的磁矩会发生重新排列，并趋向于在同一方向上对齐，形成一个整体的磁化方向。
这种自发形成的磁化方向被称为自发磁矩。
二、宏观层面解析除了微观层面的解释外，我们还可以从宏观层面来理解铁磁性物质的磁化。
1. 磁畴结构在宏观上观察，铁磁性物质可以被划分为许多微观磁区，这些磁区被称为磁畴。
在没有外磁场作用时，各个磁畴内的自旋电子具有各向异性，呈无序排列。
当外磁场作用于铁磁性物质时，磁畴的边界开始运动，磁畴的大小和数目发生改变。
最终，磁畴内的自旋电子趋向于在同一方向上对齐，形成整体的磁化方向。
2. 磁化过程铁磁性物质的磁化过程可以分为三个阶段：磁畴起源、磁畴生长和磁畴扩展。
磁畴起源阶段是指在外磁场作用下，微观磁区开始出现磁化方向的倾斜。
磁畴生长阶段是指磁畴内的自旋电子逐渐趋向于在同一方向上对齐，并使磁畴的大小和数目增加。
磁畴扩展阶段是指当外磁场继续增大时，磁畴开始融合并扩展，直到整个铁磁性物质都被磁化。
三、结论铁磁性物质能够被磁化，是由于其微观层面的自旋电子相互作用和宏观层面的磁畴结构变化所致。
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。
铁磁材料磁化现象
铁磁材料磁化现象铁磁材料磁化现象铁磁材料是一种具有磁性的金属材料。
它们具有一个非常强的磁化现象，这意味着它们可以在外部磁场作用下发生强烈的磁化。
铁磁材料的磁性质是由它们晶格结构内的原子或离子间的相互作用、轨道运动和自旋的作用所决定的。
因此，铁磁材料可以被分为两类，一类是基于磁性离子的铁磁材料，如氧化铁，它的磁性质是由铁原子产生的；另一类是基于铁元素的铁磁材料，如钢，它的磁性质是由铁元素自身的磁性所导致的。
当一个铁磁材料处于外部磁场中时，它的磁性将发生明显的改变。
在外部磁场的作用下，铁磁材料中的自由电子将面临更强的作用力，这意味着它们的自旋将随之改变。
因此，部分自由电子将在一个相对较小的外部磁场作用下开始排列在同一方向上，并形成一个磁矩。
这个磁矩会随着外部磁场的增强而变得更加强大，从而使铁磁材料中其他自由电子的自旋也偏向于沿着一个特定的方向排列。
这种自身产生的磁场可以被认为是由整个铁磁材料中的磁矩所产生的。
当外部磁场被移除时，铁磁材料的磁性将仍然存在。
这是因为磁矩将继续保持在同一方向上排列，直到另一个外部磁场改变了它们的方向。
因此，铁磁材料是具有长期稳定的磁性的。
铁磁材料还具有另一种磁化现象，被称为反铁磁性。
在反铁磁材料中，磁矩在不同的晶格单元中具有相反的方向，因此磁性非常弱。
这种磁化现象常常被用于构建磁难题设备和存储器，因为它可以在不需要外部磁场的情况下控制数据的读取和存储。
总的来说，铁磁材料的磁化现象是一种非常重要的科学现象。
它拓宽了材料科学家们的研究领域，并且为磁性存储和电子设备的发展提供了非常有价值的基础。
随着科学技术的不断发展，我们也能够期待铁磁材料的产生和应用会越来越广泛。
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线(动态磁滞回线实验)磁性材料在科研和工业中有着广泛的应用，种类也相当繁多，因此各种材料的磁特性测量，是电磁学实验中一个重要内容。
磁特性测量分为直流磁特性测量和交流磁特性测量。
本实验用交流正弦电流对磁性材料进行磁化，测得的磁感应强度与磁场强度关系曲线称为动态磁滞回线，或者称为交流磁滞回线，它与直流磁滞回线是有区别的。
可以证明：磁滞回线所包围的面积等于使单位体积磁性材料反复磁化一周时所需的功，并且因功转化为热而表现为损耗。
测量动态磁滞回线时，材料中不仅有磁滞损耗，还有涡流损耗，因此，同一材料的动态磁滞回线的面积要比静态磁滞回线的面积稍大些。
本实验重点学习用示波器显示和测量磁性材料动态磁滞回线和基本磁化曲线的方法，了解软磁材料和硬磁材料交流磁滞回线的区别。
一．实验目的1. 了解磁性材料的磁滞回线和磁化曲线的概念，加深对铁磁材料的重要物理量矫顽力、剩磁和磁导率的理解。
2. 用示波器测量软磁材料（软磁铁氧体）的磁滞回线和基本磁化曲线，求该材料的饱和磁感应强度m B 、剩磁r B 和矫顽力c H 。
3. 学习示波器的X 轴和Y 轴用于测量交流电压时，各自分度值的校准。
4. 用示波器显示硬铁磁材料（模具钢12Cr ）的交流磁滞回线，并与软磁材料进行比较。
二. 实验原理（一）铁磁物质的磁滞现象铁磁性物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁性的原因。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H 和磁感应强度B 之间关系来研究其磁化规律的。
如左图所示，当铁磁物质中不存在磁化场时，H 和B 均为零，在H B 图中则相当于坐标原点O 。
随着磁化场H 的增加，B 也随之增加，但两者之间不是线性关系。
当H 增加到一定值时，B 不再增加或增加的十分缓慢，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
m H 和m B 分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中A 点)。
如果再使H 逐步退到零，则与此同时B 也逐渐减小。
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8．3 交流铁心线圈
3．交流铁心线圈中的铁心损耗 在交变磁通作用下，铁心中有能量损耗，称为铁损。铁损主要由两部 分组成： （1）涡流损耗 铁心中的交变磁通Φ (t)，在铁心中感应出电压，由于 铁心也是导体，便产生一圈圈的电流，称之为涡流。涡流在铁心内流动时， 在所经回路的导体电阻上产生的能量损耗,称为涡流损耗。 减少涡流损耗的途径有两种：一是减小铁片厚度；二是提高铁心材料 的电阻率。 （2）磁滞损耗 铁磁性物质在反复磁化时，磁畴反复变化，磁滞损耗 是在克服各种阻滞作用而消耗的那部分能量。磁滞损耗的能量转换为热能 而使铁磁材料发热。 减少磁滞损耗有两条途径：一是提高材料的起始磁导率；二是减小剩 磁Bb。
8．4．1 电磁铁
电磁铁的结构形式很多，如图8．13所示。按磁路系统形式可分为拍 合式、盘式、E形和螺管式。按衔铁运动方式可分为转动式如图8．13 （a）所示和直动式如图8．13（b）、（c）、(d)所示。
电磁铁的基本工作原理： 当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们 之间产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心 方向运动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹 簧的反作用力，衔铁将在反作用力的作用下返回原来的释放位置。
NI l1 H1 l 2 H 2 l n H n
U m lH
或
NI lH U m （8．5）
8．1 磁路及磁路基本定律
图8．4所示磁路可分为三段，根据全电流定律有
NI l1 H1 l2 H 2＋l3 H 3
推广到任意磁路中有
NI lH
由于励磁电流是线圈产生磁通的来源，故称NI为磁路的磁通势F，单位 为安(A)。式(8．7)表示磁路中沿任意闭合曲线磁位差的代数和等于沿该曲 线磁通势的代数和，此称基尔霍夫磁位差定律。
第8章 磁路与铁心线圈
8．1 磁路及磁路基本定律
8．2 铁磁性物质的磁化
8．3 交流铁心线圈 8．4 电磁铁与变压器
授课日期 班次 授课时数 2 课题： 第八章磁路与铁心线圈 8.1磁路及磁路基本定律 8.2铁磁性物质的磁化 教学目的：了解磁路的概念及磁路欧姆定律和磁路KCL、KVL定律； 了解铁磁性物质磁化过程中的一些基本概念 重点： 磁路欧姆定律和磁路KCL、KVL定律；铁磁性物质的磁化 难点： 铁磁性物质的磁化 教具： 多媒体 作业： P176：8.2 自用 参考书：《电路》丘关源 著 教学过程：由第三章磁与电磁导入本次课 第八章磁路与铁心线圈 8.1磁路及磁路基本定律 1.磁路的概念 2.磁路中的基本定律 由案例8.1引入8.2内容 8.2铁磁性物质的磁化 1.铁磁性物质的磁化 2.磁化曲线 3.磁滞回线 课后小计：
i1
8 ．4 ．2
变压器
i2
如果二次绕组接有负载，在二次绕组和负载组成回路中有负载电流 产生。
（1）变压器的变压比
变压器中一、二次绕组的电压之比为
U 1 E1 N1 K U 2 E2 N 2
（2）变压器的变流比 变压器中一、二次绕组的电流之比为
I1 N 2 1 I 2 N1 K
（3）变压器的阻抗变换 在如图8．15（a）所示电路中，负载阻抗 Z L与变压器二次绕组连接， 虚 线框内部分Z L为折算到一次绕组的等效阻抗Z ，如图8．15（b）所示。 通过变换可得
8．1 磁路及磁路基本定律
2．磁路中的基本定律 （1）磁路欧姆定律
Φ＝ NI F Rm Rm
F NI 为磁通势（对 式中， 为磁通（对应于电流），单位韦伯（Wb）； 应于电动势），单位安（A）,Rm 为磁阻（对应于电阻），单位（亨） （1/H）。
磁阻计算的关系式为
Rm
l A
8．1 磁路及磁路基本定律
2．变压器的工作原理 图8.14为单相变压器的原理图,与电源相连的称为一次绕组（又称 原边绕组）,与负载相连的称为二次绕组（又称副边绕组）。一次绕组、 二次绕组的匝数分别为 N 1和 N 2 。
U 1 时，一次绕组中便有电流 当变压器的一交绕组接上交流电压 通 i1 i1 过。电流 在铁心中产生闭合磁通 Φ ，磁通 Φ 随 的变化而变化，从而 在二次绕组中产生感应电动势。
8．4．1 电磁铁
2．电磁铁的分类
按其线圈电流的性质可分为直流电磁铁和交流电磁铁； 按用途不同可分为牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁及其他类型 的专用电磁铁。
牵引电磁铁主要用于自动控制设备中，用来牵引或推斥机械装置，以 达到自控或遥控的目的 ； 制动电磁铁是用来操纵制动器，以完成制动任务的电磁铁； 起重电磁铁是用于起重、搬运铁磁性重物的电磁铁。
Z K 2ZL
8 ．4 ．2
变压器
这表明变压器的副边接上负载 Z L 后，对电源而言，相当于接上阻抗 为 K 2 Z L 的负载。当变压器负载一定时，改变变压器原、副边匝数，可获 得所需的阻抗。 例8．1 有一台电压为220/36 V 的降压变压器，副边接一盏36 V,40W 的灯泡，试求：（1）若变压器的原边绕组N1 1100 匝，副边绕组匝数应 是多少？（2）灯泡点亮后，原、副边的电流各为多少？
B—H曲线分为三段： 1）起始磁化段(曲线的0～1段) 当H从零值开始增大时，B增加较慢。 2）直线段（曲线的1～2段） 随着H的增大，B几乎是直线上升。 3）饱和段（曲线的2～3段） 随着H的增加，B的上升又比较缓慢了。
对于电机和变压器，通常都是工作在曲线的2～3段(即接近饱和的地方)。 磁化曲线表示了媒质中磁感应强度B和磁场强度H的函数关系，不同的 铁磁性物质，其磁化曲线的形状不同。图8．7所表示的是几种不同铁磁 性物质的磁化曲线。
（3）基尔霍夫磁通定律 有分支磁路如图8．2所示，任取一闭合面，根据磁通连续性原理，进 入闭合面的磁通，必等于流出闭合面的磁通，即穿过闭合面的磁通的代数 和为零，此称基尔霍夫磁通定律。
－Φ3＋Φ1＋Φ2＝0
即 （4）基尔霍夫磁位差定律
Φ＝0
如图8．4所示磁路。磁路可能由多种尺寸、多种材料构成，有的还含 有气隙。
8．3 交流铁心线圈
由此可知：当铁心线圈上加以正弦交流电压时，铁心线圈中的磁通也 是按正弦规律变化，在相位上，电压超前于磁通90°，在数值上，端电压 有效值 U 4.44 fNΦm 。 2．交流铁心线圈中磁通与电流的关系 由于Φ与B成正比，i与H成正比，故得Φ—i曲线也为非线性关系。 由铁磁物质的基本磁化曲线图8．11(a)可得到图8．11(b)所示Φ—i曲线。
若将磁通势表示为磁位降（磁位差）方向，也可写成
NI lH＝U
m
0
当励磁电流为直流时，磁路中产生恒定磁通，此磁路称为恒定磁通磁 路，当励磁电流为交流时，产生交变磁通，此称为交变磁通磁路。
8．2 铁磁性物质的磁化
案例8．1 变压器中有硅钢片叠成的铁心，电机的绕组是嵌放在由硅钢 片叠成的铁心槽内。在第3章中我们已经介绍，硅钢片是高导磁率（磁阻 低）的铁磁性材料，能使磁通绝大部分通过由硅钢片叠成的铁心而形成闭 合回路。铁磁性物质是如何被磁化？还具有哪些特性？
8．2 铁磁性物质的磁化
2．磁化曲线 铁磁物质的B随H而变化的曲线称为磁化曲线，又称B—H曲线。 图8．6 (a)所示给出了测定磁化曲线的实验电路。实验测得的B—H曲 线，就是磁化曲线，如图8．6 (b)所示。
由图可见，B与H的关系是非线性的，即
B 不是常数。 H
8．2 铁磁性物质的磁化
1．铁磁性物质的磁化
本来不具磁性的物质，由于受磁场的作用而具有磁性的现象称为该物质 被磁化。只有铁磁性物质才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。
铁磁性物质，被磁化前后的 磁畴取向如图8．5所示。 有些铁磁性物质在去掉外磁场以 后，磁畴的大部分仍然保持取向一 致，对外仍显示磁性，这就成了永 久磁铁。
磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就越大。所以，剩磁和矫顽磁 力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。
授课日期 课题：
班次 授课时数 2 8.3交流铁心线圈 8.4电磁铁与变压器 教学目的： 了解交流铁心线圈的特点；了解变压器的变压比、变流比及变压器阻抗变换的意义 重点： 变压器的变压比、变流比及变压器阻抗变换 难点： 与重点相同 教具： 多媒体 作业： P176：8.5 自用 参考书：《电路》丘关源 著 教学过程：一、复习提问 1.对比磁路基本定律与电路基本定律 2.什么是磁滞损耗、涡流损耗、铁心损耗？ 二：新授：8.3交流铁心线圈 1.交流铁心线圈中电压与磁通的关系 2.交流铁心线圈中磁通与电流的关系 8.4电磁铁与变压器 8.4.1电磁铁 1.电磁铁的工作原理与典型结构 2.电磁铁的分类 8.4.2变压器 1.变压器用途与组成 2.变压器的工作原理 3.例题分析 课后小计：
第8章 磁路与铁心线圈 8．1 磁路及磁路基本定律
1．磁路的概念 （1）主磁通 在图8．1中，当线圈中通以电流后，沿铁心、衔铁和 工作气隙构成回路的这部分磁通称为主磁通，占总磁通的绝大部分。 （2）漏磁通 指没有经过工作气隙和衔铁，而经空气自成回路的这 部分磁通称为漏磁通。 （3）磁路 磁通经过的闭合路径称为磁路。 磁路也分为有分支磁路（如图8．2所示）和无分支磁路（如图8．1 示）。在无分支磁路中，通过每一个横截面的磁通都相等。变压器、直 流电机及电器铁心构成的磁路如图8．3所示。
通常把磁滞损耗和涡流损耗的总和称为铁损。
8．4 电磁铁与变压器 8．4．1 电磁铁
1．电磁铁的工作原理与典型结构
电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完 成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。 电磁铁主要由线圈、铁心及衔铁三部分组成，铁心和衔铁一般用软磁 材料制成。铁心一般是静止的，线圈总是装在铁心上。开关电器的电磁铁 的衔铁上还装有弹簧， 如图8．12所示。
8．3 交流铁心线圈
1．交流铁心线圈中电压与磁通的关系 如图8．10所示的铁心线圈电路，在带铁心的线圈上加正弦交流电压u， 线圈中的电流便在铁心中产生磁通Φ。