5.4 铁磁性物质的磁化
磁粉检测技术：铁磁性材料的磁化及磁介质的分类
当H= 0时，B =Br 叫剩
磁.
当H反向=Hc时，B =0.
Br
Hc叫矫顽力，表示铁磁质抵抗去磁的能力.
磁滞回线：铁磁质在交变磁场内反复磁
化的过程中，其磁化曲线是一个具有方 向性的闭合曲线.
P
4
B Bm
2 Q• 3•0 6
• Q
5
Hc
1P
+ Hm H
B—H曲线形成一个闭合曲线， α-反映铁磁性材料被磁化的难易程度.
B-H曲线和μ-H曲 线
B
a O
Q b
ms
B f (H) μFe f (H )
H
一、铁磁性材料磁化机制
B-H曲线和μ-H曲 线
连续法磁化时，磁场值必须大于Hμm·
标准磁化规范在“bQ”段(H1~H2) ，又叫近饱和 区严格磁化规范在“Qm”段(H2~H3) ，又叫基本饱和 区。
一、铁磁性材料磁化机制
磁粉检测
铁磁性材料的磁化及磁介质的分类
一、铁磁性材料磁化机制
铁磁质的磁化机制 磁畴: 铁磁质内部存在着分区自发磁化的小区域（磁畴宽度 10-3cm）。
磁化机制：无外场时，各磁畴排列无序，对外不显磁性 有外场时，各磁畴的磁矩趋于沿外磁场排列。
一、铁磁性材料磁化机制
磁畴的变化可用金相显微镜观测
H =0 H
软磁材料
硬磁材料
矩磁材料
二、磁场中的物质
磁介质的分类 磁介质——能与磁场产生相互作用的物 质 磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化
B Bo B 附加磁场
Bo-电流在真空中激发的磁感应强度
B'-附加磁感应强 度 （1）顺磁质 B B0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
实验十二 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线
实验十二铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线一、实验目的1．认识铁磁质的磁化规律，比较两种典型的铁磁质的动态磁特性。
2．测定样品的基本磁化曲线，作μr－H 曲线。
3．测定样品的HD、Br、Bm和[H〃B]max等参数。
4．测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。
二、实验原理1．铁磁物质及其磁滞曲线根据介质在磁场中的表现，一般将磁介质分为顺磁质、抗磁质和铁磁质。
B设想在真空中有一磁场的磁感应强度是0，其大小是B0。
将磁介质放入这个磁场中，若磁介质中的磁感应强度比B0小一点，那末这个介质是抗磁质；若磁介质中的磁感应强度比B0大一点，那末这个介质是抗磁质；若磁介质中的磁感应强度比B0大得多，甚至数百数万倍的增长，那末这个介质是铁磁质。
实验表现是铁磁质移近磁极时被吸住，顺磁质稍微有被磁极吸引，而抗磁质反而被磁极稍微推开。
下表是一些材料的相对磁导率，根据相对磁导率很容易区分顺磁质、抗磁质和铁磁质。
组别材料相对磁导率μr 铋银铅抗磁性物质铜水真空非磁性物质 1 顺磁性物质空气铝钯 2－81坡莫合金钴镍锰锌铁淦氧 3 软钢铁硅钢 78坡莫合金纯铁导磁合金130 250 600 1,500 2,000 5,000 7,000 100,000 200,000 1,000,000铁磁质材料包含铁、钴、镍、某些稀有金属及其众多合金以及它们的许多氧化物的混合物等。
铁磁质是一种性能特异、用途广泛的材料，我们一铁磁性物质般情况提到磁介质均指铁磁质。
其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，磁导率μ很高；另一特征是磁滞，即磁化场消失后，介质仍保留磁性，即有剩磁。
图1为铁磁质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。
S图1 铁磁质的B－H关系曲线图2 铁磁质的μ－H关系曲线图1中的原点O表示磁化之前铁磁质处于磁中性状态，即B＝H＝0，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段Oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至HS时，B到达饱和值BS，OabS称为起始磁化曲线。
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
电磁学-自测题6
第六章 磁场中的磁介质一、判断题（正确划“√”错误码划“×” ）1.顺磁性物质也具有抗磁性。
（ ）2.只有当M =恒量时，介质内部才没有磁化电流。
（ ）3.只要介质是均匀的，在介质中除了有体分布的传导电流的地方，介质内部无体分布的磁化电流。
（ ）4.磁化电流具有闭合性。
（ ）5.H 仅由传导电流决定而与磁化电流无关。
（ ）6.均匀磁化永久磁棒内H 与B 方向相反，棒外H 与B 方向相同。
（ ）7.永磁铁磁场的H 线有头有尾不能闭合。
（ ）8.由磁场的高斯定理0S d ⋅=⎰B S ，可以得出0S d ⋅=⎰H S 的结论。
（ ）9. 当各向同性而均匀的线性磁介质磁化后，磁化电流密度与传导电流密度的关系为()r 01j j μ'=-.（ ）10. 任何长度的沿轴向磁化的磁棒中垂面上侧表面内外两点1、2（见图）的磁场强度H 相等；磁感应强度不B 相等. （ ）11.磁感线在两种不同磁介质的分界面上一般都会发生“折射”，设界面两侧介质的相对磁导率分别为21r r μμ和，界面两侧磁感线与界面法线的夹角分别为212121r r tg tg μμ=θθθθ，则有和。
（ ）12.如果均匀磁介质未充满磁场存在的整个空间，但介质在磁场中的分布具有适合应用安培环路定理的对称性时，介质中的磁感强度为传导电流单独产生的磁感强度的r μ倍。
（ ）13.对细长磁棒，磁棒内任意点的磁感强度都相等，即0B M μ=。
（ ） 14.B H r μμ01=，只适用于各向同性线性非铁磁介质。
（ ） 15.有人说，因为磁感线是连续的、闭合的。
既然在细长均匀永久磁化棒内M B 0μ=，那么在磁棒两端，不论在棒内还是在棒外，M B 0μ=都成立。
（ ）16.在铁磁质中，B 和H 的关系不是线性的，比例系数r μ也不是常数。
（ ）17.铁磁性物质的磁化强度比顺磁性物质要达得多，其磁性起源于电子的自旋。
（ ）18.在磁介质中，H 一定与B 同方向的. （ ）19.实用上可用铁壳作磁屏蔽，当把一个薄铁壳放在磁场中时，其包围空间的磁场就绝对为零. （ ）20. 在均匀磁化的无限大磁介质中挖去一个半径为r ，高为h 的圆柱形空腔，而不扰乱其余部分的磁化，此空腔的轴平行于磁化强度M 。
MT专业知识习题要点
MT专业知识习题要点磁粉检测习题是非题1.1磁粉检测中所谓的不连续性就是指缺陷。
()1.2磁粉检测中对质量控制标准的要求愈高愈好。
()1.3磁粉检测不能检测不锈钢材料，也不能检测铜、铝等非磁性材料。
()1.4磁粉检测可对铁磁性工件的表面和近表面缺陷进行检测。
()1.5磁粉检测难以发现埋藏较深的孔洞，以及与工件表面夹角小于20°的分层。
()1.6磁粉检测对铁磁性材料表面开口气孔的检测灵敏度要高于渗透检测。
()1.7铁磁性材料被磁化后，工件表面、近表面的磁感应线在不连续处发生局部畸变产生漏磁场。
()1.8磁粉检测对铁磁性材料具有很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷。
()2.1由磁粉检测理论可知，磁力线在缺陷处会断开，产生磁极并吸附磁粉。
()2.2磁场强度的大小与磁介质的性质无关。
()2.3真空中的磁导率为1。
()2.4铁磁材料的磁导率不是一个固定的常数。
()2.5初始磁化曲线是表示铁磁性材料磁特性的曲线。
()2.6根据剩磁感应强度Br的大小铁磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料两大类。
()2.7铁磁性材料的特性有：高导磁性、磁饱和性和磁滞性。
()2.8铁磁质中H与B和M之间没有线性的正比关系。
()2.9矫顽力是指去除剩余磁感应强度所需的反向磁场强度。
()2.10所谓“磁滞”现象是指磁场强度H的变化滞后于磁感应强度B的变化的现象。
()2.11漏磁场强度的大小与试件内的磁感应强度大小有关。
()2.12铁磁材料的磁感应强度不但和外加磁场强度有关，而且与其磁化历史状况有关。
()2.13当使用直流电时，通电导体外面的磁场强度比导体表面上的磁场强度大。
()2.14磁性和非磁性实心导体以外的磁场强度的分布规律是相同的。
()2.15用不同半径的导杆对空心试件进行正中放置穿棒法磁化时，即使磁化电流相同，对试件的磁化效果也是不同的。
()2.16同等磁化条件下，在一定范围内，缺陷的深宽比越大，产生的漏磁场几乎成线性关系。
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
§5 铁磁性z 易磁化：在较小的磁场下就可以磁化到饱和，并且得到的磁化强度也很大。
z 以硅钢（例如，Si 0.03Fe 0.97）软磁材料为例，在10-2 Oe 的磁场就可以得到103Gs 的磁化强度。
z 而对顺磁材料，同样大的磁场只能得到10-6Gs 的磁化强度。
§5.1 铁磁性物质的特性铁磁性与顺磁性和抗磁性相比较是一种很强的磁性。
铁磁物质具有自发磁矩，即在无外加磁场的情况下，仍然有磁矩。
其特点是：z物质具有铁磁性的基本条件：(1) 物质中的原子有磁矩，(2) 原子磁矩之间有相互作用。
z实验事实：铁磁性物质在居里温度以上是顺磁性；居里温度以下原子磁矩间的相互作用能大于热振动能，显现铁磁性。
相互作用是什么？多大？利用J = 1/2，1，∝的布里渊函数的计算值与实验结果比较。
得：(1) J = 1/2 和J = 1与实验结果符合的较好，说明原子磁矩的空间量子化比自旋无规取向更接近实际。
主要是电子自旋的贡献(2)居里点是分子场系数λ的一个很好的量度。
M /M 0T/T c交换作用和巡游电子模型交换作用z分子场理论没有说明产生内场的本质。
从能量的观点来看，自旋平行的状态是铁磁物质能量较低的状态，然而是什么样的作用使铁磁材料中自旋磁矩有平行排列的趋势？z海森堡在1928年提出用量子力学来阐明铁磁性的内场，多电子体系的能量其中有一项依赖于电子自旋的取向。
该能量是电子在波函数之间交换位置引起的，交换分布条件下有关电荷之间的相互作用能，称为交换能。
交换作用和巡游电子模型z 自旋平行的状态是能量更低的状态（与洪德定则类似），以J 表示交换积分，从理论可以推得铁磁体的居里温度为：()21/3C BT Z S S k =+h J 交换积分J 越大，Tc 越高。
Z 为原子的配位数。
因此Heisenberg 等认为所谓的“内场”实际上是电子之间的“交换作用”的等效场。
这个模型在定性上是成功的交换作用巡游电子模型z分子场模型和交换作用仍有困难，这些主要是铁族元素的3d电子的非局域性造成的，因此人们又提出了巡游电子模型。
铁磁性物质的磁化
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。
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。
磁性材料的磁化曲线
一.磁性材料的基本特性1.磁性材料的磁化曲线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线(M～H或B～H曲线)。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
2.软磁材料的常用磁性能参数•饱和磁感应强度Bs: 其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列；•剩余磁感应强度Br: 是磁滞回线上的特征参数,H回到0时的B值. 矩形比: Br/Bs；•矫顽力Hc: 是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）；•磁导率m:是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关；•初始磁导率mi、最大磁导率mm、微分磁导率md、振幅磁导率ma、有效磁导率me、脉冲磁导率mp；•居里温度Tc: 铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降,达到某一温度时,自发磁化消失,转变为顺磁性, 该临界温度为居里温度. 它确定了磁性器件工作的上限温度；•损耗P: 磁滞损耗Ph及涡流损耗Pe P=Ph+Pe=af+bf2+cPeμf2t2/,r 降低磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe的方法是减薄磁性材料的厚度t及提高材料的电阻率r；•在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为:总功率耗散（亳瓦特）/表面积（平方厘米）3.软磁材料的磁性参数与器件的电气参数之间的转换•设计软磁器件通常包括三个步骤:正确选用磁性材料；•合理确定磁芯的几何形状及尺寸；•根据磁性参数要求，模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。
材料:B H,m磁芯(S,l):f～F器件(N):U～I,LI ～H: H = IN/l磁势F =ò Hdl=HlNf = ò UdtL～m:L＝AL N2 =4N2m SK /D′10-9U ～B:U = Ndf/dt = kfNBS ′10-6二、常用软磁磁芯的特点及应用(一).粉芯类1.磁粉芯磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。
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。
特种设备无损检测考试 磁粉检测PT (II级 )是非题
一、是非题1.1磁粉探伤中所谓的不连续性就是指缺陷。
（X ）把影响工件使用性能的不连续性称为缺陷1.2磁粉探伤中对质量控制标准的要求是愈高愈好。
（* ）在实际应用中，并不是灵敏度越高越好，因为过高的灵敏度会影响缺陷的分辨率和细小缺陷显示检出的重复性，还将造成产品拒收率增加而导致浪费。
1.3磁粉探伤的基础是磁场与磁粉的磁相互作用。
（* ）缺陷处产生漏磁场是磁粉检测的基础。
磁粉检测是利用漏磁场吸附磁粉形成磁痕来显示不连续性的位置、大小、形状和严重程度1.4马氏体不锈钢可以进行磁粉探伤。
（）1.5磁粉探伤不能检测奥氏体不锈钢材料，也不能检测铜，铝等非磁性材料。
（）1.6磁粉探伤方法只能探测开口于试件表面的缺陷，而不能探测近表面缺陷. （ * ）可以检测出铁磁性材料表面和近表面（开口和不开口）的缺陷1.7磁粉探伤难以发现埋藏较深的孔洞，以及与工件表面夹角大于20°的分层。
（ * ）检测时的灵敏度与磁化方向有很大关系，若缺陷方向与磁化方向近似平行或缺陷与工件表面夹角小于20度，缺陷就难以发现。
1.8磁粉探伤方法适用于检测点状缺陷和平行于表面的分层。
（ * ）1.9被磁化的试件表面有一裂纹，使裂纹吸引磁粉的原因是裂纹的高应力。
（* ）裂纹处的漏磁场1.10磁粉探伤可对工件的表面和近表面缺陷进行检测。
（ * ）铁磁性材料1.11一般认为对表面阳极化的工件和有腐蚀的工件检测，磁粉方法优于渗透方法。
（）1.12焊缝的层间未融合缺陷，容易用磁粉探伤方法检出。
（* ）2.1由磁粉探伤理论可知，磁力线在缺陷处会断开，产生磁极并吸附磁粉。
（* ）漏磁场2.2磁场强度的大小与磁介质的性质无关。
（）2.3顺磁性材料和抗磁性材料均不能进行磁粉探伤。
（）2.4当使用比探测普通钢焊缝的磁场大10倍以上的磁场强化时，就可以对奥氏体不锈钢焊缝进行磁粉探伤。
（* ）所有顺磁性材料、抗磁性材料的磁化率都很小，其相对磁导率几乎等于1，这说明它们对原磁场只产生微弱的影响。
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。
铁磁材料的磁化过程
铁磁材料的磁化过程铁磁材料的磁化过程是指在外加磁场的作用下，铁磁材料内部的磁矩发生重新排列的过程。
这个过程可以分为磁化和去磁化两个阶段。
一、磁化阶段在没有外加磁场的情况下，铁磁材料的磁矩是杂乱无章的，呈现无序状态。
当外加磁场开始作用时，磁矩会受到力的作用，趋向于与外磁场的方向一致，逐渐发生磁矩排列的变化。
首先是在外加磁场的作用下，磁矩开始发生定向排列。
由于各个磁矩之间的相互作用力，磁矩会逐渐转向与外磁场方向一致的方向。
这个过程中，磁矩的转动速率是不断增加的，直到达到一个稳定状态。
其次是在磁矩达到稳定状态后，磁矩之间开始发生磁偶极子的相互作用。
这个相互作用会使得磁矩更加趋向于与外磁场一致的方向，进一步加强磁化效果。
同时，随着磁矩的定向排列，材料内部形成了一定的磁畴结构。
最后是当外磁场达到一定强度时，材料内部的磁畴结构开始形成连续的磁畴。
这个连续的磁畴结构使得材料具有更强的磁化效果，并且能够保持较长时间。
在这个阶段，铁磁材料已经达到了饱和磁化状态，不再对外加磁场产生进一步的响应。
二、去磁化阶段当外加磁场逐渐减小或消失时，铁磁材料的磁化状态也会逐渐发生变化，从饱和磁化状态向无磁化状态过渡。
首先是在外磁场减小的过程中，磁矩开始发生反向旋转。
由于外磁场的减小，磁矩之间的相互作用力逐渐减弱，磁矩开始重新调整方向，逐渐回到无序的状态。
其次是当外磁场减小到一定程度时，磁矩之间的相互作用力完全消失，磁矩恢复到无序状态，材料内部的磁畴结构也逐渐消失。
这个过程中，铁磁材料的磁化效果逐渐减弱，直到完全无磁化。
最后是当外磁场完全消失时，铁磁材料恢复到无磁化状态。
在这个阶段，磁矩之间不再存在相互作用力，铁磁材料内部的磁畴结构也完全破坏，磁矩呈现无序状态。
总结起来，铁磁材料的磁化过程是一个磁矩排列的过程。
在外加磁场的作用下，磁矩逐渐与外磁场方向一致，形成稳定的磁畴结构，达到饱和磁化状态。
而在外磁场减小或消失时，磁矩重新调整方向，磁畴结构逐渐破坏，最终恢复到无磁化状态。
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。
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5．4 铁磁性物质的磁化
一、选择题：
1、由铁磁性物质的磁化曲线可知，铁磁性物质的磁导率最大出现在磁化曲线的( )
A．起始段 B．直线段 C．饱和段 D．接近饱和段
2、如图1所示( )
A．(1)材料导磁性能强 B．(2)材料导磁性能强
C．两种材料的导磁性能一样 D．不能确定
3、如图2所示，退磁曲线为图中的（）
A．ab B．bc C．cd D: de
图1 图2
4、半导体收音机的铁氧体磁棒是 ( )
A．硬磁性材料 B．软磁性材料 C．矩磁性材料 D．非铁磁性材料
5、下列说法正确的是（）
A．电磁铁的铁芯是由软磁材料制成的
B．铁磁材料磁化曲线饱和点的磁导率最大；
C．铁磁材料的磁滞回线越宽，说明它在反复磁化过程中的磁滞损耗和涡流损耗大；
D．通入线圈中的电流越大，产生的磁场越强
6、电磁铁的铁心在交变电流作用下反复磁化，其内部的磁畴反复翻转，这种由翻转所产生的损耗叫( )
A.铜损 B．涡流损耗 C．磁滞损耗 D．漏磁损耗
7、录音磁头所用铁心材料和录音磁带所用磁性材料分别是( )
A．硬磁材料，软磁材料 B．硬磁材料，矩磁材料
C．软磁材料，矩磁材料 D．软磁材料，硬磁材料
8、适用制造永久磁铁的材料是( )
A．软磁性材料 B．硬磁性材料 C．矩磁性材料 D．顺磁性材料
9、正常工作时，电动机、变压器的铁芯一般工作在磁化曲线的 ( )
A．起始段 B．直线段 C．过渡段 D．饱和段
10、为减小剩磁，电磁线圈的铁心应采用( )。
A．硬磁性材料 B．非磁性材料 C．软磁性材料 D．矩磁性材料
11、铁磁性物质的磁滞损耗与磁滞回线面积的关系是( )
A．磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗也越大
B．磁滞回线包围的面积越小，磁滞损耗越大
C．磁滞回线包围的面积大小与磁滞损耗无关
D．以上答案均不正确
12、如果线圈的匝数和流过它的电流不变，只改变线圈中的媒介质，则线圈内 ( ) A．H不变，B变化 B．H变化，B不变
C．H、B均不变 D．H、B均变化
13、通常空心线圈内部的磁感应强度B内与外部的磁感应强度B外的关系是( )
A．B外>B内 B．B外 <B内 C．B外=B内 D．不确定
14、一束电子流沿水平面自西向东运动，在电子流的正上方有一点P，由于电子运动产生
的磁场在P点的方向为 ( )
A．竖直向上 B．竖直向下 C．水平向南 D．水平向北
15、下列说法中，正确的是
A.只有铁和铁的合金可以被磁铁吸引
B.只要是铁磁性材料总是有磁性的
C．制造永久磁铁应当用硬磁性材料 D．电磁铁的铁心应当用硬磁性材料
16、若把铁磁材料放到外磁场中，当外磁场增加到一定数值时，当全部磁畴的方向与外
磁场的方向都一致，即使外磁场再增加，附加磁场也不会增加，我们把这一特性叫做( ) A．高导磁性 B．磁饱和性 C．磁滞性 D．剩磁性
17、铁磁材料在交变磁他过程中磁感应强度B的变化总是滞后磁场强度H的变化，这
就是铁磁材料的 ( )
A.磁饱和性 B．磁滞性 C．高导磁性 D．剩磁性
18、制作磁记忆元件的材料是采用 ( )
A.矩磁材料 B．硬磁材料 C．软磁材料 D．非铁磁材料
19、硬磁性材料在反复磁化过程，（）
A、容易饱和
B、难以退磁
C、容易退磁
D、容易磁化
20、铁磁物质在反复磁化过程中，B为零时的Hc叫作（）
A．剩余磁感应强度 B．矫顽磁场强度 C．磁滞回线 D．磁滞现象
二、判断题：
1、直流铁心线圈电路消耗的功率为铁损加铜损。
（）
2、铁磁性物质的感应强度与磁场强度之间的关系是线性的。
（）
3、硬磁性物质因其有易磁化、易去磁、剩磁较小的特点，常作永久磁铁。
( )
4、用磁带记录信息，实际上就是利用了铁磁材料的剩磁性能。
( )
5、铁磁材料的磁导率是一常数。
( )
6、为了消除铁磁材料的剩磁，可以在原线圈中通以适当的反向电流。
( )
7、矩磁材料常用来制作记忆元件，如计算机存储器的铁芯。
( )
8、软磁材料的磁滞回线宽而平，硬磁材料的磁滞回线窄而陡。
( )
9、软磁材料的主要特点是剩磁强。
在外界磁场的作用下，不易产生较强的磁感应强度。
( )
10、电磁铁的铁芯通常是用硬磁材料制造的。
( )
11、在非铁芯线圈电路中，电流i与磁通Φ之间成线性关系。
( )
12、电磁铁的铁心是用硬磁材料制造的。
( )
13、铁磁材料的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系是线性关系。
( )
14、软磁材料的特点是不易磁化，也不易退磁。
( )
15、铁磁性物质在反复交变磁化过程中，日的变化总是滞后于B的变化，叫做磁滞现象。
( )
16、磁性材料在交变磁化过程中的磁滞现象，就是指磁感应强度的变化总是滞后于磁场强度的变化。
( )
17、录音磁带表面的磁粉应为软磁性材料。
( )
18、硬磁性材料常被做成电机、变压器的铁心。
( )
19、铁磁材料的磁导率是常数。
( )
20、矩磁性物质的磁滞损耗比硬磁性物质小。
( )
21、电机，变压器、日光灯镇流器的铁芯都采用相互绝缘的硅钢片叠成，其目的是为了减小铁芯的磁滞损耗和涡流损耗。
( )
22、软磁性材料常被做成电机、变压器、电磁铁和继电器的铁芯。
( )
23、软磁性物质较硬磁性物质而言，易磁化，也易退磁。
( )
24、变压器和电机的铁心工作于磁化曲线的饱和段。
( )
25、磁滞损耗与磁滞回线的面积有关，面积越大，损耗越大。
( )
26、一物质的剩磁和矫顽磁力很大，则它一定是软磁性物质。
( )
27、非铁磁性物质的磁导率可近似看作常数，铁磁性物质的磁导率不是常数。
( )
28、所谓剩磁现象，就是H为零时B不等于零。
（）
29、电机、变压器的铁心工作时磁场越强越有利工作。
（）
30、硅钢片是一种电阻率大、磁导率也大的材料。
（）
31、空心励磁线圈所产生的磁场和铁芯线圈所产生的磁场的B-H关系均为非线性
的。
( )
32、铁磁性物质有顺磁性物质和反磁性物质之分。
( )
33、软磁性材料的特点是比较容易磁化，但撤去外磁场则磁性也容易消失。
( )
34、电动机和变压器的铁心材料硅钢片是软磁性材料。
（）
35、软磁性材料的特点是比较容易磁化，也容易退磁。
（）
36、适合于制成永久磁铁的铁磁性材料是硬磁材料。
( )
37、当磁介质被磁化至饱和时，其内部的磁畴排列最为整齐。
( )
38、低频下的磁屏罩一般造用软磁材料制成。
( )
39、用磁带记录信息，实际上就是利用了铁磁材料的剩磁性能。
( )
三、填空题：
1、铁磁物质在磁化过程中与____的关系曲线称为磁化曲皱。
当反复改变电流的大小和方向所得闭合的B与H关系曲线叫 .
2、磁滞现象是指____________。
3、铁磁材料的磁性能主要表现为、磁饱和性和磁滞性
4、磁材料根据在工程上的用途，可以分为，和三大类。
5、物质按其在磁场中的表现，可分为、、三大类，一般所说的磁化是相对物质而言的。
6、铁磁性物质的磁化曲线是非线性的，再根据公式μ=B/H，可推导出铁磁性物质的磁导率。