2铁磁性物质的磁化
2019-铁磁性材料的自发磁化理论和磁畴结构-文档资料
2014年4月25日
汇报内容
●物理学基础 ●自发磁化理论 ●磁畴结构
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1.物理学基础
1.1基本磁学量
磁矩μm 微观量，矢量，μm=iS，磁偶极子磁性的强弱和方向。
磁化强度M 宏观量，矢量，M=Σμm/ΔV。
磁场强度H 描述空间内任意一点的磁场参量。
磁感应强度B 与介质有关，B=μ0（H+M） 磁化率χ χ=M/H，表征材料磁化难易程度。
1.物理学基础
1.3磁性起源
●原子的总角动量和总磁矩：
是电子的轨道角动量（磁矩）和自旋角动量（磁矩）以矢量叠加方式 合成的。
μl
?
L-S耦合 Z<=32
μs PL=Σpli PS=Σpsi
μJ PJ=PL+PS
铁磁物质大多采用 此种方式！
Z>=82 j-j耦合
pj=pl+ps
PJ=Σpj
8
2.自发磁化理论
χ<0
抗磁性
χ>0
顺磁性
（无磁矩 ）
弱磁性
χ>0 反铁磁性
χ》1
铁磁性
χ》1 亚铁磁性
（有磁矩 ）
Tn Tc 强磁性
4
1.物理学基础
1.3磁性起源
物质的磁性来源于原子的磁性；
原子的磁性来源于原子中电子及原子核的磁矩；
原子核磁矩很小，在我们所考虑的问题中可以忽
略。 电子轨道运动产
生电子轨道磁矩
原子的
A i*rijriirj * jrj e ri2j e ri2e r2 j d1 d2
rij：电子i与j间的距离； ri(rj)：i(j)电子与自己核间的距离。
铁磁材料的磁化过程
铁磁材料的磁化过程
铁磁材料是一种具有磁性的材料，其磁化过程是指在外加磁场的作用下，材料内部的磁矩发生改变的过程。
这个过程可以通过磁滞回线来描述，磁滞回线是指在磁场强度逐渐增加或减小的过程中，材料磁化强度的变化曲线。
铁磁材料的磁化过程可以分为两个阶段：磁化和磁滞。
在磁化阶段，当外加磁场作用于铁磁材料时，材料内部的磁矩开始发生改变，直到达到饱和磁化强度。
在这个过程中，材料的磁化强度随着磁场强度的增加而增加，直到达到饱和磁化强度。
在饱和磁化强度之后，材料的磁化强度不再随着磁场强度的增加而增加，而是保持不变。
在磁滞阶段，当外加磁场强度逐渐减小时，材料的磁化强度也会逐渐减小。
在这个过程中，材料的磁化强度不会立即回到零，而是会在一定的磁场强度下保持一定的磁化强度，这个现象被称为剩余磁化。
当磁场强度减小到一定程度时，材料的磁化强度才会回到零。
铁磁材料的磁化过程是由材料内部的磁矩和外加磁场之间的相互作用所决定的。
在外加磁场作用下，材料内部的磁矩会发生改变，从而导致材料的磁化强度发生变化。
而在磁滞阶段，材料内部的磁矩并没有完全回到初始状态，这是因为材料内部的磁矩之间存在相互作用，导
致磁矩的改变不是完全独立的。
总之，铁磁材料的磁化过程是一个复杂的过程，它涉及到材料内部的磁矩和外加磁场之间的相互作用。
通过磁滞回线可以描述铁磁材料的磁化过程，这对于研究铁磁材料的性质和应用具有重要的意义。
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
三 磁阻与磁导
◆ 磁阻（Rm）
设均匀磁路中某一段材料：
A
磁导率：μ
l
横截面：A
长度：l
磁通：
则该段磁阻为
Rm
def
l
A
SI单位：为 H-1
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第九章 磁路和铁心线圈电路
◆ 推导过程：
HB B A
Um
Hl
B l
A
l
Rm
Rm
l
A
◆ 磁导（Λ）
1 A
Rm l
SI单位：为 H
磁路 欧姆定律
空气的磁导率为常数，故气隙的磁阻是常量。 铁磁性物质的磁导率不是常数，故铁磁性物质的磁阻
B
Bm
b Hm Br
O
Hc b
a
a
Hm H
剩余磁感应强度（剩磁）：由于磁滞，铁磁性物质在磁场 强度减小到零时保留的磁感应强度（ Br ）。
矫顽磁场强度（矫顽力）：如要消去剩磁，需将铁磁性物 质反向磁化的磁场强度（ Hc ）。
当H 继续反向增加时，铁磁性物质开始反向磁化。到-Hm 时，即饱和点a’。然后沿a’b’a 变化而完成一个循环。
4
第九章 磁路和铁心线圈电路
如果是均匀磁场，且各点磁感应强度与面积 S 垂直，则该 面积上的磁通为
BA 或 B
A
又称磁感应强 度为磁通密度
◆ 磁感应Leabharlann ：为使磁场的分布状况形象化，用磁感应线 描述磁场。
规定：磁感应线上的每一点的切线方向就是这一点的磁场方 向；在磁感应强度大的地方磁感应线密，小的地方疏。
磁路：约束在限定铁心范围内的磁场。
I
气隙
铁心
线圈
主磁通
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。
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)，
磁铁的磁化方式
磁铁的磁化方式磁铁是一种具有磁性的物体，它能够吸引铁等物质并展示出独特的磁性行为。
然而，你是否好奇磁铁是如何被磁化的呢？在本文中，我们将探讨磁铁的磁化方式。
磁铁的磁化方式主要包括自发磁化和人工磁化。
一、自发磁化自发磁化，顾名思义，是指磁铁在自然界中自行获得磁性的过程。
这种磁化方式是由磁铁自身的元素和结构特性决定的。
1. 长条形磁铁的磁化方式首先，我们来看一下长条形磁铁的磁化方式。
当一个未磁化的长条形磁铁被带有磁性的物质（如另一个磁铁）靠近时，磁场会影响磁铁内部原子的排列。
这些原子会重新排列，使得磁铁的所有分子都朝着一个统一的方向排列，形成一个强大的磁场。
2. 环形磁铁的磁化方式与长条形磁铁不同，环形磁铁的磁化方式更加复杂。
在磁化环形磁铁时，我们通常会使用电流通过线圈的方式。
通过将电流传递到环形磁铁中，电流会创建一个磁场，进而使得磁铁的原子重新排列成一个特定的方向，产生强大的磁性。
二、人工磁化人工磁化是通过外部力量对磁铁进行磁化的过程，主要包括电磁磁化和电磁感应磁化两种方式。
1. 电磁磁化电磁磁化是通过电流的作用产生磁场，然后使磁铁被磁化。
在这种方式下，我们通常会将磁铁包裹在带有线圈的电磁铁心中，通过施加电流来产生磁场。
这个磁场会影响磁铁内部原子的排列，使其产生磁性。
2. 电磁感应磁化电磁感应磁化是利用电磁感应法对磁铁产生磁场的方式。
当一个磁铁被放置在变化的磁场中，它会产生感应电流。
这个感应电流进一步产生磁场，使得磁铁被磁化。
总结磁铁的磁化方式可以分为自发磁化和人工磁化两种。
自发磁化是磁铁根据其自身的特性，在自然界中获得磁性。
而人工磁化则需要外部力量的作用，主要通过电流或电磁感应的方式对磁铁进行磁化。
了解磁铁的磁化方式对于我们理解磁性行为以及应用磁铁具有重要意义。
通过合理的磁化方式，我们可以制作出各种用途广泛的磁铁产品，如电机、发电机、电磁铁等，为人类生产和生活带来便利。
希望通过本文的介绍，你对磁铁的磁化方式有了更深入的了解。
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。
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。
铁磁材料中的磁化动力学效应
铁磁材料中的磁化动力学效应铁磁材料是一类具有特殊磁性行为的材料，它们在外加磁场的作用下会出现磁化现象。
这种磁化动力学效应是铁磁材料中的一个重要现象，对于理解和应用这些材料具有重要意义。
一、铁磁材料的磁化动力学效应的基本原理铁磁材料的磁化动力学效应可以通过布洛赫方程来描述。
布洛赫方程是描述物质中自旋磁矩的动力学行为的方程，是磁化动力学效应的理论基础。
布洛赫方程可以写成如下的形式：du/dt = γ (u × H + D∇²u - αu × (u × H) + τ),其中u是磁化强度的方向矢量，H是外加磁场，γ是旋磁比，D是耗散常数，α是自旋-轨道耦合常数，τ是描述材料的非线性特性的项。
这个方程描述了铁磁材料中磁化强度的变化与外加磁场、耗散、自旋-轨道耦合以及非线性效应之间的关系。
在实际应用中，磁化动力学效应的研究可以通过实验和模拟方法来进行。
二、磁化动力学效应的应用磁化动力学效应在材料科学和磁性材料应用中具有广泛的应用。
以下列举几个具体的应用实例：1. 磁存储技术中的应用：磁化动力学效应可以用于磁存储介质中的信息读、写操作。
通过磁场施加和磁矩转换，可以实现信息的读取、写入和消除等功能。
这种应用在计算机和数据存储设备中被广泛使用。
2. 磁共振成像技术中的应用：磁共振成像是一种基于核磁共振原理的医学成像技术。
在磁共振成像中，磁化动力学效应用于对组织和器官进行成像和分析。
磁共振成像不仅可以用于医学诊断，还可以用于材料科学和生物医学研究领域。
3. 磁传感技术中的应用：磁化动力学效应可以用于制造各种磁传感器和磁计量设备。
通过测量材料中的磁化动力学效应，可以获得与外磁场强度和方向相关的信息。
磁传感器在导航、气象、石油勘探、交通运输和生物医学等领域有着广泛的应用。
4. 磁性材料的设计和改进：磁化动力学效应对于磁性材料的设计和改进具有重要意义。
通过研究和理解磁化动力学效应，可以改变磁性材料的结构和组成，调节其磁化行为和性能。
铁磁物质磁化曲线和磁滞回线的测量实验报告
铁磁物质磁化曲线和磁滞回线的测量实验报
告
实验目的：
通过测量铁磁物质的磁化曲线和磁滞回线，了解铁磁物质的磁性特性。
实验仪器：
1. 铁磁材料样品
2. 磁场计
3. 磁场源
实验步骤：
1. 准备工作：
- 确保实验环境没有其他磁场干扰。
- 校准磁场计，保证测量精确。
2. 测量磁化曲线：
- 将磁场计放置在磁场源附近，调整到合适的位置。
- 施加逐渐增强的磁场，记录磁场和磁感应强度的关系。
- 确保磁场逐渐增强的过程中，磁场计处于稳定的位置。
3. 测量磁滞回线：
- 先将磁场逐渐增大，记录磁场和磁感应强度的关系。
- 然后将磁场逐渐减小，同样记录磁场和磁感应强度的关系。
- 确保磁场逐渐增大和减小的过程中，磁场计处于稳定的位置。
4. 实验数据处理：
- 将实验测得的磁场和磁感应强度数据制作成磁化曲线和磁滞回线的图像。
- 根据图像分析铁磁物质的磁性特性，如饱和磁感应强度、矫顽力等。
实验结果：
根据实验测得的数据，制作出铁磁物质的磁化曲线和磁滞回线的图像，并在图像上标注各个关键参数的数值。
实验讨论：
通过对磁化曲线和磁滞回线的分析，我们可以得出铁磁物质的磁性特性。
例如，可以通过磁化曲线的饱和磁感应强度来判断物质的饱和磁化强度，通过磁滞回线的闭合程度来判断物质的矫顽力大小等。
实验结论：
通过本实验的磁化曲线和磁滞回线的测量，我们得出了铁磁物质的磁性特性，为进一步研究铁磁物质的应用和原理提供了基础数据。
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。
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。
磁铁的磁化过程
磁铁的磁化过程磁铁作为一种常见的物品，具有吸引铁、镍和钴等物质的特性，这一特性是由磁铁的磁化过程所决定的。
磁铁的磁化是指将非磁性材料转变为具有磁性的过程，下面将详细介绍磁铁的磁化过程及其原理。
一、磁化过程磁铁的磁化过程一般可分为自磁化和强磁化两种方式。
自磁化是指磁铁在受到外界磁场的作用下，自身产生了磁性；强磁化则是通过外界磁场对磁铁进行加强，使其具有更强的磁力。
1. 自磁化过程自磁化是磁铁独立产生磁性的过程，主要涉及到磁铁分子的内部结构和磁场的相互作用。
磁铁的磁化主要依赖于其内部的原子和分子的磁矩，磁矩的大小和方向决定了磁铁的磁性。
在无外界磁场的情况下，磁铁的磁矩处于无序状态，相互之间的方向没有规律可循。
当外界磁场作用于磁铁时，磁铁内部的磁矩会受到磁场的影响，逐渐趋于有序排列。
在磁场的作用下，磁矩会发生倾向，排列成一定的方向，使磁铁具有一定的磁性。
2. 强磁化过程强磁化是通过外界磁场对磁铁进行加强，使其具有更强的磁力。
当磁铁处于外界磁场中时，磁铁内部的磁矩受到外界磁场的作用，逐渐发生改变。
在外界磁场的作用下，磁铁的磁矩会不断地重新排列，使磁铁的磁性得以增强。
强磁化的过程中，外界磁场对磁铁施加了一定的力量，使磁铁内部的磁领域重新分布。
磁领域是指磁铁内部一组具有相同方向的磁矩排列。
在外界磁场的作用下，磁铁内的磁领域会逐渐增多，磁矩的大小也会增强，从而使磁铁具有更强的磁力。
二、磁化原理磁化过程的原理是基于电磁学中的磁感应定律和磁场理论。
磁感应定律表明，当导体中有电流流过时，将会产生磁场。
在磁铁中，磁化过程涉及到电磁感应、电子自旋和外界磁场的相互作用。
当磁铁处于外界磁场中时，外界磁场的磁力线将通过磁铁，磁力线的方向和磁场的方向一致。
在磁铁内部，磁性材料的分子中的电子自旋会受到磁场的影响，逐渐趋于排列。
电子自旋是电子固有的性质，类似于自旋运动。
当电子自旋发生变化时，产生的磁力也会发生改变，磁力的合成作用使磁铁具有一定的磁矩。
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课题5.4铁磁性物质的磁化
课型
新课
授课班级授课时数 3
教学目标
1．了解铁磁性物质的磁化。
2．了解磁化曲线、磁滞回线对铁磁性物质性能的影响。
教学重点
铁磁性物质被磁化的内因。
教学难点
磁滞回线的形成。
学情分析
教学效果
教后记
新课课前复习
1．磁场力大小的公式、磁场力方向的规定。
2．磁场的主要物理量
5.5 铁磁性物质的磁化
一、铁磁性物质的磁化
1．磁化：本来不具磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象。
非铁磁性物质是不能被磁化的。
2．磁化内因：在外磁场的作用下，磁畴（磁性小区域）沿磁场方向作取向排列，形成附加磁场，从而使磁场显著增强。
去掉外磁场后，有些铁磁性物质中磁畴的一部分或大部分仍保持取向一致，对外仍显磁性，这就成了永久磁铁。
3．应用：用于电子和电气设备中。
二、磁化曲线
1．磁化曲线（B－H曲线）：铁磁性物质的B随H而变化的曲线。
B =μH
即
μ = B / H
2．测试原理图
3．磁化曲线图
O－1段：起始磁化段。
B增加得较慢（由于磁畴惯性）。
1－2段：直线段。
B随H增加很快（由于磁畴在外磁场的作用下大部分趋向H的方向）。
2－3段：B增加变慢（由于随着H的增加只有少数磁畴继续转向）。
3以后：饱和段，B基本不随H变化（已几乎没有磁畴可转向了，为饱和磁感应强度）。
4．说明：
（1）对于变压器和电机，通常工作于2－3段。
（2）每一种材料B的饱和值一定，不同铁磁性物质，B的饱和值不同。
（3）B愈大导磁性能愈好。
三、磁滞回线
1．曲线
2．剩磁：当H 减至零时，B值不等于零，而是保留一定的值，称为剩磁。
用B r表示。
矫顽磁力：为克服剩磁所加的磁场强度。
用H c表示。
3．磁滞现象：B的变化总是落后于H的变化。
磁滞回线：abcdefa为一封闭对称于原点的闭合曲线，称为磁滞回线
4．（1）基本磁化曲线：连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到
的一条曲线称为基本磁化曲线。
（2）磁滞损耗：反复交变磁化过程中有能量损耗，称为磁滞损耗。
（3）剩磁和矫顽力愈大的铁磁性物质，磁滞损耗就愈大。
练习
小结1．铁磁性物质的磁化；它能够被磁化的原因。
2．铁磁性物质的磁化曲线和磁滞回线。
3．铁磁性物质的概念以及它的分类。
布置作业习题（《电工技术基础与技能》周绍敏主编）1．是非题（7）、（8）。
2．选择题（8）、（10）。
3．填充题（9）、（10）。
课题5．5磁路的基本概念
课型
新课
授课班级授课时数 2
教学目标1．理解磁动势和磁阻的概念。
2．掌握磁路的欧姆定律。
教学重点
磁路的欧姆定律。
教学难点
磁路欧姆定律的应用。
学情分析
教学效果
教后记
新课
课前复习
1．什么是铁磁性物质的磁化？它能够被磁化的原因。
2．铁磁性物质的磁化曲线和磁滞回线的概念。
第五节 磁路的基本概念
一、磁路
1．磁路：磁通经过的闭合路径。
2．说明主、漏磁通。
3．磁路：无分支和有分支。
无分支 有分支
二、磁路的欧姆定律
1．通电线圈产生磁场，磁通随线圈匝数和所通过的电流的增大而增加。
把通过线圈的电流和线圈匝数的乘积称为磁动势。
E m = I N
单位：安培（A ）
2．磁阻：磁通通过磁路时所受到的阻碍作用。
R m =
S
l μ 式中：l －磁路长度（m ）；
S － 磁路横截面积（m 2）； μ－ 磁导率（H ／m ）； R m － 磁阻（1／H ）。
3．磁路的欧姆定律
（1）内容：通过磁路的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比。
（2） = m m R E
（3）磁路与电路对应的物理量及其关系式。
电 路
磁 路 电流I 磁通
电阻R = l / S 磁阻 R m ＝ l /
S 电阻率
磁导率
电动势E 磁动势 E m ＝ I N
电路欧姆定律 I = E / R磁路欧姆定律 =E m / R m
练习
1．在磁场中，各点的磁场强度的大小不仅与电流的大小和导体的形状有关，而且与媒介质的性质有关。
（）
2．磁路的欧姆定律是指：磁感应强度与磁动势成正比，与磁阻成反比。
（）
小结1．磁动势和磁阻的概念。
2．磁路的欧姆定律。
3．全电流定律。
布置作业习题（《电工技术基础与技能》周绍敏主编）4．问答与计算题（9）、（10）。