铁磁材料磁滞回线的研究

硬磁材料的磁滞回线较宽，Ｂｒ 和 Ｈ ｃ 都较大，因此，其剩余磁感应强
动作行为而产生的。因而， 在这种情况 下， 教练员不妨让运动员停止训练或采
兰大红（１ ９ ７ ９ － ），汉族，湖南浏阳人， 度 Ｂ ｒ 可保持较长时间。铬、钴、镍
硕士，助教，研究方向：小球教学与训练。
等元素的合金属于硬磁材料。它常用
技术成就。对于由于达不到理想要求 此同时逐渐减小磁化电流，以至于 的重要特性，也是设计电磁机构和仪
的运动员所产生的心理疲劳， 教练员可 零。那么该材料磁化过程是一连串逐 表的重要依据之一。
鼓励运动员增强信心，还可以分解动作， 渐缩小而最终趋向原点的环形曲线，
详细分析动作等对运动员进行科学、 合理的指导来达到消除心理疲劳的效 果。
铁磁材料磁滞回线的研究
冯本珍 安徽工业大学数理学院 ２４３００２
摘要 工程技术中的许多仪器设备，大的如发电机 和变压器，小的如电表铁心和录音机磁头 等，都要用到铁磁材料。铁磁材料的磁化曲 线和磁滞回线的特性是该材料的应用和研制 的最重要的性能。本文首先讨论了磁滞回线 的形成及特征，说明了铁磁材料的磁滞效 应，最后讨论了磁滞回线的应用。 关键词 铁磁材料；磁滞；磁滞回线
理疲劳的效果。当然， 催眠术也是能消 磁场 Ｈ ＝ ０ 时，Ｂ ＝ ０ 。退磁方法，从
软磁材料和硬磁材料的根本区别在
除疲劳的好方法。
理论上分析，要消除剩磁 Ｂ ｒ ，只要通 矫顽磁力 Ｈｃ 的差别。对于高磁导率的
３．物理恢复法
一反向电流，使外加磁场正好等于铁 软磁材料，Ｈｃ 很小，只有 １￣１０Ａ／ｍ
取其他训练方式为枯燥的训练增加新色
于制造永久磁铁。
彩。
矩磁材料的磁滞回线接近矩形，
２．心理恢复训练 心理恢复训练， 是通过语言暗示诱
上接第 ３０８ 页
其特点是剩余磁感应强度 Ｂｒ 接近饱和 时的 Ｂ ｍ ，矫顽磁力小。若使矩磁材
导其肌肉和神经放松， 同时还可配合播
料在不同方向的磁场下磁化，当磁化
放轻松悠扬的音乐，调节呼吸，使肌肉得 具有的不可逆性及具有剩磁的特点， 电流为零时，它仍能保持 ＋ Ｂ ｒ （≈
动员的心理疲劳。ＭＣ２ Ｓｔｕｄｙ Ｔｍ 是 因此无法确定退磁电流。从磁滞回线 以上；矩磁材料的矫顽磁力 Ｈｃ 一般在
根据人的大脑活动规律和特点研制的高 得 到 启 示 ， 如 果 是 铁 磁 材 料 到 磁 饱 １ ０ ２ Ａ ／ ｍ （１ 奥）以下。可见，铁
科技产品， 是在脑神经领域取得的一项 和，然后不断改变磁化电流方向，与 磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料
这样，在磁化电流变化的一周期
１００ 倍以上（例如，当 Ｃ 取为 １０微法时， 内，电子束的径迹描出一条完整的磁
Ｒ ２ 应取 ３ ０ Ｋ 欧以上）。这样，Ｕ ２ 与 Ｉ２Ｒ２ 相比可忽略（由此带来的误差小于 １％），于是（４）式简化为
滞回线，以后每个过程重复此过程。 可逐渐调节输入交流电压，使磁滞回 线由小到大扩展方法，把逐次在坐标
如图 ４ 所示，当 Ｈ 减小到零时，Ｂ 也 同时降到零，达到完全退磁。其次， 磁化电流在实验过程中只允许单调增 加，不可时增时减。当铁磁材料从未 被磁化开始，在最初几个反复磁化的 循环内，每一个循环 Ｈ 和 Ｂ 不一定沿 相同的路径进行（曲线并非闭合曲 线 ）。 只 有 经 过 十 几 次 反 复 磁 化 （ 称 为 “ 磁 锻 炼 ”） 以 后 ， 才 能 获 得 一 个差不多稳定的磁滞回线。它代表该 材料的磁滞性质。所以样品只有在 “磁锻炼”后，才能进行测绘。 四、磁滞回线的应用
变的磁感应强度 Ｂ，结果在副线圈 ｎ 内
产生感应电动势，其大小为：
（３ ）
图 1 磁环电路
－３０７－
图 2 磁滞回线
基础及前沿研究 中国科技信息2006年第22期 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Nov.2006
式中 ｎ 为副线圈匝数，Ｓ 为待测铁 ２ 对时间的积分，这也是“积分电路” 磁质圆环的截面积。忽略自感电动势 名称的由来。）将（ ３ ） 式代入上式得到
后，对于副线圈回路有 （４ ）
（７ ）
为了如实地绘出磁滞回线，要求：
（７）式表明，接在示波器轴输入端的
（１） 积分电路的时间常数Ｒ２Ｃ应比 （其中 ｆ 为交流电频率）大 １００ 倍以上，即
要求 Ｒ２ 比 １／（２ π ｆＣ）（电容 Ｃ 的阻抗）大
电容 Ｃ 上电压 Ｕ ２ 值正比于 Ｂ
（Ｂ
２ ）。
性物质同弱磁性顺磁物质和抗磁性物质 相比高磁导率是铁磁材料的一个重要特 征。 二、磁滞回线的测绘
铁磁材料（如铁﹑镍、钴和其他 铁磁合金）具有独特的磁化性质， 为了 描述铁磁材料的磁化规律，研究其内 部 Ｂ 与 Ｈ 的关系，将铁磁材料制成圆 环，再紧密绕上原线圈（励磁线圈） Ｎ 和付线圈（测量线圈）ｎ ，如图 １ 所示。给绕在待测磁环上的励磁线圈 Ｎ 通一交变电流，产生一交变磁场 Ｈ ，使铁磁物质（磁环）往复磁化。
实验研究证明， 运用 Ｍ Ｃ ２ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ 磁 材 料 的 矫 顽 磁 力 就 可 以 了 ， 实 际 （１ ０ － ２ ￣ １ ０ －１ 奥）；对于高矫顽磁力硬
Ｔｍ对运动员进行训练，能有效地减轻运 上，矫顽磁力的大小通常并不知道， 磁材料，Ｈ ｃ 在 １ ０ ５ Ａ ／ ｍ （１ ０ ０ ０ 奥）
在实验室观察铁磁材料的磁滞回线 是在示波器上进行的。先要将原线圈 的磁场 Ｈ 和付线圈磁感应强度 Ｂ 转化 为对应的电压信号，在示波器的 Ｘ 偏 转板输入正比于样品的励磁磁场 Ｈ 的 电压，同时在 Ｙ 偏转板输入正比于样 品中磁感应强度 Ｂ 的电压，结果在屏 上就得到样品的 Ｂ ￣ Ｈ 回线， 如图 ２ 所 示。那么磁场 Ｈ 和磁感应强度 Ｂ 是如 何转化为对应的电压信号呢？
由于有磁滞现象，能够由若干个 Ｂ 值于同一个 Ｈ 值对应，即 Ｂ 是 Ｈ 的 多值函数，它不仅与 Ｈ 有关，而且与 这铁磁质磁化程度有关。例如：与 Ｈ ＝ ０ 相应的 Ｂ 由三个值：
（１ ） Ｂ＝０ 的 Ｏ 点，这与原来没 有磁化相对应；
（２ ） Ｂ ＝ Ｂ ｒ ，这是在铁磁质已磁 化之后发生的；
到充分放松， 最终调节中枢神经系统兴 由于具有以上特点必须说明的是在测定 Ｂ ｍ ）和 － Ｂ ｒ （≈ － Ｂ ｍ ）两种不同
奋性的一种方法。研究表明， 这种方法 磁化曲线和磁滞回线时，首先必须对 的剩磁，矩磁材料常用作记忆元件，
在实际的训练和比赛中具有明显消除心 铁磁材料预先进行退磁，以保证外加 如电子计算机中存储器的芯片。
对于已经产生心理疲劳的运动员， 建议采取以下几种方法来消除：
１．中断训练或换内容 从心理疲劳产生的原因来看， 在很 多情况下， 心理疲劳是由于重复单调的
参考文献 ［ １ ］ 张力为等． 体育运动心理学研究进 展［ Ｍ］ ． 北京： 高等教育出版社， ２ ０ ０ ０ ． ３５０－３５８． ［ ２ ］ 马翠娥等． 论现代运动医学与心理 学的综合［ Ｊ］ ． 武汉体育学院学报， ２０００，３４（２）：１０－１３． ［ ３ ］ 谭亦斌． 运动训练中的心理疲劳 ［Ｊ］．武汉体育学院学报，２００１，３５（专 辑）：９０－９２． ［４］丁雪琴等“． ＭＣ ２ ＳｔｕｄｙＴ Ｍ”对减轻优秀运动员心理疲劳和增 强表象演练能力的研究［ Ｊ］ ． 中国体育 科技，２０００，３６（１）：３６－３９．
当原线圈 Ｎ 中通过磁化电流 Ｉ１ 时， 此电流在圆环内产生磁场。根据安培 环路定律 ＨＬ＝ＮＩ１ 磁场强度的大小为
（１ ）
其中 Ｌ 为圆环的平均周长（磁环 中轴线周长）。如果将电阻 Ｒ １ 上的电 压降 Ｕ１＝Ｉ１Ｒ１（注意：Ｉ １ 和 Ｕ １ 是交变 的 ）， 取 出 来 加 在 示 波 器 Ｘ 偏 转 板 上，则电子束在水平方向的偏移跟磁 化电流 Ｉ １ 成正比，即：
（２ ）
它表明，在交变磁场下，在任一
瞬间 ｔ ，如果将电压 Ｕ １ 接到示波器 Ｘ 轴输入端，则电子束在水平方向偏转
正比于励磁场强度 Ｈ 。（
）
为了获得跟样品中磁感应强度瞬时
值 Ｂ 成正比的电压 Ｕ２，采用电阻 Ｒ２ 和 电容 Ｃ 组成的积分电路，并将电容 Ｃ
两端的电压 Ｕ ２ 接到示波器 Ｙ 轴输入 端。因交变的磁场 Ｈ 在样品中产生交
另外，减少训练量，改变环境，积极的 表象训练和积极评价， 制定比赛和训练 的短期目标， 帮助运动员建立良好的社 会支持以及培养运动员的业余爱好和社 交活动能力等也是减少乒乓球运动员运 动性心理疲劳的有效途径。诚然， 教练 员可以根据自己的实际情况， 有选择地 采用这些方法， 也可以将这些方法综合 使用。
（６ ）
磁材料的磁导率 ｕ＝Ｂ／Ｈ 不是常数，与 外磁场 Ｈ 有关，当 Ｈ 增大到某一值
（这表示输出电压是感应电动势ε 时，Ｂ 并不沿原来的磁化曲线减小，而 是沿图中 ａｂ 曲线下降，具有一定的滞 后 性 （ 磁 滞 效 应 ）， 最 为 突 出 表 现 为 Ｈ 降到零（图中的 ｂ 点）时，Ｂ ≠ ０，Ｂ 的值仍接近饱和值，与 ｂ 点对应 的 Ｂ 值，称为剩余磁感应强度 Ｂｒ （剩 磁）。当加反向磁化场 Ｈ 时，Ｂ 随之 减小，当反向磁化场达到某一值（如 图中 ｃ 电）时，Ｂ ＝ ０ ，与 ｏ ｃ 相当的 磁场强度 Ｈｃ 称为矫顽磁力。当反向场 继续增加时，铁磁质中产生反向磁感 应强度，并很快达到饱和。逐渐减小 反向磁化场，减到零，再加正向磁化 场时，则磁感应强度沿 ｄｅｆａ 变化，形 成一闭合曲线 ａｂｃｄｅｆａ，这闭合曲线称 为磁滞回线。它的存在是磁滞现象最 重要的表现，磁滞现象是铁磁材料的 又一个重要特征。
作者简介
“ 胖 ”、 窄 “ 瘦 ” 之 分 。 通 常 根 据 磁滞回线的不同将磁铁材料分为软磁材 料、硬磁材料和矩磁材料等。
软磁材料的磁滞回线窄而长，剩 余磁感应强度 Ｂｒ 和矫顽磁力 Ｈｃ 都很 小，其基本特征是磁导率高，易于磁 化及退磁。软铁、硅钢及波莫合金属 于这一类，它们常用来制造变压器及 电机的转子。当铁磁质反复被磁化 时，介质要发热。实验表明，反复 磁化所发生的热与磁滞回线包围的面积 成正比，变压器选用软磁材料就是考 虑了这一点。