磁化曲线

物理学名词

磁化曲线是表示物质中的磁场强度H与所感应的磁感应强度B或磁化强度M之间的关系。

图形概念

用图形来表示某种铁磁材料在磁化过程中磁感强度B与磁场强度H之间关系的一种曲线，又叫B-H曲线。这种曲线可以通过实验方法测得。B与H之间存在着非线性关系。当H逐渐增大时，B也增加，但上升缓慢（oa段）。当H继续增大时，B急骤增加，几乎成直线上升（ab段），当H进一步增大时，B的增加又变得缓慢，达到c点以后，H值即使再增加，B却几乎不再增加，即达到了饱和。不同的铁磁材料有着不同的磁化曲线，其B的饱和值也不相同。但同一种材料，其B的饱和值是一定的。

在常温及通常的磁场强度下，弱磁性（包括抗磁、顺磁、反铁磁物质或强磁物质在居里温度以上的情况）物质的磁化曲线为通过原点的直线，且其值远小于强磁物质。强磁物质（包括铁磁及亚铁磁物质）在居里温度以下时，磁化曲线较为复杂，通常为一曲线，如图1（强磁体的起始磁化曲线和无磁滞磁化曲线）所示，其值远大于弱磁性的数值，且易于达到趋近饱和的状态，如曲线上部接近水平部分。强磁性物质的另一特点是磁化曲线既随材料及其外界条件而异，还依赖于所经历的磁状态的历史。一般不是单值函数（见磁滞回线）。因此有必要按测量方法定义强磁性的磁化曲线，以便对不同材料的磁化曲线进行比较。

图形解释

① 起始磁化曲线。原处于磁中性状态（H=0，B=0）的强磁性物质，当受到一方向不变数值作单调增大的磁场作用时得到的磁化曲线。

②正常（或基本或换向）磁化曲线。从磁中性状态开始,在由小到大，不同大小的正负最大磁场的反复作用下，可得到一系列由小到大的正常磁滞回线。这些正常回线的顶点的轨迹称为正常（或基本或换向）磁化曲线，如图2（强磁体的正常磁化曲线）所示。它和起始磁化曲线基本重合，但略陡。

③理想或无磁滞磁化曲线。强磁物质的磁化主要是通过畴壁位移及磁畴转动过程进行的。这两种过程都受到物质内力或内力矩的阻滞。这种阻滞作用不仅使磁化需要一定数值的外加磁场，而且导致不可逆畴壁位移及不可逆转动，因而导致磁滞。若在一稳定恒场下磁化时，叠加一个起始振幅很大（一般大于极限磁滞回线的最大磁场）而逐步减小为零的交变磁场，则所获得的磁化强度及磁感应强度的数值要比没有交变场叠加时大得多这样测得的磁化曲线比上述两种陡得多，而且不表现磁滞现象，称为理想或无磁滞磁化曲线（强磁体的起始磁化曲线和无磁滞磁化曲线）和无磁滞磁化曲线。这是因为叠加的逐步减小的交变场使材料完成了不可逆磁化的缘故。这种无磁滞曲线的原理在磁记录中有所应用。此外若磁化时伴随着机械振动或温度升高，也可以提高磁化，因为机械振动和温度上升有助于完成不可逆磁化。中国古代就曾利用升温效应在地磁场下使指南针得到磁化。

与前两种磁化曲线相比，无磁滞磁化曲线上的M最高，起始磁化曲线的M最低，正常磁化曲线的M稍高但很接近于起始磁化曲线。

④交流磁化曲线。上述3种磁化曲线是基本的，它们都是静态磁化曲线。强磁材料在交变磁场下的磁化特性因磁滞、涡流和趋肤效应以及磁后效应的存在而更为复杂。这些特性不仅取决于材料的磁性能，而且与材料的厚度（片状的）和直径（线状的）、交变磁场的频率、电导率、激励波形等有关。这样就有多种多样的交流磁化曲线。但这时测得的“磁化曲线”已不是材料的内禀B-H曲线，而只是在特定条件下获得的某种等效的磁化特性。这样的每一种材料的交流磁化特性只适用于该种材料在与其测试条件一致的场合。

磁化曲线及其性质

（一）弱磁质

弱磁质分抗磁质和顺磁质，其磁化曲线性质为抗磁质和顺磁质。

1．抗磁质

（1）磁化曲线：B—B0曲线为如图3所示μr<1的直线。

（2）性质：线性、单值，斜率k=μr<1。

2．顺磁质

（1）磁化曲线：B—B0曲线为如图3所示μr>1的直线。

（2）性质：线性、单值，斜率k=μr>1。

（二）强磁质（铁磁质）

1．磁化曲线

实验测得磁化曲线即B—B0曲线如图4所示。

2．性质

（1）非线性和多值，即一个B0对应多个；

（2）存在磁滞现象，即B0=0，B≠0，B的变化滞后于B0的变化；

（3）存在矫顽力：矫顽力是使B=0所加的反向磁感大小，即B0=〡Bc〡，〡Bc〡称为矫顽力；

（4）存在居里点：即随着温度增加，铁磁质的磁化性质随之减弱，当温度到达某一数值Tc时，这个温度就称为居里点，即T=Tc时，铁磁质转化为顺磁质；

（5）由铁磁质磁化的多值性，相对磁导率是不确定的，不过通常用作铁芯的铁磁质都是软磁质，即矫顽力Bc很小的铁磁质，这样图4中的C、G两点近似认为是重合的，磁化曲线就变成一条单值的曲线，这样仍可以定义铁磁质的相对磁导率为

μr=B/B0

显然，它不再是常量。

磁材料的磁化曲线

如将完全无磁状态的铁磁物质放在磁场中，磁场强度从零逐渐增加，测量铁磁物质的磁通密度B，得到磁通密度和磁场强度H之间关系，并用B-H曲线表示，该曲线称为磁化曲线，如图5曲线C所示。没有磁化的磁介质中的磁畴完全是杂乱无章的，所以对外界不表现磁性（图5中（a））。当磁介质置于磁场中，外磁场较弱时，随着磁场强度的与外磁场方向相差不大的那部分磁畴逐渐转向外磁场方向（图5中（b）），磁感应B随外磁场增加而增加（图5中e的oa段）。如果将外磁场H逐渐减少到0时，B仍能沿ao回到0，即磁畴发生了“弹性”转动，故这一段磁化是可逆的。

曲线1

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。

曲线2

WC-Co（钨钴）硬质合金中含有铁磁质Co，因此，它具有铁磁质的磁性特性。

铁磁质的磁性，和它的固体结构状态相关。在铁磁质中存在许多自发地饱和磁化的小区域，每个这样的小区域，相当于自发磁化的小永磁体，具有相当大的磁距，这些小区域称为磁畴。磁畴的形成是由于电子间的“交换作用”，使相邻原子的电子字旋磁距自发有序地排列整齐，或者说，与电子自旋运动等效的分子电流按一定方向排列整齐。在没有外磁场作用时，各磁畴其分子电流的取向则是完全混乱，相互抵消，铁磁质的总磁距为零，因此，对外不表现磁性。

WC-Co硬质合金的磁导率（μ）不是一个常数，随磁场强度的改变而改变，因此，硬质合金的磁化强度随磁场强度的变化是一条曲线，称为磁化曲线。当磁场强度从零逐渐增大时，磁畴在磁场作用下，迅速沿外磁场方向排列，磁化强度也逐渐增大，磁场强度越大，磁畴排列越整齐，磁化强度也越大。

由于WC-Co硬质合金中含Co量不同，添加元素不同，杂质元素不同等，都构成一种特定的硬质合金，每一种特定牌号的WC-Co硬质合金都有自己特定的磁化曲线。

用途

强磁物质用途很广，其磁化方式及磁化曲线也多种多样。例如在振幅由小到大的交变场作用下的动态回线的顶点的连线称为交流磁化曲线，它随频率而变。

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