磁电效应

磁场的电效应和狭义的磁电效应

磁电效应，包括磁场的电效应和狭义的磁电效应。磁场的电效应是指磁场对通有电流的物体引起的电效应，如磁阻效应和霍耳效应；狭义的磁电效应是指物体由电场作用产生的磁化效应或由磁场作用产生的电极化效应如电致磁电效应或磁致磁电效应。外加磁场后，由磁场作用引起物质电阻率的变化。对于非铁磁性物质，外加磁场通常使电阻率增加，即产生正的磁阻效应。在低温和强磁场条件下，这效应显著。对于单晶，电流和磁场相对于晶轴的取向不同时，电阻率随磁场强度的改变率也不同，即磁阻效应是各向异性的。

磁阻效应

铁磁体在居里温度以下，其磁阻效应与非铁磁体的不同。以图1给出的多晶镍棒的实验数据为例。在弱磁场下的技术磁化区，电阻率的相对变化（图2）有较大的值。电流与磁场平行时（图3）具有正号。而电流与磁场垂直时具有负号。在顺磁磁化过程存在的强磁场区（图4）和（图5）都伴随真实磁化强度增加而减少。

铁磁单晶的磁阻效应也是各向异性的（图6），值的大小与电流和磁化强度相对于晶轴的取向有关。

霍尔效应

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。

磁体发电

流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。

（1）在要求得到良好动态特性的装置上使用时，最好用单根铜铝母排并与孔径吻合，以大代小或多绕圈数，均会影响动态特性。

（2）电压传感器必须按产品说明在原边串入一个限流电阻R1，以使原边得到额定电流，在一般情况下，2倍的过压持续时间不得超过1分钟。

（3）原边电流母线温度不得超过85℃，这是ABS工程塑料的特性决定的，用户有特殊要求，可选高温塑料做外壳。

（4）传感器的磁饱和点和电路饱和点，使其有很强的过载能力，但过载能力是有时间限制的，试验过载能力时，2倍以上的过载电流不得超过1分钟。

（5）电流电压传感器的最佳精度是在原边额定值条件下得到的，所以当被测电流高于电流传感器的额定值时，应选用相应大的传感器；当被测电压高于电压传感器的额定值时，应重新调整限流电阻。当被测电流低于额定值1/2以下时，为了得到最佳精度，可以使用多绕圈数的办法。

（6）在大电流直流系统中使用时，因某种原因造成工作电源开路或故障，则铁心产生较大剩磁，是值得注意的。剩磁影响精度。退磁的方法是不加工作电源，在原边通一交流并逐渐减小其值。

（7）传感器抗外磁场能力为：距离传感器5～10cm一个超过传感器原边电流值2倍的电流，所产生的磁场干扰可以抵抗。三相大电流布线时，相间距离应大于5～10cm。

（8）为了使传感器工作在最佳测量状态，应使用图1－10介绍的简易典型稳压电源。

（9）绝缘耐压为3KV的传感器可以长期正常工作在1KV及以下交流系统和1.5KV及以下直流系统中，6KV的传感器可以长期正常工作在2KV及以下交流系统和2.5KV及以下直流系统中，注意不要超压使用。

（10）电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额，会损坏末极功放管（指磁补偿式），一般情况下，2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟。

在磁场中，通有电流的物体，沿着垂直于与电流和磁场方向产生电场，导致出现电位差的现象。原因是由于运动载流子受到磁场的作用。

霍耳效应产生的霍耳电场与电流密度J、磁通密度B的关系为

E=RH（B×J），（1）

式中RH称为霍耳系数。与导体的电导率σ、载流子的迁移率μ有如下关系

（图7）。（2）

对铁磁物质，霍耳电场E由样品的磁化强度M决定

E=RI（M×J），（3）

式中铁磁体的霍耳系数RI一般比非铁磁体的霍耳系数RH大。除此之外，铁磁体、亚铁磁体和反铁磁体的霍耳系数与温度的依赖关系表现出很多反常现象。

狭义的磁电效应　在一些磁性物质内，可能产生与外加电场E成正比的磁化强度M或与外加磁场H成正比的电极化强度P,这种现象统称作磁电效应。前者称作电致磁电效应，后者称作磁致磁电效应。

当同时外加电场E和磁场H时，物体的磁化强度M、极化强度P和E、H二者有关

（图8）, （4a）

, （4b）

其中Ⅹm、Ⅹe分别为材料的磁化率和电极化率，αme和αem则分别为材料的磁致磁电化率和电致磁电化率。其中Ⅹm、Ⅹe、αme、αem通常都是张量。

Л。Д。朗道和E.М。栗弗席兹根据热力学和对称性理论预言，在自旋有序的磁性物质内，可能存在磁电效应。1960年 Д。 H.阿斯特罗夫最先在实验中观察到反铁磁体Cr2O3单晶的电致磁电效应。1961年G.T.拉多和V.J.福伦又观察到Cr2O3单晶的磁致磁电效应。图2给出Cr2O3单晶的电致磁电化率随温度变化的实验数据与理论计算结果的比较。当温度升高到磁有序温度以上时，Cr2O3晶体由反铁磁性转变为顺磁性后，磁电效应随之消失。其中（αem）〃和（αme）寑指外加电场平行和垂直于Cr2O3的三角晶轴时的电致磁电化率。

磁电效应

在Cr2O3晶体中观察到磁电效应之后，人们又在很多具有一定晶体对称性的反铁磁物质内观察到磁电效应。

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