發(fā)布時(shí)間:2020-04-24
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磁性來源:
磁性來源于原子中電子的運(yùn)動(dòng)。
我們知道,物質(zhì)是由原子組成的,而原子又是由原子核和核外電子組成的。原子核和電子均由于運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生磁矩,但原子核的磁矩遠(yuǎn)小于電子磁矩,所以原子磁矩主要來源于電子磁矩,并且電子磁矩有包括電子軌道磁矩和電子自旋磁矩。見圖示:
磁性來源于原子中電子的運(yùn)動(dòng)
量子力學(xué)表明,原子的核外一般分布有若干個(gè)電子,并且當(dāng)電子分布在幾個(gè)層次上時(shí),由于內(nèi)層電子之間的磁矩相互抵消,所以只有外層電子才對原子磁矩起作用。而只有3d過渡族金屬和La系稀土金屬等一些元素在一部分電子磁矩抵消以后,還剩余一部分電子磁矩沒有被抵消。這樣,這些元素原子具有總的原子磁矩。
在此基礎(chǔ)之上,由于"交換作用"的機(jī)理,這些原子磁矩得以按相同方向整齊排列起來,整個(gè)物體也就有了磁性。當(dāng)然,抵消以后由于原子磁矩大小的不同,最終磁體顯示的磁性強(qiáng)弱也不同。
自發(fā)磁化:
當(dāng)原子核外電子的自旋磁矩不能相互抵消時(shí),便會(huì)產(chǎn)生原子磁矩。同時(shí),如果在交換作用下,所有原子的磁矩能按一個(gè)方向整齊排列時(shí),物體才會(huì)對外顯示磁性,成為磁性材料。這種原子磁矩的整齊排列現(xiàn)象,就稱為自發(fā)磁化。見圖示:
自發(fā)磁化
·磁疇:
所謂磁疇,是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。磁疇內(nèi)原子磁矩一致整齊排列。在材料未被磁化時(shí),磁疇之間原子磁矩方向各不相同。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后,它才能對外顯示出磁性。實(shí)際的磁性材料中,磁疇形貌五花八門,如條形疇、樹枝狀疇等。
既然磁疇內(nèi)部的磁矩排列是整齊的,那么在磁疇壁處原子磁矩又是怎樣排列的呢?在疇壁的一側(cè),原子磁矩指向某個(gè)方向,假設(shè)在疇壁的另一側(cè)原子磁矩方向相反。那么,在疇壁內(nèi)部,原子磁矩必須成某種形式的過渡狀態(tài)。實(shí)際上,疇壁由很多層原子組成。為了實(shí)現(xiàn)磁矩的轉(zhuǎn)向,從一側(cè)開始,每一層原子的磁矩都相對于磁疇中的磁矩方向偏轉(zhuǎn)了一個(gè)角度,并且每一層的原子磁矩偏轉(zhuǎn)角度逐漸增大,到另一側(cè)時(shí),磁矩已經(jīng)完全轉(zhuǎn)到和這一側(cè)磁疇的磁矩相同的方向。見圖示:
磁疇
N極:
小磁針被自由放置時(shí),指向地磁場北極的磁極稱為北極(N極)。
順磁性材料:
磁導(dǎo)率略大于1的材料。
鐵磁材料:
磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于1(幾十到幾千)且顯示磁滯現(xiàn)象的材料。
永磁材料:
具高矯頑力的磁性材料。永磁材料磁化時(shí)需較強(qiáng)的外磁場,且被磁化后磁性不容易消失,可對外部空間提供穩(wěn)定磁場。關(guān)于釹鐵硼永磁體常用的衡量指標(biāo)有以下四種:
剩磁(Br) 單位為特斯拉(T)和高斯(Gs) 1T=10000Gs
將一個(gè)磁體在外磁場的作用下充磁到技術(shù)飽和后撤消外磁場,此時(shí)磁體表現(xiàn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度我們稱之為剩磁。它表示磁體所能提供的最大的磁通值。從退磁曲線上可見,它對應(yīng)于氣隙為零時(shí)的情況,故在實(shí)際磁路中沒有多少實(shí)際的用處。釹鐵硼的剩磁一般是11500高斯以上。
磁感矯頑力(Hcb) 單位是奧斯特(Oe)或安/米(A/m) 1A/m=79.6Oe
磁體在反向充磁時(shí),使磁感應(yīng)強(qiáng)度降為零所需反向磁場強(qiáng)度的值稱之為磁感矯頑力(Hcb)。但此時(shí)磁體的磁化強(qiáng)度并不為零,只是所加的反向磁場與磁體的磁化強(qiáng)度作用相互抵消。(對外磁感應(yīng)強(qiáng)度表現(xiàn)為零)此時(shí)若撤消外磁場,磁體仍具有一定的磁性能。釹鐵硼的矯頑力一般是10000Oe以上。
內(nèi)稟矯頑力(Hcj) 單位為奧斯特(Oe)或安/米(A/m)
使磁體的磁化強(qiáng)度降為零所需施加的反向磁場強(qiáng)度,我們稱之為內(nèi)稟矯頑力。內(nèi)稟矯頑力是衡量磁體抗退磁能力的一個(gè)物理量,是表示材料中的磁化強(qiáng)度M退到零的矯頑力。在磁體使用中,磁體矯頑力越高,溫度穩(wěn)定性越好。
磁能積((BH)max ) 單位為兆高·奧(MGOe)或焦/米3(J/m3)
退磁曲線上任何一點(diǎn)的B和H的乘積既BH我們稱為磁能積,而B×H的最大值稱之為最大磁能積,為退磁曲線上的D點(diǎn)。磁能積是恒量磁體所儲(chǔ)存能量大小的重要參數(shù)之一。在磁體使用時(shí)對應(yīng)于一定能量的磁體,要求磁體的體積盡可能小。
各向同性磁體:
任何方向磁性能都相同的磁體。
各向異性磁體:
不同方向上磁性能會(huì)有不同;且存在一個(gè)方向,在該方向取向時(shí)所得磁性能最高的磁體。燒結(jié)釹鐵硼永磁體是各向異性磁體。
取向方向:
各向異性的磁體能獲得最佳磁性能的方向稱為磁體的取向方向。也稱作"取向軸","易磁化軸"。
磁滯回線:
鐵磁材料在經(jīng)過充磁、退磁、反向充磁、再退磁周期性變化時(shí),所獲得的關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度(橫坐標(biāo))相對于磁場強(qiáng)度(縱坐標(biāo))變化的閉合曲線。見圖示:
磁滯回線
退磁曲線(即B-H曲線):
磁滯回線中,位于第二象限中的部分我們稱之為退磁曲線。也即我們所說的B-H的曲線。如圖所示:
退磁曲線(即B-H曲線)
退磁曲線的膝點(diǎn):
磁體退磁曲線上發(fā)生突變、明顯發(fā)生彎曲的點(diǎn)。室溫時(shí)退磁曲線呈直線的磁體,在溫度升高到一定程度時(shí)都會(huì)出現(xiàn)膝點(diǎn)。如果磁體的工作點(diǎn)在膝點(diǎn)以下,磁體在動(dòng)態(tài)磁路中工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生不可逆損失。
負(fù)載線:
連接工作點(diǎn)和退磁曲線坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線(見上圖)。
磁化強(qiáng)度:
指材料內(nèi)部單位體積的磁矩矢量和,用M表示,單位是安/米(A/m)。
磁感應(yīng)強(qiáng)度:
磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義是:B=μ0(H+M),其中H和M分別是磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度,而μ0是真空導(dǎo)磁率。磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱為磁通密度,即單位面積內(nèi)的磁通量。單位是特斯拉(T)。 CGS 單位制中的單位為高斯(Gauss)。
磁通:
給定面積內(nèi)的總磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻分布于磁體表面A時(shí),磁通?的一般算式為? =B×A。磁通的SI單位是麥克斯韋。
漏磁通:
磁體回路中未能通過工作氣隙而被泄漏的那部分磁通。
磁場強(qiáng)度:
指空間某處磁場的大小,用H表示,它的單位是安/米(A/m)。
相對磁導(dǎo)率:
媒介磁導(dǎo)率相對于真空磁導(dǎo)率的比值,即μr = μ/μo。在CGS單位制中,μo=1。另外, 空氣的磁導(dǎo)率在實(shí)際使用中往往值取為1。
磁導(dǎo):
磁通Φ與磁動(dòng)勢F的比值,類似于電路中的電導(dǎo)。是反映材料導(dǎo)磁能力的一個(gè)物理量。
磁導(dǎo)系數(shù),Pc :
即為導(dǎo)磁率,磁感應(yīng)強(qiáng)度Bd與其磁化強(qiáng)度的比率,即Pc = Bd/Hd。也即我們所說的"負(fù)載線"或磁體的工作點(diǎn)。導(dǎo)磁率可用來衡量磁性材料被磁化的容易程度,或者說是材料對外部磁場的靈敏程度。磁導(dǎo)系數(shù)可用來估計(jì)各種條件下的磁通值。在磁路中,近似有:Bd/Hd = lm/Lg,其中l(wèi)m是磁體的長度;Lg是相對應(yīng)磁體氣隙的長度。因此Pc是磁路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的物理量。
居里溫度:
對于所有的磁性材料來說,并不是在任何溫度下都具有磁性。一般地,磁性材料具有一個(gè)臨界溫度Tc,在這個(gè)溫度以上,由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng),原子磁矩的排列由有序變成無序。在此溫度以下,原子磁矩一致排列,產(chǎn)生自發(fā)磁化,材料呈鐵磁性。
磁路:
磁通流經(jīng)的回路稱為磁路。永磁體和磁軛、氣隙、極靴等構(gòu)成閉合磁路。
氣隙:
磁回路中磁導(dǎo)率為1的間隙部分,一般為空氣間隙,但是也可為其它介質(zhì)。
氣隙長度-Lg:
磁路中氣隙的長度。
磁動(dòng)勢-F:
它是磁路中任意兩點(diǎn)間磁勢的差值,類似于電路中的電壓。
磁阻-R:
磁動(dòng)勢與磁通的比值稱為磁阻,即R= F/? (類似于歐姆定律),其中F是磁動(dòng)勢,? 是磁通(CGS單位制)。類同于電路中的電阻。
磁軛:
放置在磁體回路或兩磁極中心、引導(dǎo)磁力線通過以減少磁通損失的高磁導(dǎo)率材料,一般為軟磁鐵、純鐵或低碳鋼。
極靴:
放置在磁極處的用來約束磁束的分布及改變其流向的鐵磁性材料。
渦流:
當(dāng)磁場發(fā)生變化時(shí),傳導(dǎo)電流之中所產(chǎn)生的環(huán)形電流稱之為渦流。渦流能產(chǎn)生反向磁場。渦流對于轉(zhuǎn)動(dòng)速度或者其它大多數(shù)磁路設(shè)計(jì)都是有害的,故渦流應(yīng)盡量降低到最小。
磁飽和度:
任何可導(dǎo)磁材料在一定條件下都可達(dá)到飽和的狀態(tài)。鐵磁材料在將其磁化時(shí)會(huì)達(dá)到飽和。鋼鐵的磁飽和度為16000到20000高斯。
穩(wěn)定性:
是衡量磁體抗退磁能力的物理量;影響磁體穩(wěn)定性的因素有溫度或外磁場等。
可逆溫度系數(shù):
一個(gè)衡量由溫度變化引起的磁性能可逆變化的物理量。
不可逆損失:
磁體由于外磁場或其它因素引起的局部退磁,這部分損失僅僅在重新磁化時(shí)才能被恢復(fù)。