第三节 磁化和反复磁化

为什么铁心线圈比同样的空心线圈能大大增强磁场呢？

一、什么是磁化

铁磁物质结构上有一个特点：它的内部存在着大量磁畴。所谓磁畴，就是由分子电流形成的磁性小区域。在没有外磁场作用时，如图3-2a所示，这些磁畴的排列取向极不规则，因此宏观对外不显磁性；而在外磁场作用时，如图3-2b所示，磁畴做定向排列，与外磁场方向一致，从而产生很强的附加磁场。这个附加磁场与外磁场叠加起来，就使通电线圈的磁场大大增强，这种现象称为磁化。由此可见，磁畴是铁磁物质磁化的内在根据，而外磁场则是磁化的外部条件。

铁磁物质的B随H而变化的曲线称为磁化曲线，又称B-H曲线。

图3-3所示为测定磁化曲线的实验电路。将待测的铁磁物质制成圆环形，线圈密绕于环上，励磁电流由电流表测得，磁通由磁通表测得。

实验前，待测的铁心是去磁的（即当H=0时，B=0）。实验开始，接通电路，使电流I由零逐渐增加，即H由零逐渐增加，B随之变化。以H为横坐标、B为纵坐标，将多组B-H对应值逐点测绘出来的磁化曲线如图3-4所示。由图可见，B与H的关系是非线性的，即不是常数。

磁化曲线大致可分为四段：当H从零开始增加时，B随之增大（曲线O-1段）；H继续增大时，B急剧上升（1-2段），这是由于磁畴在外磁场作用下，迅速依外磁场的指向排列，故B值增加很快，这时μ值较大；在曲线2-3段，因为大部分磁畴已转到外磁场方向，所以随着H的增大B值的增强已渐缓慢，μ值逐渐减小，这一段通常称为磁化曲线的膝部：在曲线3-4段，因磁畴已几乎全部转到外磁场方向，故H值增加时B值基本上不再增加了，这时B值已达到饱和值B_m。通常B_m约为0.8~1.8T，随材料的不同而异。电机和变压器的铁心通常都工作在曲线的膝部，即接近于饱和状态。

各种铁磁材料的磁化曲线可从电工手册中查得。图3-5所示为几种常见铁磁材料的磁化曲线，由图可见，在同一H值作用下，电工钢片（即硅钢片）的B值最大。

二、什么是反复磁化

铁磁物质还有一些磁的性能需在反复磁化的过程中才显示出来。所谓反复磁化，就是指铁磁物质在大小和方向做周期性变化的外磁场作用下进行磁化。在反复磁化的过程中，先是H从零开始增大，B随之增大，直到B达到饱和值，即绘出如图3-4所示的磁化曲线，称为起始磁化曲线。当B已达饱和值后，将H从最大值H_m逐渐减小，B也随之减小，但在这个去磁过程中，B值并非循着原来的曲线（Oa）衰减，而是沿着另一条位置较高的曲线ab下降，如图3-6所示。这说明，去磁过程中的B值，比磁化过程中同一H值所对应的B值要大一些。这种B值变化落后于H值变化的现象称为磁滞。磁滞现象表明铁磁物质具有保持既有磁性的倾向。当H值回到0时，B仍然保留某一量值，记作B,称为该铁磁物质的剩磁感应，简称剩磁，它相当于图3-6中的b点；当B值反向由0增大到适当的数值（图3-6中的c点），B值下降为0，这时的磁场强度（H_C）称为矫顽磁力；随着反向H值的继续增大，就会使B值反向并由0增大至反向的饱和值；然后再将反向的H值减小，即反向去磁，B值将出现反向剩磁。铁磁物质经过多次这样磁化、去磁、反向磁化、反向去磁的过程，B-H的关系将沿着一条闭合曲线abcdefa周而复始地变化，这条闭合曲线称为磁滞回线。

在上述反复磁化的过程中，铁磁物质内部的磁畴来回翻转，要消耗一些能量，这些能量转变为热能，称为磁滞损耗。理论与实践证明，磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗也越大。磁滞损耗是引起铁心发热的原因之一，因而电机、变压器等电气设备的铁心应采用磁滞损耗较小的铁磁物质。

工程上应用的铁磁材料按磁性能和用途可分为三类。

1．软磁性材料

它的特点是剩磁和矫顽磁力都很小。其磁滞回线狭长，磁滞特性不显著。图3-7所示为软磁性材料的磁滞回线，它包围的面积狭小，磁滞损耗小，常用于电机、变压器、电磁铁中。如纯铁、硅钢、坡莫合金、软磁铁氧体等都是软磁性材料。

2．硬磁性材料

它的特点是剩磁和矫顽磁力都大。其磁滞回线较宽，磁滞特性显著。图3-8所示为硬磁性材料的磁滞回线。硬磁性材料适宜于制造永久磁铁，广泛用于各种磁电系测量仪表、扬声器、永磁发电机以及通信装置中。如碳钢、钨钢、铝镍合金、铝镍钴合金、硬磁铁氧体等都是硬磁性材料。

3．矩磁性材料

它的特点是受较小的外磁场作用就能达到磁饱和，去掉外磁场后，仍保持磁饱和状态。磁滞回线几乎呈矩形，如图3-9所示。现广泛采用锰-镁或锂-镁矩磁铁氧体制成记忆磁心，它是电子计算机和远程控制设备中存储器的重要元件。计算技术中通常采用二进制计数，只有0、1两个数码，故可利用矩磁材料的两种磁状态（+B_r和-B_r），分别代表这两个数码起到“记忆”作用。