1. 磁化強(qiáng)度 M
除式 B=μ0H 描述的真空介質(zhì)外,其他介質(zhì)的關(guān)系為:B = μ0(H+M)……….…(2.15) ,式中,M是磁化強(qiáng)度矢量。在這種關(guān)系中,μ0H 代表外部源的貢獻(xiàn),μ0M 代表了磁性材料內(nèi)部的貢獻(xiàn)。由此可得,即使外部磁場(chǎng)強(qiáng)度等于零,材料本身依然可以產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度,因?yàn)樗驯淮呕ㄗ陨幕蛞蛑氨淮呕?/p>
假定每種磁化材料包括大量的基本磁偶極子,磁偶極子由電子圍繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)或自旋轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。這些磁偶極子由磁矩 m 表示。在材料完全退磁的情況下,平均磁矩平衡,由此產(chǎn)生的磁化為零。如果材料被磁化,其磁化強(qiáng)度 M 等于
磁化強(qiáng)度定義為單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和,單位和磁場(chǎng)強(qiáng)度同為A/m。
2. 磁極化強(qiáng)度J
早期的文獻(xiàn)中,磁性材料由磁感應(yīng)強(qiáng)度B描述。最近,許多標(biāo)準(zhǔn)推薦磁場(chǎng)極化強(qiáng)度J替代磁感應(yīng)強(qiáng)度B:
J = B-μ0H……………………………………………(2.17)
所以,磁場(chǎng)極化強(qiáng)度等于μ0M。因此在軟磁材料典型應(yīng)用中,磁場(chǎng)強(qiáng)度的值通常是不大于1kA/m,μ0為4π×10-7Wb/Am,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B和極化強(qiáng)度J之間區(qū)別極小。在硬磁性材料方面,這種區(qū)別確實(shí)顯著的,通常給出B=f(H)和J=f(H)這兩種關(guān)系。
3. 磁導(dǎo)率 μ
磁性材料磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 之間的關(guān)系為 B=μH…..….….….….….……(2.18),在實(shí)踐中,用這個(gè)關(guān)系描述材料屬性很不方便,通常采用材料磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率比值關(guān)系,即相對(duì)磁導(dǎo)率 μr=μ/μ0,因此式(2.18)可改為:
B=μrμ0H……..………………………………………(2.19)。
從理論上講,磁導(dǎo)率μ是描述磁性材料屬性的最好參數(shù),因?yàn)樗A(yù)示兩個(gè)主要的材料參數(shù)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的直接關(guān)系,但事實(shí)上,情況要復(fù)雜的多,因?yàn)椋?/p>
(1)B和H之間的關(guān)系幾乎總是非線性,因此磁導(dǎo)率取決于工作點(diǎn)(磁場(chǎng)強(qiáng)度的值)。圖2.5 給出電工硅鋼的一個(gè)典型曲線B=f(H)??梢钥闯?,相對(duì)磁導(dǎo)率最大值達(dá)到約4000,但是,在高磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)其低得多(對(duì)于深度飽和時(shí)其值非常小,實(shí)際上不像是鐵磁材料)。類似地,對(duì)于非常小的磁場(chǎng),初始磁導(dǎo)率也大大減小,因此,固定值磁導(dǎo)率給出的信息僅僅是一個(gè)固定工作點(diǎn)。
(2)材料磁化受其形狀的影響——磁體的磁導(dǎo)率與原材料磁導(dǎo)率可以完全不同。通常,不均勻磁化的磁體我們只能確定其平均值。
(3)大多數(shù)磁性材料是多晶的,材料的磁化方向不同(材料各向異性),磁導(dǎo)率也不同。因此,磁導(dǎo)率應(yīng)該描述成張量形式:
通常我們限定這一穩(wěn)定在二維(2D)情況,但即使2D的磁化也非常復(fù)雜。
(4)磁導(dǎo)率取決于許多其他因素:頻率和諧波(正弦波磁感應(yīng)強(qiáng)度偏差)等。對(duì)于更高的頻率,應(yīng)該考慮磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部(復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率),兩者的關(guān)系為 μ=μ’+jμ’’。因此,從物理學(xué)角度來(lái)看盡管磁導(dǎo)率是一個(gè)非常有用的參數(shù),但在技術(shù)應(yīng)用方面,應(yīng)用磁化曲線作為磁化過(guò)程的描述更加合理。盡管如此,在某些應(yīng)用過(guò)程中,磁導(dǎo)率還是最重要的因素。例如,電磁屏蔽設(shè)計(jì)(磁導(dǎo)率值越高,屏蔽效果越好)、磁選礦機(jī)設(shè)計(jì)。在這些設(shè)備上,盡可能使用最高磁導(dǎo)率的磁性材料。目前,鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率可高達(dá)100 萬(wàn)。表2.2 給出了一些相對(duì)磁導(dǎo)率大的典型工業(yè)用鐵磁材料。