磁化曲線

磁化曲線是表示物質中的磁場強度H與所感應的磁感應強度B或磁化強度M之間的關係。

基本介紹

• 中文名：磁化曲線
• 外文名：magnetization curve
• 拼音：ci hua qu xian
• 專業：物理學
• 解釋：鐵磁材料在磁化過程中B與H的關係
• 分類：硬磁性/軟磁性曲線

圖形概念

用圖形來表示某種鐵磁材料在磁化過程中磁感強度B與磁場強度H之間關係的一種曲線，又叫B-H曲線。這種曲線可以通過實驗方法測得。B與H之間存在著非線性關係。當H逐漸增大時，B也增加，但上升緩慢（oa段）。當H繼續增大時，B急驟增加，幾乎成直線上升（ab段），當H進一步增大時，B的增加又變得緩慢，達到c點以後，H值即使再增加，B卻幾乎不再增加，即達到了飽和。不同的鐵磁材料有著不同的磁化曲線，其B的飽和值也不相同。但同一種材料，其B的飽和值是一定的。

在常溫及通常的磁場強度下，弱磁性（包括抗磁、順磁、反鐵磁物質或強磁物質在居里溫度以上的情況）物質的磁化曲線為通過原點的直線，且其值遠小於強磁物質。強磁物質（包括鐵磁及亞鐵磁物質）在居里溫度以下時，磁化曲線較為複雜，通常為一曲線，如下圖（強磁體的起始磁化曲線和無磁滯磁化曲線）所示，其值遠大於弱磁性的數值，且易於達到趨近飽和的狀態，如曲線上部接近水平部分。強磁性物質的另一特點是磁化曲線既隨材料及其外界條件而異，還依賴於所經歷的磁狀態的歷史。一般不是單值函式（見磁滯回線）。因此有必要按測量方法定義強磁性的磁化曲線，以便對不同材料的磁化曲線進行比較。

磁化曲線

圖形解釋

① 起始磁化曲線。原處於磁中性狀態（H=0，B=0）的強磁性物質，當受到一方向不變數值作單調增大的磁場作用時得到的磁化曲線，如圖（強磁體的起始磁化曲線和無磁滯磁化曲線）。

②正常（或基本或換向）磁化曲線。從磁中性狀態開始,在由小到大，不同大小的正負最大磁場的反覆作用下，可得到一系列由小到大的正常磁滯回線。這些正常回線的頂點的軌跡稱為正常（或基本或換向）磁化曲線，如圖2（強磁體的正常磁化曲線）所示。它和起始磁化曲線基本重合，但略陡。

③理想或無磁滯磁化曲線。強磁物質的磁化主要是通過疇壁位移及磁疇轉動過程進行的。這兩種過程都受到物質內力或內力矩的阻滯。這種阻滯作用不僅使磁化需要一定數值的外加磁場，而且導致不可逆疇壁位移及不可逆轉動，因而導致磁滯。若在一穩定恆場下磁化時，疊加一個起始振幅很大（一般大於極限磁滯回線的最大磁場）而逐步減小為零的交變磁場，則所獲得的磁化強度及磁感應強度 的數值要比沒有交變場疊加時大得多這樣測得的磁化曲線比上述兩種陡得多，而且不表現磁滯現象，稱為理想或無磁滯磁化曲線，如圖（強磁體的起始磁化曲線和無磁滯磁化曲線）和無磁滯磁化曲線。這是因為疊加的逐步減小的交變場使材料完成了不可逆磁化的緣故。這種無磁滯曲線的原理在磁記錄中有所套用。此外若磁化時伴隨著機械振動或溫度升高，也可以提高磁化，因為機械振動和溫度上升有助於完成不可逆磁化。中國古代就曾利用升溫效應在地磁場下使指南針得到磁化。

與前兩種磁化曲線相比，無磁滯磁化曲線上的M最高，起始磁化曲線的M最低，正常磁化曲線的M稍高但很接近於起始磁化曲線。

④交流磁化曲線 。上述3種磁化曲線是基本的，它們都是靜態磁化曲線。強磁材料在交變磁場下的磁化特性因磁滯、渦流和趨膚效應以及磁後效應的存在而更為複雜。這些特性不僅取決於材料的磁性能，而且與材料的厚度（片狀的）和直徑（線狀的）、交變磁場的頻率、電導率、激勵波形等有關。這樣就有多種多樣的交流磁化曲線。但這時測得的“磁化曲線”已不是材料的內稟B-H曲線，而只是在特定條件下獲得的某種等效的磁化特性。這樣的每一種材料的交流磁化特性只適用於該種材料在與其測試條件一致的場合。

圖2

磁化曲線及其性質

（一）弱磁質

弱磁質分抗磁質和順磁質，其磁化曲線性質為抗磁質和順磁質。

1．抗磁質

（1）磁化曲線：B—B₀曲線為如圖所示μ_r<1的直線。

磁化線

（2）性質：線性、單值，斜率k=μ_r<1。

2．順磁質
（1）磁化曲線：B—B₀曲線為如圖所示μ_r>1的直線。

（2）性質：線性、單值，斜率k=μ_r>1。

（二）強磁質（鐵磁質）

1．磁化曲線

實驗測得磁化曲線即B—B₀曲線如圖所示。

2．性質
（1）非線性和多值，即一個B₀對應多個；

（2）存在磁滯現象，即B₀=0，B≠0，B的變化滯後於B₀的變化；

B—B0曲線

（3）存在矯頑力：矯頑力是使B=0所加的反向磁感大小，即B₀=〡B_c〡，〡B_c〡稱為矯頑力；

（4）存在居里點：即隨著溫度增加，鐵磁質的磁化性質隨之減弱，當溫度到達某一數值T_c時，這個溫度就稱為居里點，即T=T_c時，鐵磁質轉化為順磁質；

（5）由鐵磁質磁化的多值性，相對磁導率是不確定的，不過通常用作鐵芯的鐵磁質都是軟磁質，即矯頑力B_c很小的鐵磁質，這樣上圖中的C、G兩點近似認為是重合的，磁化曲線就變成一條單值的曲線，這樣仍可以定義鐵磁質的相對磁導率為

μ_r=B/B₀
顯然，它不再是常量。

磁材料的磁化曲線

如將完全無磁狀態的鐵磁物質放在磁場中，磁場強度從零逐漸增加，測量鐵磁物質的磁通密度B，得到磁通密度和磁場強度H之間關係，並用B-H曲線表示，該曲線稱為磁化曲線，如圖曲線C所示。沒有磁化的磁介質中的磁疇完全是雜亂無章的，所以對外界不表現磁性（圖a）。當磁介質置於磁場中，外磁場較弱時，隨著磁場強度的與外磁場方向相差不大的那部分磁疇逐漸轉向外磁場方向（圖b），磁感應B隨外磁場增加而增加（圖e中oa段）。如果將外磁場H逐漸減少到0時，B仍能沿ao回到0，即磁疇發生了“彈性”轉動，故這一段磁化是可逆的。

鐵磁物質的磁化特性

曲線1

磁性材料是由鐵磁性物質或亞鐵磁性物質組成的，在外加磁場H作用下 ，必有相應的磁化強度M 或磁感應強度B，它們隨磁場強度H 的變化曲線稱為磁化曲線（M～H或B～H曲線）。磁化曲線一般來說是非線性的，具有2個特點：磁飽和現象及磁滯現象。即當磁場強度H足夠大時，磁化強度M達到一個確定的飽和值Ms，繼續增大H，Ms保持不變；以及當材料的M值達到飽和後，外磁場H降低為零時，M並不恢復為零，而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態相當於M～H曲線或B～H曲線上的某一點，該點常稱為工作點。

曲線2

WC-Co（鎢鈷）硬質合金中含有鐵磁質Co，因此，它具有鐵磁質的磁性特性。
鐵磁質的磁性，和它的固體結構狀態相關。在鐵磁質中存在許多自發地飽和磁化的小區域，每個這樣的小區域，相當於自發磁化的小永磁體，具有相當大的磁距，這些小區域稱為磁疇。磁疇的形成是由於電子間的“交換作用”，使相鄰原子的電子字旋磁距自發有序地排列整齊，或者說，與電子自旋運動等效的分子電流按一定方向排列整齊。在沒有外磁場作用時，各磁疇其分子電流的取向則是完全混亂，相互抵消，鐵磁質的總磁距為零，因此，對外不表現磁性。
WC-Co硬質合金的磁導率（μ）不是一個常數，隨磁場強度的改變而改變，因此，硬質合金的磁化強度隨磁場強度的變化是一條曲線，稱為磁化曲線。當磁場強度從零逐漸增大時，磁疇在磁場作用下，迅速沿外磁場方向排列，磁化強度也逐漸增大，磁場強度越大，磁疇排列越整齊，磁化強度也越大。
由於WC-Co硬質合金中含Co量不同，添加元素不同，雜質元素不同等，都構成一種特定的硬質合金，每一種特定牌號的WC-Co硬質合金都有自己特定的磁化曲線。

用途

強磁物質用途很廣，其磁化方式及磁化曲線也多種多樣。例如在振幅由小到大的交變場作用下的動態回線的頂點的連線稱為交流磁化曲線，它隨頻率而變。