磁電效應

磁電效應，包括磁場的電效應和狹義的磁電效應。磁場的電效應是指磁場對通有電流的物體引起的電效應，如磁阻效應和霍耳效應；狹義的磁電效應是指物體由電場作用產生的磁化效應或由磁場作用產生的電極化效應如電致磁電效應或磁致磁電效應。外加磁場後，由磁場作用引起物質電阻率的變化。對於非鐵磁性物質，外加磁場通常使電阻率增加，即產生正的磁阻效應。在低溫和強磁場條件下，這效應顯著。對於單晶，電流和磁場相對於晶軸的取向不同時，電阻率隨磁場強度的改變率也不同，即磁阻效應是各向異性的。

基本介紹

• 中文名：磁電效應
• 外文名：Magnetoelectric
• 包括：磁場的電效應和狹義的磁電效應
• 性質：各向異性

磁阻效應

鐵磁體在居里溫度以下，其磁阻效應與非鐵磁體的不同。以圖1給出的多晶鎳棒的實驗數據為例。在弱磁場下的技術磁化區，電阻率的相對變化（圖2）有較大的值。電流與磁場平行時（圖3）具有正號。而電流與磁場垂直時具有負號。在順磁磁化過程存在的強磁場區（圖4）和（圖5）都伴隨真實磁化強度增加而減少。

圖1

鐵磁單晶的磁阻效應也是各向異性的（圖6），值的大小與電流和磁化強度相對於晶軸的取向有關。

霍耳效應

霍爾效應是磁電效應的一種，這一現象是霍爾（A.H.Hall，1855—1938）於1879年在研究金屬的導電機構時發現的。後來發現半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這現象製成的各種霍爾元件，廣泛地套用於工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾係數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。

磁體發電

流體中的霍爾效應是研究“磁流體發電”的理論基礎。

1）在要求得到良好動態特性的裝置上使用時，最好用單根銅鋁母排並與孔徑吻合，以大代小或多繞圈數，均會影響動態特性。

（2）電壓感測器必須按產品說明在原邊串入一個限流電阻R1，以使原邊得到額定電流，在一般情況下，2倍的過壓持續時間不得超過1分鐘。

（3）原邊電流母線溫度不得超過85℃，這是ABS工程塑膠的特性決定的，用戶有特殊要求，可選高溫塑膠做外殼。

（4）感測器的磁飽和點和電路飽和點，使其有很強的過載能力，但過載能力是有時間限制的，試驗過載能力時，2倍以上的過載電流不得超過1分鐘。

（5）電流電壓感測器的最佳精度是在原邊額定值條件下得到的，所以當被測電流高於電流感測器的額定值時，應選用相應大的感測器；當被測電壓高於電壓感測器的額定值時，應重新調整限流電阻。當被測電流低於額定值1/2以下時，為了得到最佳精度，可以使用多繞圈數的辦法。

（6）在大電流直流系統中使用時，因某種原因造成工作電源開路或故障，則鐵心產生較大剩磁，是值得注意的。剩磁影響精度。退磁的方法是不加工作電源，在原邊通一交流並逐漸減小其值。

（7）感測器抗外磁場能力為：距離感測器5～10cm一個超過感測器原邊電流值2倍的電流，所產生的磁場干擾可以抵抗。三相大電流布線時，相間距離應大於5～10cm。

（8）為了使感測器工作在最佳測量狀態，應使用圖1－10介紹的簡易典型穩壓電源。

（9）絕緣耐壓為3KV的感測器可以長期正常工作在1KV及以下交流系統和1.5KV及以下直流系統中，6KV的感測器可以長期正常工作在2KV及以下交流系統和2.5KV及以下直流系統中，注意不要超壓使用。

（10）電流感測器必須根據被測電流的額定有效值適當選用不同的規格的產品。被測電流長時間超額，會損壞末極功放管（指磁補償式），一般情況下，2倍的過載電流持續時間不得超過1分鐘。

在磁場中，通有電流的物體，沿著垂直於與電流和磁場方向產生電場，導致出現電位差的現象。原因是由於運動載流子受到磁場的作用。

霍耳效應產生的霍耳電場與電流密度J、磁通密度B的關係為

E=RH（B×J）， （1）

式中RH稱為霍耳係數。與導體的電導率σ、載流子的遷移率μ有如下關係

（圖7）。 （2）

圖7

對鐵磁物質，霍耳電場E由樣品的磁化強度M決定

E=RI（M×J）， （3）

式中鐵磁體的霍耳係數RI一般比非鐵磁體的霍耳係數RH大。除此之外，鐵磁體、亞鐵磁體和反鐵磁體的霍耳係數與溫度的依賴關係表現出很多反常現象。

狹義的磁電效應 　在一些磁性物質內，可能產生與外加電場E成正比的磁化強度M或與外加磁場H成正比的電極化強度P,這種現象統稱作磁電效應。前者稱作電致磁電效應，後者稱作磁致磁電效應。

當同時外加電場E和磁場H時， 物體的磁化強度M、極化強度P和E、H二者有關

（圖8）, （4a）

圖8

, （4b）

其中Ⅹm、Ⅹe分別為材料的磁化率和電極化率，αme和αem則分別為材料的磁致磁電化率和電致磁電化率。其中Ⅹm、Ⅹe、αme、αem通常都是張量。

Л。Д。朗道和E.М。栗弗席茲根據熱力學和對稱性理論預言，在自旋有序的磁性物質內，可能存在磁電效應。1960年 Д。 H.阿斯特羅夫最先在實驗中觀察到反鐵磁體Cr2O3單晶的電致磁電效應。1961年G.T.拉多和V.J.福倫又觀察到Cr2O3單晶的磁致磁電效應。圖2給出Cr2O3單晶的電致磁電化率隨溫度變化的實驗數據與理論計算結果的比較。當溫度升高到磁有序溫度以上時，Cr2O3晶體由反鐵磁性轉變為順磁性後，磁電效應隨之消失。其中（αem）〃和（αme）寑指外加電場平行和垂直於Cr2O3的三角晶軸時的電致磁電化率。

磁電效應

磁電效應

在Cr2O3晶體中觀察到磁電效應之後，人們又在很多具有一定晶體對稱性的反鐵磁物質內觀察到磁電效應。