實驗11 磁滯現象
目的：觀察鐵磁性物質因磁場強度變化而產生的磁滯曲線。
原理：
(a)導磁率(μ)及磁域
導磁率(permeability)是以描述材料被磁化之難易程度，亦即導通磁力線之能力。
材料之化學成分、合金成分、熱處理及冷作狀況與溫度等因素均會影響導磁率大小。
一般導磁率表示為
μo:4π×10-7 H/m，真空導磁率
μr:相對導磁率= ( 材料所產生之磁化程度) ÷( 真空所產生之磁化程度) μ= μ0－μr
對相同材料而言，導磁率並非一個定常數，其與外加磁場強度( H )及磁通密度( B )之比例有關，即B :磁通密度；Tesla = wb / m2 H :磁場強度；A / m 導磁率，μ： B = μ0( 1 + χm) H = μH ( 如圖1 )
μr = 1 ＋χm
圖1 導磁係數(μ)依磁通密度(B)變化的情形
(b)材料磁化特性
(1) 反磁性材料
若材料在強磁場內，其電子群磁矩改變甚微，且感應磁場方向與外加磁場相反，而生斥力者，稱為反磁性材料;例如水、石英、鉍、汞等。
反磁性：if μr ≦ 1 ；χm＜0 ，︱χm︱＜＜ 1
(2) 順磁性材料
若材料在強磁場內，其電子群自旋運動所產生之磁矩會趨向外加磁場方向排列，但此效應甚小，造成磁場方向之磁化程度不大，而表現出順磁特性，例如鋁、氧等。
順磁性：if μr ≧ 1 ；χm＞0 ，︱χm︱＜＜ 1
(3) 鐵磁性材料
含有大量磁田，容易被磁化。
在未被磁化時，磁田之磁矩方向分佈雜亂，其總合磁矩幾乎為零，但外加強磁場時，磁田之磁矩沿極化方向整齊排列，因而形成高磁性。
例如鐵鈷、鎳。
鐵磁性：if μr ＞＞ 1
(c)磁化曲線
在磁區內的磁矩排列成同一方向，形成自生磁化，各磁區的自生磁化合成後可從零變化到自生磁化之值，也就是飽和磁化之值。
雖然，鐵磁性物質的磁區內有自生磁化，但是，當鐵磁性物質處在去磁狀態(Demagnetized)時，材料整體的淨磁化為零。
假如外加磁場於鐵磁性物質，表現出來的磁化量變化如圖2：
圖2 鐵磁性物質的磁化曲線
(d)磁滯曲線
(1)圖2為典型強磁性材質的ＢＨ曲線，未經磁化之強磁性材質在磁場強度（Ｈ）
增加時，磁通密度（Ｂ）之變化情形，如圖3由ｏ點至ａ點之曲線。
(2)如圖3，當磁場強度（Ｈ）減少時，曲線由ａ點移動至ｂ點，而未順著原本
之ｏ點至ａ點之曲線回來，此乃大部分磁性材質均具頑磁性（Retentivity）。
(3)當磁場強度（Ｈ）為０時，在磁性材質中由於磁性（或剩性）會產生相對應
之磁通密度Ｂr的值，稱之為“殘餘磁通密度（Residual Flux Density）”，因有殘餘磁通密度，才有永久磁鐵的產生。
(4)若欲消除殘餘之磁通（即使Ｂ＝０），則必須供應反向之電流通過線圈，此
時產生之反向磁場強度，使磁通密度Ｂ＝０（曲線由ｂ點至ｃ點之部分），而在ｃ點這個磁力──Ｈｃ可用來強迫磁通密度（Ｂ），使其減少至０，稱之為“矯頑磁力（coercive Force）”，可用來測量磁性材質之矯頑性。
(5)當反向磁場強度繼續增強，則又再度發生飽和狀態（曲線由ｃ點至ｄ點之部
分）；
(6)接下來將磁場強度（Ｈ）反過來，使之回到零（曲線由ｄ點至ｅ點之部分），
則強磁性材質內之磁通密度（Ｂ）會減少至ｅ點，
(7)如果繼續加大磁場強度（Ｈ）至ｆ點，磁通密度（Ｂ）才會減到０，若持續
加大磁場強度（Ｈ），則曲線又會達到飽和ａ點。
在圖3中強磁性材質磁化的過程中，此現象稱為“磁滞（Hysteresis）”。
而圖3整個ａｂｃｄｅｆａ曲線，稱為此強磁性之“磁滯迴路（Hysteresis Loop）”。
在整個磁滯曲線的變化過程中，磁通密度（Ｂ）均落後於磁場強度（Ｈ），在圖3的ｂ點，當磁場強度（Ｈ）為０時，磁通密度（Ｂ）雖不為０，但已開始衰減成０了，直到磁場強度（Ｈ）已通過０之值且變成－Ｈｃ時，磁通密度才終於等於０。
圖3之磁滯曲線圖形，它對原本有“點對稱”之性質，及ｂ點對ｅ點有相同的殘餘磁通密度(Ｂｒ)值，ｃ點對ｆ點有相同的矯頑磁力(Ｈｃ)值，ａ點對ｄ點有相同的飽和值。
此外，對同磁性材質，供應相同的磁場強度（Ｈ）並重複移動，則在每一週期會得相同的ＢＨ曲線。
對強磁性材質才會有殘磁（或剩磁）之現象，而非磁性材質則無磁滯現象。
就非磁性材質而言，其相對導磁率μｒ＝１，Ｂ＝μＨ其中導磁係數μ＝μｒμ０為一固定值（及μ＝４π×１０－７Ｈ／ｍ），因此，非磁性材質內之磁通密度（Ｂ）與磁場強度（Ｈ）成正比。
圖3磁滯曲線
圖4為一典型軟磁與硬磁材料的磁滯曲線：
圖4典型磁滯曲線
圖5是磁鐵通磁至飽和（Saturation）後往復充磁的情形。
很明顯的，我們可以發現磁滯環路（Hysteresis Loop）的磁化現象。
由於交流電激磁作用的關係，每經一個循環就累積一個磁滯環路的單位體積能量，這些能量將化為熱能而流失，我們稱為磁滯損失（Hysteresis L oss）。
磁滯損失P h，單位為Watts，的計算公式如下：
其中K h及指數n隨著鐵心的材料而不同；一般n常假設為1.6。
圖5 磁滯損失
儀器：線圈3個，環形鐵1個，長鐵棒1支
步驟：
1.將現圈200和線圈1600各自放入環形磁鐵兩側。
2.以三角波驅動，在示波器上觀察其輸出波形是否為輸出波形之積分波形；例
如輸入方波，則示波器上應顯示成三角波。
3.再將Mode調整至xy圖，觀察是否為一磁滯曲線。
(x軸與y軸的刻度要相同)
4.調整輸入頻率，並觀察其圖形有何變化。
V out=－1/RC∫V in dt
Faraday，s law：
ε＝－N ( dΦB / d t ) ∫εd t ＝－N ∮dΦB
5.換零外一個輸出線圈，磁至曲現有何變化。
6.若將現圈放於長鐵棒中，磁滯曲線為如何。
問題：
1. 從理論觀點,改變不同頻率所得到的不同結果,如何說明.
2.鐵磁則是具有磁滯效應，也就是外加磁場後，除了加熱到居禮溫度以上，
否則無法消除磁性，不過如果從固態或是微觀的觀點來看，鐵磁又有反鐵和鐵氧以及鐵磁，這些就是在臨界溫度之後磁性的變化不同所定義的。
3.飽和磁化和磁滯現象是鐵磁性和陶鐵磁性的重要特徵。
飽和磁化量是材料
本身的基本特性，但是磁滯曲線的形狀則受到一些因素的影響而改變，軟磁材料可能受到影響而變成硬磁。