当有磁性物质存在时，B和H不成正比，如图7.2.3所示。故，磁 性物质的磁导率μ常数，它随H而改变。
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7.2 铁磁材料的磁性能
3．磁滞性
当铁心线圈在交流励磁电流作用下，铁心受到反复磁化。下面我 们就图7.2.4所示的的曲线分析一下磁性材料的磁滞性。在测取铁磁 材料磁化曲线时，
1）当线圈中的励磁电流由零向正方向增长时，铁心被磁化，H由 零上升到Hm，B沿oa曲线上升；
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7.2 铁磁材料的磁性能
从磁滞回线可以看出，上升磁化曲线和下降磁化曲线不重合。当 H下降到零时，B不是下降到零而是下降到Br，这种B滞后于H的性质叫 磁滞性，Br称为剩余磁感应强度，简称剩磁。使Br减至零所需的磁场 强度—HC称为矫顽磁力。Br、HC是表征铁磁材料的两个重要参数。
2）当励磁电流由正降到零，H也由Hm降至零时，铁心磁化获得的 磁性尚未完全消失，B不是沿ao下降，而是沿曲线ab下降。铁心中有 剩磁Br；
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7.2 铁磁材料的磁性能
3）当H由零变到一Hm，即反向磁化时，B沿着bcd变化。铁心中仍 有剩磁Br；
4）当H由一Hm上升到零时，B沿de变化； 5）当H再由零上升到Hm时，B沿着曲线efa上升，又几乎回到a点。 这样反复磁化一个循环，就得到一个闭合曲线abcdefa，称为铁 磁材料的磁滞回线。
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7.2 铁磁材料的磁性能
非铁磁物质中小磁畴结构完全杂乱无章，既使在外磁场的作用下 ，磁畴结构仍无明显变化，不能产生附加磁场，其对外的磁场与真空 状态接近，如图7.2.1（a）所示。
2．磁饱和性 磁性物质在磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限 增强。
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第7章 磁路与铁心线圈电路
• 7.1 磁场的基本物理量 • 7.2 铁磁材料的磁性能 • 7.3 磁路与磁路欧姆定律 • 7.4 交流铁心线圈电路 • 7.5 电磁铁
7.1 磁场的基本物理量
磁场中用磁感应强度、磁通、导磁率和磁场强度等基本物理量来 描述。
7.1.1 磁感应强度B
表征磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量称为磁感应强度B。 它是一个矢量，可用试验载流线段在磁场中受到作用力的大小和方向 来确定。它与电流的方向关系可以用右手螺旋法则来判定，其大小为 ：
PCZ CZ fBmnV
式中,Pcz为磁滞损失功率；δcz为铁磁材料有关系数。
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7.2 铁磁材料的磁性能
2．涡流损耗
当铁心通过交变磁通时，根据电磁感应定律，铁心中将产生感生 电势和感生电流，这些电流在铁芯内部围绕磁通呈游涡状流动，故称 为涡流，其功率损耗称涡流损耗。为减小涡流损耗，一般铁心不用整 块铁磁材料，而是采用相互绝缘的薄钢片组成，增长了涡流的路程； 另外在电工钢中加入4％左右的硅。以提高电阻系数ρ。以上措施都 是提高涡流回路的电阻，以减小涡流损耗。在工频下应用，硅钢片的 厚度约为0.35～0.50mm，音频下为0.02～0.05mm，涡流的损失功率可 由下式计算：
如果磁场内所有点的磁感应强度大小相等，方向相同，这样的磁 场称为均匀磁场。
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7.1 磁场的基本物理量
7.1.2 磁通φ
在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于方向磁场的面积S的乘积， 称为通过该面积的磁通，即：
BS
式中：φ为磁通，2；
磁通反映了磁导体某个范围内磁力线的多少，所以磁感应强度B
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7.2 铁磁材料的磁性能
7.2.2 铁磁材料的损耗
铁心通过恒定磁通不产生损耗。铁心中若通过交变磁通，则铁心 内部将产生磁滞损耗和涡流损耗。低频时磁滞损耗比涡流损耗大，高 频时主要是涡流损耗。
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7.2 铁磁材料的磁性能
1．磁滞损耗 铁磁材料在交变磁场的作用下，按磁滞回线反复磁化，磁畴间不 断“磨擦”消耗能量。磁滞损耗与交变磁化频率f成正比，还与材料 磁滞回线面积、最大磁感应强度Bm以及体积有关。磁滞功率损耗可由 下式表示：
，又可以称为磁通密度。磁通的单位：国际单位制（SI）制单位是为 韦伯（Wb），电磁制(CGSM)的单位为麦克斯韦（Mx），1Wb=108 Mx。
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7.1 磁场的基本物理量
7.1.3 磁导率μ
不同的介质的导磁能力不同。描述磁场介质导磁能力的物理量称 为磁导率μ 。
如图7.1.1 所示的线圈通电后，在其周围产生磁场。磁场强弱与 通过线圈的电流I和线圈的匝数N的乘积成正比。线圈内部x处各点的 磁感应强度可表示为：
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7.2 铁磁材料的磁性能
2）硬磁材料 具有较大的剩磁，磁滞回线较宽，其磁滞回线如图6.2.3 (b) 所 示。常用这一类材料有碳钢、铁镍铝钴合金等。一般用来制作永久磁 铁。近年来，稀土钴等的矫顽磁力更大。
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7.2 铁磁材料的磁性能
3）矩形磁材料 具有矩形滋滞回线的是一种特殊的磁性材料，它具有较小的矫顽 磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。它在很小的外 磁场作用下就能磁化并达到饱和，去掉外磁场仍能保持，其磁滞回线 如图6.2.3 (c) 所示。这一类材料常用的有经过组织化处理后的铁镍 合金，金属矩磁材料制成薄膜可作为计算机和控制系统的可作记忆元 件、开关元件和逻辑元件。
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7.1 磁场的基本物理量
B F 式中： B为磁感应强度的大小，Tl；I
I为通过导线的电流，A； l为垂直磁场方向导线的长度，m； F为在磁场中受到的作用力，N。
磁感应强度B的单位：国际单位制（SI）单位是特斯拉，简称特 （T），电磁制(CGSM)的单位为高斯(Gs)，1T＝104Gs。
Bx
NI lx
NI
2x
式中：lx表示x点处的磁力线的长度。
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7.1 磁场的基本物理量
由此可见，某点的磁感应强度的大小与磁导体介质、流过电流大 小、线圈的匝数及该点的位置有关。
在SI制中，单位为享／米(H／m)。实验测定，真空的磁导率μ0＝ 4π×10-7 (H／m)，因为μ0是一个常数，工程上常把其他介质的磁导 率与之相比较，称其为相对磁导率，是标量，常用字母μr表示，即 ：
在SI制中，H的单位安/米(A／m)，在CGSM制中的单位是奥斯特 (Oe)，它们的换算关系为：1A/m=4π×10-3Oe。
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7.2 铁磁材料的磁性能
磁性材料很多，常用的主要有铁、镍、钴及其合金等材料。不同 介质的导磁能力也不同。
7.2.1 铁磁材料的磁性能
在工程上使用的磁性材料都是指磁导率远大于1的铁磁材料，它 具有以下的磁特性：
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7.2 铁磁材料的磁性能
1．导磁性
铁磁材料的磁导率很高，其值可达数百、数千以至数万。象硅钢 片的相对磁导率μr＝6000～8000，坡英合金(铁镍合金) 可达105左右 。铁磁材料这一高导磁性使它在外磁场作用下，能被强烈磁化而呈现 很强的磁性。
铁磁物质的磁导率为什么会比真空中的磁导率大得多呢？这是由 于将铁磁物质放入磁场后，它就转变为与外磁场同方向的并比外磁场 强得多的磁铁。因而使总磁场比原有(真空中或空气中的)磁场强得多 。一种物质从不显示磁性到显示磁性的现象叫磁化。
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7.2 铁磁材料的磁性能
当被记录的非电信号，如声音、图象或其他信号转化为电信号时 ，经放大送到磁头线圈上，由于线圈中电流方向、大小不同，在磁头 间隙中将产生不同的变化磁通。在相对运动中当涂敷磁性层的磁带与 磁头工作缝隙接触时，低磁阻的磁性层将磁头缝隙中磁力线旁路，磁 通经过磁带构成闭合回路，结果使磁带上与磁头接触的磁性体被磁化 。而当磁带以一定速度离开磁头的缝隙时，将留下与磁头内磁通方向 、大小相一致的剩磁，假定记录的为正弦波，那么磁带上的剩磁强度 也将沿着磁带长度方向按正弦波变化，并把记录的信号以剩磁的形式 储存在磁带中。
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7.2 铁磁材料的磁性能
铁磁材料之所以较容易被磁化，是由这类材料内部结构决定的。 在物质分子中，电子一方面围绕原子核运动，另一方面它又自转，电 子运动形成分子电流。该分子电流能产生磁场，每个分子相当于一个 小磁铁。磁性物质内部还分成许多小区域，由于磁性物质的分子间有 一种特殊的作用力而使每一区域内的分子磁铁都排列整齐，显出磁性 ，如图7.2.1（b）所示。在没有外磁场作用时，铁磁物质的磁畴排列 取向极不规则，相互抵消，对外不显示磁性，但在外磁场作用下。磁 畴作定向运动，产生一个很强的与外磁场同方向的附加磁化磁场，使 铁磁物质对外呈现很强的磁性。
r
0
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7.1 磁场的基本物理量
根据上式，可把物质分为三类：第一类为反磁物质，μr <1，如 铜、银、炭；第二类为顺磁物质，μr＞1，如铂、锡、铝等；第三类 为铁磁物质，μr>>1，如铁、镍、钴和它们的合金。反磁物质和顺磁 物质的相对磁导率都近似为1，均接近于真空磁导率μ0。
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7.2 铁磁材料的磁性能
由图可知，磁化曲线可分为4段： 1）oa段，B增加非常缓慢； 2）ab段，B随H增加很快，B和H差不多按比例增长，近似为线性 ； 3）bc段，随着H的增长，B的增加缓慢下来，此段称为曲线的膝 部；
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7.2 铁磁材料的磁性能
4）c以后，B几乎不再增加，最大值B，这时为磁饱和状态。b点 称为膝点，电源变压器磁感应强度B通常选在b点附近，以提高相对磁 导率，又可防止磁饱和。通讯电路中变压器或电感为减小损耗，提高 线性度，通常选在磁化曲线的a点附近。
7.2 铁磁材料的磁性能
磁饱和性是铁磁材料固有的特性，即B不会随着H的增强而无限增 强。如果对铁心线圈通电，铁心就被磁化，产生磁化磁场，逐渐加大 通电电流，磁化磁场逐渐强。当励磁电流(产生磁化磁场的电流)增大 到一定程度，磁性材料内部的全部磁畴的磁场方向转向与外磁场方向 一致，这时再增加励磁电流，磁化磁场的磁感应强度B几乎不再增大 ，此对应的磁感应强度Bj称磁饱和感应强度，如图7.2.2磁化曲线中 虚线所示。图中B0是空心线圈通过电流产生的磁感应强度，随着励磁 电流的增加而线性增加，其值极小，也不饱和。总磁感应强度B由Bj 和B0叠加，组成实际B一H感化曲线。