什么是磁滯回線有什么應(yīng)用技巧
什么是磁滯回線有什么應(yīng)用技巧
磁滯回線表示磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化時(shí)，強(qiáng)磁性物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線，那么你對(duì)磁滯回線了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是磁滯回線，希望大家喜歡!
磁滯回線的基本概念
物理過(guò)程
將強(qiáng)磁性材料(包括鐵磁性和亞鐵磁性材料)樣品從剩余磁化強(qiáng)度M=0開始，逐漸增大磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，磁化強(qiáng)度M將隨之沿圖1中OAB曲線增加，直至到達(dá)磁飽和狀態(tài)B?，F(xiàn)增大H，樣品的磁化狀態(tài)將基本保持不變，因此直線段BC幾乎與H軸平行。當(dāng)磁化強(qiáng)度到達(dá)飽和值Ms時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H用Hs表示。OAB曲線稱為起始磁化曲線。
此后若減小磁化場(chǎng)，磁化曲線從B點(diǎn)開始并不沿原來(lái)的起始磁化曲線返回，這表明磁化強(qiáng)度M的變化滯后于H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯。當(dāng)H減小為零時(shí)，M并不為零，而等于剩余磁化強(qiáng)度Mr。要使M減到零，必須加一反向磁化場(chǎng)，而當(dāng)反向磁化場(chǎng)加強(qiáng)到-Hcm時(shí)，M才為零，Hcm稱為矯頑力。
如果反向磁化場(chǎng)的大小繼續(xù)增大到-Hs時(shí)，樣品將沿反方向磁化到達(dá)飽和狀態(tài)E，相應(yīng)的磁化強(qiáng)度飽和值為-Ms。E點(diǎn)和B點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)對(duì)稱。
此后若使反向磁化場(chǎng)減小到零，然后又沿正方向增加。樣品磁化狀態(tài)將沿曲線EGKB回到正向飽和磁化狀態(tài)B。EGKB曲線與BNDE曲線也相對(duì)于原點(diǎn)O對(duì)稱。由此看出，當(dāng)磁化場(chǎng)由Hs變到-Hs，再?gòu)?Hs變到Hs反復(fù)變化時(shí)，樣品的磁化狀態(tài)變化經(jīng)歷著由BNDEGKB閉合回線描述的循環(huán)過(guò)程。曲線BNDEGKB稱為磁滯回線。
BC及EF兩段相應(yīng)于可逆磁化過(guò)程，M為H的單值函數(shù)。由于磁滯現(xiàn)象，磁滯回線上任一給定的H，對(duì)應(yīng)有兩個(gè)M值。樣品處于哪個(gè)磁狀態(tài)，決定于樣品的磁化歷史?？梢宰C明，B-H磁滯回線所包圍的面積正比于在一次循環(huán)磁化中的能量損耗。
正常磁化曲線
若磁化場(chǎng)的最大|H|值在小于|Hs|的范圍內(nèi)反復(fù)磁化，將得到小一些的磁滯回線(見圖2)。所有磁滯回線中上述BNDEGKB為最大的一個(gè)，常稱為極限磁滯回線。各磁滯回線兩端頂點(diǎn)的連線稱為正常磁化曲線，如圖2中虛線所示，它和起始磁化曲線基本重合。
用B-H表示的強(qiáng)磁性材料的磁滯回線其走向和形狀與M-H磁滯回線大致相同。在電工技術(shù)中更多使用B-H表示的磁滯回線。
上述磁滯回線是在磁場(chǎng)作緩慢變化時(shí)得到的，也稱為準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線。在交變磁場(chǎng)作用時(shí)，仍然有磁滯現(xiàn)象，磁滯回線也是一閉合回線，稱為動(dòng)態(tài)磁滯回線。由于渦流效應(yīng)等影響，動(dòng)態(tài)磁滯曲線的形狀和面積大小等都與準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線的不同。
可以證明，B-H磁滯回線所包圍的面積正比于在一次循環(huán)磁化中的能量損耗。對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)磁滯回線，此損耗僅為磁滯損耗，對(duì)于動(dòng)態(tài)磁滯回線，此能量損耗包括磁滯損耗和渦流損耗等。
矯頑力
當(dāng)H=-Hc時(shí)， B=0(B≈μ0(H+M) ，所以此時(shí)M≈0)，這說(shuō)明使鐵磁質(zhì)完全消除剩磁需加反向磁場(chǎng)Hc，Hc稱為矯頑力。因?yàn)镠=B/μ0-M，嚴(yán)格地說(shuō)使B=0與使M=0所需的矯頑力不一樣，應(yīng)當(dāng)區(qū)分使M=0與使B=0的矯頑力。
在矯頑力不大時(shí)(即在H≪M時(shí)，B=μ0(H+M)≃μ0M)認(rèn)為二者矯頑力一致(即B=0時(shí)M=0)。矯頑力的大小反映了鐵磁材料保存剩磁狀態(tài)的能力。正是按矯頑力的大小把鐵磁質(zhì)分成硬磁材料和軟磁材料。
磁滯回線的分類
磁滯回線一般可分為下面幾種類型：
(1)正常磁滯回線。 這是絕大多數(shù)磁性材料所具有的回線形狀與原點(diǎn)是對(duì)稱的，或稱S型回線。
(2)矩形磁滯回線，指Br/Bm>0.8的磁滯回線，這一般可以用熱處理或脅強(qiáng)處理材料的方法來(lái)得到。
(3)退化磁滯回線。 若某種材料經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)熱處理或脅強(qiáng)處理后在一定方向獲得了矩形磁滯回線，若當(dāng)在其垂直方向進(jìn)行磁化的，常常會(huì)得到近于直線的磁滯回線，Br/Bs<0.2。
(4)蜂腰磁滯回線。在少數(shù)磁性材料中，例如某些含鈷的鐵氧體和叵明伐(perminvar)合金，在中等磁場(chǎng)強(qiáng)度下的磁滯回線呈現(xiàn)特殊的形狀，即在Br附近的B值顯著降低形如蜂腰。
(5)不對(duì)稱磁滯回線。前面4種都稱為對(duì)稱回線(Hc=Hc)。而對(duì)同時(shí)含有鐵磁性和反鐵磁性成分的材料(例如粉末狀鈷表面有氧化鈷層)，或者在恒定磁場(chǎng)中經(jīng)過(guò)熱處理的鐵氧體，其磁滯回線常出現(xiàn)不對(duì)稱，即Hc≠Hc。
(6)飽和磁滯回線。當(dāng)磁化場(chǎng)足夠大，使磁化達(dá)到飽和狀態(tài)，這樣得到的正常磁滯回線即為飽和磁滯回線。通常在這一狀態(tài)下定義Hc和Br的大小。
磁滯回線的應(yīng)用
磁滯回線具有結(jié)構(gòu)靈敏的性質(zhì)，很容易受各種因素的影響。 磁滯回線的產(chǎn)生則是由于技術(shù)磁化中的不可逆過(guò)程引起的，這種不可逆過(guò)程在疇壁移動(dòng)和磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中都可能發(fā)生。磁滯回線所包圍的面積，表示鐵磁物質(zhì)磁化循環(huán)一周所需消耗的能量，這部分能量往往轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗掉。
磁滯回線反映了鐵磁質(zhì)的磁化性能。它說(shuō)明鐵磁質(zhì)的磁化是比較復(fù)雜的，鐵磁質(zhì)的M、B和H之間的關(guān)系不僅不是線性的，而且不是單值的。亦即對(duì)于一個(gè)確定的H，M、B的值不能唯一確定，同時(shí)還與磁化歷史有關(guān)。
不同的鐵磁質(zhì)有不同形狀的磁滯回線，不同形狀的磁滯回線有不同的應(yīng)用。例如永磁材料要求矯頑力大，剩磁大;軟磁材料要求矯頑力小;記憶元件中的鐵心則要求適當(dāng)?shù)偷某C頑力。為了滿足生產(chǎn)、科研中新技術(shù)的需要就要研制新的鐵磁材料使它們的磁滯回線符合應(yīng)用的要求。磁滯回線為選材提供了依據(jù)。由于B—H磁滯回線所圍面積與磁滯損耗成正比，在交流電器中磁滯損耗是有害的，它的存在既浪費(fèi)了電能又使鐵心發(fā)熱，對(duì)設(shè)備不利，所以軟磁材料的磁滯回線所圍面積要盡量減小，以減少損耗。
磁滯回線的用途
在外加磁場(chǎng)中，處于退磁狀態(tài)的磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度，將隨外加磁場(chǎng)沿O→①變化，直到達(dá)到飽和狀態(tài)三如將這時(shí)的外加磁場(chǎng)減小為0，磁感應(yīng)強(qiáng)度將沿曲線①→②達(dá)到②點(diǎn)，在②點(diǎn)，材料仍將保留一部分磁感應(yīng)強(qiáng)度，稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度或剩磁。這時(shí)如施加反向磁化場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度將沿曲線②→③→④變化，④為反向飽和狀態(tài)。
在③點(diǎn)，材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，所對(duì)應(yīng)的外加磁化場(chǎng)強(qiáng)度稱為材料的矯頑力。減小反向磁化場(chǎng)并進(jìn)一步施加正向磁化場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度將沿曲線④→⑤→⑥→①變化，形成閉合的磁滯回線①→②→③→④→⑤→⑥→①。當(dāng)外加磁化場(chǎng)小于飽和磁化場(chǎng)(如圖所示的H′)時(shí)，根據(jù)外加磁化場(chǎng)的大小和方向的不同，材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度將沿曲線O→⑦或O→⑨變化，外加磁化場(chǎng)減小為零時(shí)得到的剩磁將分別為O→⑧和O→⑩，描述剩磁隨外加磁化場(chǎng)之間關(guān)系的曲線稱為剩磁曲線。
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