磁性材料測量——磁化強(qiáng)度 M、磁極化強(qiáng)度 J、磁導(dǎo)率 μ

1. 磁化強(qiáng)度 M

除式 B=μ0H 描述的真空介質(zhì)外，其他介質(zhì)的關(guān)系為：B = μ0（H+M）……….…(2.15) ,式中，M是磁化強(qiáng)度矢量。在這種關(guān)系中，μ0H 代表外部源的貢獻(xiàn)，μ0M 代表了磁性材料內(nèi)部的貢獻(xiàn)。由此可得，即使外部磁場強(qiáng)度等于零，材料本身依然可以產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度，因?yàn)樗驯淮呕ㄗ陨幕蛞蛑氨淮呕?/font>

假定每種磁化材料包括大量的基本磁偶極子，磁偶極子由電子圍繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)或自旋轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生。這些磁偶極子由磁矩 m 表示。在材料*退磁的情況下，平均磁矩平衡，由此產(chǎn)生的磁化為零。如果材料被磁化，其磁化強(qiáng)度 M 等于

     磁化強(qiáng)度定義為單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和，單位和磁場強(qiáng)度同為A/m。

2. 磁極化強(qiáng)度J

早期的文獻(xiàn)中，磁性材料由磁感應(yīng)強(qiáng)度B描述。最近，許多標(biāo)準(zhǔn)推薦磁場極化強(qiáng)度J替代磁感應(yīng)強(qiáng)度B：

                          J = B-μ0H……………………………………………(2.17)

   所以，磁場極化強(qiáng)度等于μ0M。因此在軟磁材料典型應(yīng)用中，磁場強(qiáng)度的值通常是不大于1kA/m，μ0為4π×10-7Wb/Am，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度B和極化強(qiáng)度J之間區(qū)別極小。在硬磁性材料方面，這種區(qū)別確實(shí)顯著的，通常給出B=f（H）和J=f（H）這兩種關(guān)系。

3. 磁導(dǎo)率 μ

磁性材料磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與磁場強(qiáng)度 H 之間的關(guān)系為 B=μH…..….….….….….……(2.18)，在實(shí)踐中，用這個(gè)關(guān)系描述材料屬性很不方便，通常采用材料磁導(dǎo)率與真空磁導(dǎo)率比值關(guān)系，即相對(duì)磁導(dǎo)率 μr=μ/μ0，因此式(2.18)可改為：                                                                             

                                      B=μrμ0H……..………………………………………(2.19)。

從理論上講，磁導(dǎo)率μ是描述磁性材料屬性的最好參數(shù)，因?yàn)樗A(yù)示兩個(gè)主要的材料參數(shù)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H的直接關(guān)系，但事實(shí)上，情況要復(fù)雜的多，因?yàn)椋?/span>

（1）B和H之間的關(guān)系幾乎總是非線性，因此磁導(dǎo)率取決于工作點(diǎn)（磁場強(qiáng)度的值）。圖2.5 給出電工硅鋼的一個(gè)典型曲線B=f（H）。可以看出，相對(duì)磁導(dǎo)率最大值達(dá)到約4000，但是，在高磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)其低得多（對(duì)于深度飽和時(shí)其值非常小，實(shí)際上不像是鐵磁材料）。類似地，對(duì)于非常小的磁場，初始磁導(dǎo)率也大大減小，因此，固定值磁導(dǎo)率給出的信息僅僅是一個(gè)固定工作點(diǎn)。

（2）材料磁化受其形狀的影響——磁體的磁導(dǎo)率與原材料磁導(dǎo)率可以*不同。通常，不均勻磁化的磁體我們只能確定其平均值。

（3）大多數(shù)磁性材料是多晶的，材料的磁化方向不同（材料各向異性），磁導(dǎo)率也不同。因此，磁導(dǎo)率應(yīng)該描述成張量形式：   

通常我們限定這一穩(wěn)定在二維（2D）情況，但即使2D的磁化也非常復(fù)雜。

（4）磁導(dǎo)率取決于許多其他因素：頻率和諧波（正弦波磁感應(yīng)強(qiáng)度偏差）等。對(duì)于更高的頻率，應(yīng)該考慮磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部（復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率），兩者的關(guān)系為 μ=μ’+jμ’’。因此，從物理學(xué)角度來看盡管磁導(dǎo)率是一個(gè)非常有用的參數(shù)，但在技術(shù)應(yīng)用方面，應(yīng)用磁化曲線作為磁化過程的描述更加合理。盡管如此，在某些應(yīng)用過程中，磁導(dǎo)率還是最重要的因素。例如，電磁屏蔽設(shè)計(jì)（磁導(dǎo)率值越高，屏蔽效果越好）、磁選礦機(jī)設(shè)計(jì)。在這些設(shè)備上，盡可能使用最高磁導(dǎo)率的磁性材料。目前，鐵磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率可高達(dá)100 萬。表2.2 給出了一些相對(duì)磁導(dǎo)率大的典型工業(yè)用鐵磁材料。