铁磁质的特性与应用.doc

235cfb14203b1706ef1b07dd6cc89719.pdf 第 5 页 共 5 页铁磁质的特性与应用罗军（安庆师范学院物理与电气工程学院 安徽 安庆 246011）指导老师：马业万摘要：铁磁质材料被广泛的应用于我们的社会生活中，本文主要通过介绍铁磁质的磁化机理和失去磁化后所表现的性质不同，以及铁磁质材料在不同领域中的应用，论证了居里点的不同决定了一种铁磁质特性的不同，得出了不同的铁磁质因其特性的不同而被应用于不同的生产生活领域。磁介质可以分类为顺磁质、抗磁质和铁磁质，而根据铁磁质的矫顽力的大小，将铁磁材料分成软磁、硬磁和矩磁材料。关键词：居里点，磁滞，矫顽力，磁介质，铁磁质一、 铁磁质的特性铁磁性，是指一种材料的磁性状态，具有自发性的磁化现象的性质。什么是自发性的磁化现象？简单的说，对于某种材料而言，他们受到外界磁场的影响而被磁化，然而当外部磁场取消之后却依然能够保持这种磁性，那么我们就说，这种材料具有自发性的磁化现象，也就是具有铁磁性了！这样说来，就可以很容易地把永久磁铁和这种性质相联系吧？是的，永久磁铁都具有铁磁性或亚铁磁性。在磁场的作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒介叫做磁介质。磁介质在磁场作用下的变化叫做磁化。铁磁质是一种性能特异、用途广泛的磁介质，铁、钴、镍及其许多合金、稀土族金属（在低温下）以及含铁的氧化物（如）等铁介质都属于铁磁质。磁场对磁场中的物质的作用称为磁化，在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。磁化后介质内部的磁场与附加磁场和外磁场的关系为(是总磁感强度，是外加磁感强度，是附加磁感强度)： 0顺磁质（锰、鉻、铂、氧、氮等） 0抗磁质（铜、铋、硫、氢、银等） 铁磁质（铁、钴、镍等）在介质均匀充满磁场的情况下定义。顺磁质的磁化：在顺磁质内任意取一提及元，其中各分子磁矩的矢量和将有一定的量值，因而在宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性的起源。它是一切磁介质所共有的性质。抗磁质的磁化：抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的来源。 磁化强度是反映磁介质磁化程度（大小与方向）的物理量。单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和，称为磁化强度，用表示。均匀磁化 非均匀磁化 磁化强度的单位： A/m对于一切顺磁质或抗磁质来说，它们的绝对磁导率或相对磁导率是常数，或者说B和H成正比，如果把B看成是H的函数，那么它的函数图像是一条直线. 但对于所有的铁磁质来说，情况就不同了，实验表明，B和H不是简单的正比关系，而是比较复杂的函数关系, 如图1-1所示，B-H实验曲线通常称为磁化曲线，当H从零开始增大时，B也逐渐增大（0-a段）；H再继续增大时，B急剧上升（a-b段），在曲线b-c段中，B随H的增大又缓慢下来；到达M 点后，再继续增大H时，B几乎不再增加，此时的磁感应强度叫做饱和磁感应强度。图1-2为强磁物质磁滞现象的曲线。一般说来,铁磁体等强磁物质的磁化强度M或磁感应强度B 不是磁场强度H的单值函数而依赖于其所经历的磁状态的历史。以磁中性状态(H =M=B=0)为起始态,当磁状态沿起始磁化曲线0ABC磁化到 C点附近（如图）时，此时磁化强度趋于饱和,曲线几乎与H轴平行。将此时磁场强度记为Hs,磁化强度记为Ms。此后若减小磁场，则从某一磁场(B点)开始,M随H 的变化偏离原先的起始磁化曲线,M的变化落后于H。当H 减小至零时,M不减小到零,而等于剩余磁化强度Mr。为使M减至零,需加一反向磁场-,称为矫顽力。反向磁场继续增大到-Hs时,强磁体的M将沿反方向磁化到趋于饱和-Ms,反向磁场减小并再反向时，按相似的规律得到另一支偏离反向起始磁化曲线的曲线。于是当磁场从Hs变为Hs,再从Hs变到 Hs时，强磁体的磁状态将由闭合回线CBDEFEGBC描述,其中BC及EF两段相应于可逆磁化,M为H 的单值函数。而BDEGB为磁滞回线。在此回线上,同一H可有两个M值,决定于磁状态的历史。这是由不可逆磁化过程所致。若在小于Hs的Hm 间反复磁化时,则得到较小的磁滞回线。称为小磁滞回线或局部磁滞回线(见磁化曲线1-3)。相应于不同的Hm,可有不同的小回线。而上述 BDEGB为其中最大的。故称为极限磁滞回线。H大于极限回线的最大磁场强度Hs时,磁化基本可逆；H小于此值时,M为H的多值函数。通常将极限磁滞回线上的Mr及Hc定义为材料的剩磁及矫顽力,为表征该材料的磁特性的重要参量。铁磁质具有很大的磁导率，在外磁场的作用下将产生量值很大的磁感应强度，其值与铁磁质的磁化历史有关。每一种铁磁质都有它的居里点。如上所述，在一般温度下，当我们磁化铁磁质的时候，撤去外磁场后材料也会保持它的磁性，这是由于内部应力的作用。但是当温度上升到一定温度的时候，原子间就可以克服这种应力，从而可以回复到原始的状态。这时候，铁磁性转化成为顺磁性。我们把使得材料这种磁性转变的临街温度成为居里点。不同的铁磁质具有不同的居里点。根据居里点的不同，可以分别制作出有利于我们生活的产品。重庆大学就利用了居里点导致的铁磁质的性质变化而作出了“低居里点铁磁材料在输电线路防冰中的应用”这样一个课题研究。铁磁质可以防冰？具体操作是将低居里点的混合磁滞材料包裹在电导线表面，输电线路的交变电流产生的一个交变磁场可以使得铁磁材料磁芯磁化。“当环境温度高于居里点的时候磁材料的磁化率很低，这时磁感应强度B很小；当环境温度低于居里点时，铁磁材料则具有很大的磁转化率，产生很强的磁感应强度，从而产生耗损放热。” 如上图1-2，不同材料具有不同的矫顽力Mr，所谓矫顽力，就是指使已被磁化后的铁磁质的磁感应强度降为零所必须施加的磁场强度。当外部磁场变为零时磁体是有磁性的，那么必须通过施加反向的外部磁场使得磁体的磁性为零。根据矫顽力的大小来分类铁磁质，矫顽力大的叫做硬磁，矫顽力小的叫作软磁。二、 铁磁质的应用a) 硬磁材料 在正弦交流电路中, 产生随时间而周期性变化的磁场, 由于硬磁材料所包围的磁滞回线的“面积” 大, 使磁畴来回翻转产生大量的磁滞损耗, 而使散热问题难以解决。硬磁材料( 永磁体) 也是在外磁化场去掉后仍保留一定的剩余磁感应强度BR 的材料, 各种电表、扬声器、电话机、计算机等都需要这种特性的永磁体。永磁体的另一作用是在它的铁心中产生一个稳定的磁场。可以证明, 当气隙中的磁场强度和气隙的体积给定之后, 所需磁铁的体积与磁能积( BH) 成反比。所以BH 大, 就可以使磁铁本身的体积缩小, 这不仅可以节省磁性材料, 还对器件的小型化有着特殊的意义。b) 软磁材料磁滞回线包围“ 面积”小的铁磁材料, 在正弦交流电路中, 变化的电流产生变化的磁场, 由于软磁材料的磁畴在来回翻转过程中, 磁滞损耗小,热损小, 散热问题容易解决, 常用它做电机、变压器、镇流器的铁芯。而在制造电磁继电器时, 也利用了软磁材料这一特性,3) 矩磁材料锰镁铁氧体，锂锰铁氧体等。磁滞回线呈矩形，在两个方向上的剩磁可用于表示计算机二进制的“0”和“1”，可适合于制成“记忆”元件。另外，利用铁磁质的磁致伸缩效应，可用来做换能器，在超声及检测技术中大有作为。三、 结论生活中到处都有与铁磁质相关的东西，要想充分的利用每种物质的价值，就必须要了解他的原理和特性所在，合理地区分它的好坏。参考文献1. 王其申. 经典力学，合肥：中国科技大学出版社 20052. 马文蔚。物理学教程，北京：高等教育出版社 20063. 倪致祥，朱永忠。大学物理学，合肥：中国科技大学出版社 20104. 郭硕鸿，电动力学，高等教育出版社 20115. Jackson JD,Classical Electrodynamics,3rd(Wiley,Hoboked) 1998Ferromagnetic Qualitative Characteristics and Applicationluojun(School of Physics and Electrical Engineering of Anqing Normal College, Anqing 246011)Abstract: Ferromagnetic quality material is widely used in our social life, by introducing the mechanism of ferromagnetic magnetized and loss after magnetization of the nature of the performance of different, and ferromagnetic materials in different fields of application, demonstrates the Curie different decided to a qualitative characteristics of the ferromagnetic different, and draw the conclusion that different because of its characteristics of the ferromagnetic qualitative different and is applied to the production of different life field. Magnetic medium can for the classification of magnetic resistance, magnetic quality and ferromagnetic quality, and according to the size of the ferromagnetic