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磁的基本知識


磁的基本知識

磁的範圍比較廣,討論起來太泛!而磁場是電機實現能量交換的媒介(磁場和電流是電機工作兩個基本條件),所以在下面我們以討論磁場開始,首先介紹必要的一些概念。爲了易懂,我們采用了較爲狹義的表述方法(所謂狹義是指在大多數情況下是對的或者說有條件的正確),請大家注意!
1、磁通及磁感應強度
一條通電導體或一塊永久磁鐵,它的周圍是充滿磁場的,在每一點它既有大小也有方向,通常形象地用磁力線表磁場的分布(如圖1),借助磁力線,我們介紹兩個物理量。
a.磁通:用磁力線的數量來表示。如通電導體周圍磁力線的總和,我們就叫總磁通,其單位不是我們想象用“根數、條數”表示,而是用麥克斯韋爾Mx或韋伯(Wb)作爲其單位,且有
1Wb=108 Mx
b.磁感应强度B:也称磁通密度即单位面积的磁力线数量。如图1中通过阴影面积S′的磁力线(磁通)为Φ,则B=Φ/S??? 单位是高斯(GS)或特斯拉(T),且有

磁的基本知識

1T=104?GS
2、?磁場及磁場強度
圖2是一個類似于我們常用的充磁實驗裝置。環形均質永磁體的上端被切下一段,形成一個長爲Lδ的氣隙,下端裝匝數爲W的一個線圈,當線圈通以電流時,便會在圓環磁體內部以及空氣隙Lδ中産生磁通。我們定義“I?W”爲磁動勢F,簡稱磁勢,單位是吉伯(Gb)或安(A),且有
1A=0.4π Gb
我們知道安培環頻定律可表示爲:
F=∮H?dL=∑(Hi?△Li)=H1△L1+ H2△L2+???+Hn △Ln+???
H即爲磁場強度,其物理意義可在以下分析中體現。如在圖2磁路中將切割的小截磁體放回,則
可視爲一個特制磁路並設總長爲L1,在均質磁路中可認爲H處處相等,
则? F=∑(Hi?△Li)=H?L?? 即H=F/L(安/ 米)
因此,可以狹義地理解爲:磁場強度H是磁路中單位長度上的磁動勢。
3、?剩磁、矯頑力、磁化曲線及磁導率
如圖2,我們將切割下來的小截磁體放回即變成一個均勻的磁路,然後將電流從“0”開始,不斷加大,
这时候磁路的磁通中不断上升见图3”og”段。在达到膝点g之前,磁通Φ随着磁势F(W?I)的增长而线性同步增长,“o-g”基本是一条直线;过g点后磁路渐饱和,Φ的增加速度减缓至a点几乎不再增加;此时若减少流即减小F,Φ不沿“a-g-o”返回,而是沿“a-b”下降;当F=0时,磁通中不为0 (如b点),对应b点的磁通,我们记为Φr并称为“剩磁通”;当线圈改变电流方向即F为负值时,Φ值逐步下降,达到C点,此时磁通Φ为“零”值,对应此时的F值记为Fc我们称为“矫顽力”,余类推,曲线由“c→d→e→f→a”返回。
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圖3曲線,我們稱爲磁化曲線,用函數Φ=f(x)表示;由于Φ,F與幾何尺寸有關,不便于工程學中對磁性材料的認識和比較,爲此將圖3中的縱坐標磁通Φ除以磁路的截面積S即變爲磁通密度B,將橫座標磁勢F除以磁路的長度L即變爲磁場強度H,經過這種方式的坐標變換後圖3磁化曲線Φ=f(x)即變換爲圖4所示的B=f(H)磁化曲線。它的物理意義在于對于均質磁路,它反映了單位磁勢産生單位磁通的能力,也就是這種材料的磁化能力,與尺寸無關。故磁化曲線B=f(H)在工程學上獲得了廣泛的應用。通常在手冊中見到剩磁Br及矯頑力Hc就出自B=f(H)曲線。這裏還要引入一個參數μ我們稱爲磁導率,
即 μ=B/H? ,? B=μ?H?
這是一個很重要的公式,在鐵磁物質中,由于存在飽和現象,μ是一個變化值;在真空(空氣可近似)中,μ是個常數,記爲μ0,真空磁導率它的值爲:μ0?=4π?10-7(享/米)
4、?磁滯現象,硬磁材料和軟磁材料
上面所述的磁化曲線中,當H=0時,B=Br≠0,也就是說磁通密度B落後于磁場強度H的變化,這種“B滯後H”的現象我們稱爲“磁滯現象”,在圖3、圖4中,a→b→c→d→e→f這條磁化曲線也稱爲磁滯曲線。
當一種材料的磁滯曲線很寬很肥時,即Br、Hc值較大時,對應的這種材料我們稱爲硬磁材料。通常我們使用的永磁材料屬于這一類。
當一種材料的磁滯曲線很窄很瘦時,即Br、Hc值較小時,對應這種材料我們稱爲軟磁材料。通常我們使用的導磁材料如矽鋼片,電解板,冷紮板都歸這一類。