磁性材料测量——磁化强度 M、磁极化强度 J、磁导率 μ

磁性材料测量——磁化强度 M、磁极化强度 J、磁导率 μ

1. 磁化强度 M

除式 B=μ0H 描述的真空介质外，其他介质的关系为：B = μ0（H+M）……….…(2.15) ,式中，M是磁化强度矢量。在这种关系中，μ0H 代表外部源的贡献，μ0M 代表了磁性材料内部的贡献。由此可得，即使外部磁场强度等于零，材料本身依然可以产生磁感应强度，因为它已被磁化（自生的或因之前被磁化）。

假定每种磁化材料包括大量的基本磁偶极子，磁偶极子由电子围绕原子核转动或自旋转动产生。这些磁偶极子由磁矩 m 表示。在材料完全退磁的情况下，平均磁矩平衡，由此产生的磁化为零。如果材料被磁化，其磁化强度 M 等于

     磁化强度定义为单位体积内分子磁矩的矢量和，单位和磁场强度同为A/m。

2. 磁极化强度J

早期的文献中，磁性材料由磁感应强度B描述。最近，许多标准推荐磁场极化强度J替代磁感应强度B：

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

   所以，磁场极化强度等于μ0M。因此在软磁材料典型应用中，磁场强度的值通常是不大于1kA/m，μ0为4π×10-7Wb/Am，所以磁感应强度B和极化强度J之间区别极小。在硬磁性材料方面，这种区别确实显著的，通常给出B=f（H）和J=f（H）这两种关系。

3. 磁导率 μ

磁性材料磁感应强度 B 与磁场强度 H 之间的关系为 B=μH…..….….….….….……(2.18)，在实践中，用这个关系描述材料属性很不方便，通常采用材料磁导率与真空磁导率比值关系，即相对磁导率 μr=μ/μ0，因此式(2.18)可改为：                                                                             

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

从理论上讲，磁导率μ是描述磁性材料属性的最好参数，因为它预示两个主要的材料参数磁感应强度B和磁场强度H的直接关系，但事实上，情况要复杂的多，因为：

（1）B和H之间的关系几乎总是非线性，因此磁导率取决于工作点（磁场强度的值）。图2.5 给出电工硅钢的一个典型曲线B=f（H）。可以看出，相对磁导率最大值达到约4000，但是，在高磁感应强度时其低得多（对于深度饱和时其值非常小，实际上不像是铁磁材料）。类似地，对于非常小的磁场，初始磁导率也大大减小，因此，固定值磁导率给出的信息仅仅是一个固定工作点。

（2）材料磁化受其形状的影响——磁体的磁导率与原材料磁导率可以完全不同。通常，不均匀磁化的磁体我们只能确定其平均值。

（3）大多数磁性材料是多晶的，材料的磁化方向不同（材料各向异性），磁导率也不同。因此，磁导率应该描述成张量形式：   

通常我们限定这一稳定在二维（2D）情况，但即使2D的磁化也非常复杂。

（4）磁导率取决于许多其他因素：频率和谐波（正弦波磁感应强度偏差）等。对于更高的频率，应该考虑磁导率的实部和虚部（复数磁导率），两者的关系为 μ=μ’+jμ’’。因此，从物理学角度来看尽管磁导率是一个非常有用的参数，但在技术应用方面，应用磁化曲线作为磁化过程的描述更加合理。尽管如此，在某些应用过程中，磁导率还是最重要的因素。例如，电磁屏蔽设计（磁导率值越高，屏蔽效果越好）、磁选矿机设计。在这些设备上，尽可能使用最高磁导率的磁性材料。目前，铁磁材料的相对磁导率可高达100 万。表2.2 给出了一些相对磁导率大的典型工业用铁磁材料。