磁滞回线有什么性质？
2024-11-19 阅读 108
更新于 2024年11月21日
磁芯的磁通密度是 BB ，它与磁化力 HH 直接成正比。磁滞现象就是磁通密度 BB 落后于磁化力 HH 的现象。
矫顽力定义为将材料的剩余磁通密度降至零所需的负磁化力 -H-H 。
剩余磁通密度是在没有磁化力（即 H=0H=0 ）的情况下，磁性材料中每单位面积保留的磁通量的值。
剩余磁化强度是指在磁化力 HH 减少到零后，磁性材料保持其磁性的程度。它描述了材料在去磁后仍能保持的磁通密度 BB 的大小，是衡量材料保持磁性能力的一个重要参数。剩余磁化强度通常用符号 B_rB_r 表示。
下面我们一步一步的看下什么是磁滞回线：
当电流 II 为0时，没有磁通密度 BB 或磁化力 HH 。这在图表中由点‘o’表示。当电流从零值增加到某个值时，磁化力 HH 和磁通密度 BB 都会建立并沿着路径o -> a增加。对于某个电流值，磁通密度 BB 达到最大值 B_{m} B_{m} ，表示材料磁饱和或最大磁通密度。同时，在 HH 轴上标记了 H_{m} H_{m} 。所以在点‘a’之后，随着 HH 的进一步增加， BB 的值不再发生变化。当电流值从磁通饱和值减小时， HH 随着 BB 的减少而减小，不是沿着之前的路径，而是沿着曲线 a –> b。点‘b’表示当 I = 0 I = 0 时 H = 0 H = 0 且 BB 有一定值。 BB 落后于 HH 的现象称为磁滞。点‘b’解释了在移除磁化力 HH 后，磁性材料中仍保留有一定值的磁性，这被称为剩余磁性 B_r B_r 。这里，o –> b 是由于材料的剩余磁化强度而产生的剩余磁通密度的值。如果电流 II 的方向被反转， HH 的方向也会被反转。沿着路径 b –> c 增加反向的 HH 会减少剩余磁性 B_r B_r 的值，该值在点‘c’处变为零，此时 HH 有一定负值。这个负值的 HH 被称为矫顽力 H_c H_c 。HH 在负方向上进一步增加， BB 沿着路径 c –> d 反转。在点‘d’，再次发生磁饱和，但与之前的情况相反。在点‘d’， BB 和 HH 在反向上达到最大值，即 -B_{m} -B_{m} 和 -H_{m} -H_{m} 。如果我们在这个方向上减小 HH 的值， BB 会再次沿着路径 d -> e 减小。在点‘e’， HH 变为零值，但 BB 有有限值。点‘e’代表磁性芯材料的剩余磁性 -B_r -B_r ，与之前的情况相反。如果通过反转电流 II 再次反转 HH 的方向，那么剩余磁性或剩余磁通密度 -B_r -B_r 会再次减小，并在点‘f’沿着路径 e –> f 变为零。再次增加 HH ， BB 的值从零增加到其最大值或饱和水平，在点 a 沿着路径 f –> a。路径 a – b – c – d – e – f – a 就形成了磁滞回线～
以上～
磁滞回线表示磁场强度周期性变化时，强磁性物质磁滞现象的闭合磁化曲线，它具有以下性质：
饱和性
当磁场强度增大到一定程度时，磁感应强度不再随磁场强度的增加而显著增大，而是趋于一个饱和值。这是因为磁性材料内部的磁畴在强磁场作用下已基本趋于同向排列，继续增大磁场强度对磁畴的影响逐渐减小，从而导致磁感应强度的增加变缓直至饱和。不可逆性
磁滞回线的上升支和下降支并不重合，这体现了磁滞现象的不可逆性。当磁场强度从正向最大值逐渐减小到零时，磁感应强度并不沿原来的上升曲线回到零，而是保留一定的剩余磁感应强度 ，这是因为在正向磁化过程中，磁畴的排列发生了不可逆的变化，即使外磁场消失，部分磁畴仍保持一定的取向，从而使材料保留了一定的磁性。同样，当磁场强度从反向最大值回到零时，也会有反向剩余磁感应强度。这种不可逆性反映了磁性材料在磁化和退磁过程中能量的损耗和存储。对称性
磁滞回线关于原点对称。这意味着在正向和反向磁化过程中，材料的磁化特性具有相似性，只是方向相反。例如，正向磁场强度为 时对应的磁感应强度为 ，那么反向磁场强度为 时对应的磁感应强度为 。这种对称性反映了磁性材料在正反方向上的磁化机理相同，只是磁化方向不同。矫顽力
矫顽力是磁滞回线的一个重要参数，它是指使磁感应强度 为零时所需施加的反向磁场强度 。矫顽力的大小反映了磁性材料保持磁性的能力，矫顽力越大，材料越不容易退磁，磁性越稳定。不同的磁性材料具有不同的矫顽力，例如硬磁材料的矫顽力较大，常用于制造永久磁铁；而软磁材料的矫顽力较小，适合用于需要频繁磁化和退磁的场合，如变压器铁芯等。磁滞损耗
磁滞回线所包围的面积代表了在一个磁化周期内单位体积磁性材料所消耗的能量，即磁滞损耗。磁滞损耗是由于磁性材料在磁化和退磁过程中磁畴的不可逆转动和畴壁的不可逆位移等因素导致的能量损耗，以热量的形式散发出去。磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比，因此在选择磁性材料时，需要根据具体应用场景考虑磁滞损耗的大小，以提高能量利用效率。
磁滞回线具有以下性质：
不可逆性与滞后性：铁磁体磁化过程不可逆，磁感应强度变化滞后于磁场强度变化。如磁场强度由最大值减小时，磁感应强度沿比原来稍高曲线减小，磁场强度为零时，磁感应强度不为零，即有剩磁.
对称性：正常磁滞回线与原点对称，称S型回线。但部分材料因成分、处理方式等，磁滞回线会呈现不对称性，如粉末状钴表面有氧化钴层的材料.
饱和性：当磁化场足够大，磁化达到饱和状态，此时得到的正常磁滞回线为饱和磁滞回线，通常在此状态下定义矫顽力和剩磁大小.
剩磁性：铁磁质磁化到饱和后，磁场强度下降到零时，仍保留一定磁感应强度，即剩余磁化强度，不同磁性材料剩磁不同，永磁材料要求剩磁大，软磁材料则要求剩磁小.
矫顽力：使饱和磁化的铁磁质磁感应强度为零所需的反向磁场强度，反映磁性材料保持磁性状态的能力，永磁材料要求矫顽力大，软磁材料要求矫顽力小.
磁滞回线是描述磁性材料在外加磁场作用下磁化强度与磁场强度之间关系的曲线，它反映了材料的磁化和退磁过程，以及材料的磁性能。以下是磁滞回线的一些主要性质：
• 非线性特性：磁滞回线通常不是直线，表现出非线性特性，这与材料的磁化过程有关。
• 磁滞现象：磁滞回线展示了磁滞现象，即材料的磁化强度在去除外加磁场后不会完全回到零，存在剩余磁化强度。
• 矫顽力（Coercivity,Hc）：矫顽力是使磁化强度降为零所需的反向磁场强度，它是磁滞回线在横轴上截距的负值，反映了材料抗退磁的能力。
• 饱和磁化强度（Saturation Magnetization,Ms）：当外加磁场增加到一定值时，材料的磁化强度达到饱和，此时对应的磁化强度称为饱和磁化强度。
• 矩形度（Squareness）：磁滞回线的“矩形度”描述了曲线的形状，一个理想的矩形磁滞回线意味着材料具有完美的双稳态特性，即在较小的外部磁场变化下，材料的磁化状态可以保持在两个稳定状态之一。
• 磁滞损耗（Hysteresis Loss）：每次磁滞回线循环过程中，材料都会因为磁滞现象和涡流效应而损耗能量，这部分能量以热的形式散失，称为磁滞损耗。
• 磁滞回线面积：磁滞回线的面积与材料在一个磁化-退磁化周期内的能量损耗成正比，即与磁滞损耗相关。
• 各向异性：磁滞回线的形状和特性可以受到材料磁各向异性的影响，例如垂直磁各向异性（PMA）会影响磁滞回线的形状和矫顽力。
• 频率依赖性：磁滞回线波瓣的面积会随着激励频率的增加而单调减小，当激励频率趋于无穷大时，磁滞回线收缩为单值线性函数。这些性质是磁性材料设计和应用中的重要参数，影响着材料在存储、传感器、电机等技术领域的表现。
