铁磁物质的磁化

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线实验讲义铁磁材料按特性分硬磁和软磁两大类，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线，反映该材料的重要特性，也是设计选用材料的重要依据。

一：实验目的：1．．．认识铁磁材料的磁化规律，比较两种典型铁磁物质的动态磁特性。

2．．．测定样品的基本磁化特性曲线(B m-H m曲线)，并作μ—H曲线。

3．．．测绘样品在给定条件下的磁滞回线，以及相关的H c，B r，B m，和[H B ]等参数。

二：实验原理：铁磁物质是一种性能特异，在现代科技和国防上用途广泛的材料。

铁，钴，镍及其众多合金以及含铁的氧化物〔铁氧体〕均属铁磁物质。

其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，磁导率μ 很高。

另一特性是磁滞，即磁场作用停止后，铁磁材料仍保留磁化状态。

图一为铁磁物质的磁感应强度Β与磁场强度HH图一铁磁物质的起始磁化曲线和磁滞回线图中的原点。

表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=O 。

当外磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段落0a所示；继之B随H迅速增长，如ab段所示；其后，B的增长又趋缓慢；当H值增至Hs 时，B 的值到达Bs ，在S点的B s和H s，通常又称本次磁滞回线的B m和H m。

曲线oabs段称为起始磁化曲线。

当磁场从H s逐渐减少至零时，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到o点，而是沿一条新的曲线sr下降，比较线段os和sr，我们看到：H减小，B也相应减小，但B的变化滞后于H的变化，这个现象称为磁滞，磁滞的明显特征就是当H=0时，B不为0，而保留剩磁B r。

当磁场反向从o逐渐变为-H c时，磁感应强度B=O，这就说明要想消除剩磁，必须施加反向磁场，H c称为矫顽力。

它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段rc称为退磁曲线。

图一还说明，当外磁场按H s →0→-H c→-H s→0 → H c→ H s次序变化时，相应的磁感应强度则按闭合曲线srcs’r’c’s变化时，这闭合曲线称为磁滞回线。

铁磁性物质被磁化的外因铁磁性物质是一种有磁性的物质，它们具有通过外力被磁化的能力。

磁化是一种物质处于特殊情况下时物质的局部电的结构发生改变的现象，对于铁磁性物质而言，它们会在被施加外力时被磁化。

外力会产生一个磁场，这个磁场会在铁磁性物质中产生分布电荷，也就是被磁化。

铁磁性物质被磁化的外因主要有三个：一是通过磁场外力，通常由外部电磁机构产生；二是由于金属结构受损引起的机械损伤；三是材料特性对外部磁场改变的响应能力，即当物质中的电子被外部磁场扰乱时，电子的极化变化会使物质的磁强度发生变化。

首先，外力可以通过磁场来磁化铁磁性物质，外力是指任何可以使外部物体受到影响的力，例如电磁场。

当有一个磁场的存在，磁场的作用力对物质的内部自然而然的，如果外界磁场强度足够大，那么这个磁场会使物质内部的电子受到扰乱，从而产生磁化效应，使物质变成具有一定磁强度的磁性物质。

其次，因为金属结构受损，也可以引起铁磁性物质被磁化，这种情况下的磁化是由于这些金属结构受到机械损伤而引起的。

由于这些金属结构的断裂，其物理性质也会产生磁化，因为当金属结构受损时，里面的电子会变得稀疏，使得里面的电子容易受到外部磁场的影响，从而使铁磁性物质被磁化。

最后，铁磁性物质被磁化的外因还有一个是材料特性对外部磁场改变的响应能力，这就是指物质中电子受外部磁场的影响时会发生极化变化，使其磁强度发生改变。

不同的物质，在外部磁场的影响下，响应的能力也是不同的，有的材料会变得非常易磁化，而有的材料可能不会被外部磁场影响。

综上所述，铁磁性物质被磁化的外因主要有三个：一是由于外力产生的磁场，可以使得外部物质受到影响；二是由于金属结构受损，导致机械损伤引起的磁化；三是材料特性对外部磁场改变的响应能力，也会导致物质被磁化。

这三种外因构成了铁磁性物质被磁化的外因。

当这几种外因发挥作用时，就会使得铁磁性物质被磁化，从而改变它们的物理性质。

此外，当磁化的效果达到一定程度的时候，有时会出现反磁化的现象。

铁磁、反铁磁和亚铁磁的异同铁磁、反铁磁和亚铁磁是几种常见的磁性物质类型，它们在磁矩的排列方式、磁性行为等方面存在着一些相似和不同之处。

本文将从磁矩排列、磁性行为和应用领域等方面详细介绍这三种磁性物质的异同。

一、磁矩排列铁磁、反铁磁和亚铁磁在磁矩排列方面存在明显差异。

1. 铁磁铁磁物质的磁矩在外磁场作用下，趋向于与外磁场方向相同或者相反。

磁矩的方向有序排列，使得整个物质呈现出较强的磁性。

常见的铁磁物质有铁、钴、镍等。

2. 反铁磁反铁磁物质的磁矩在外磁场作用下，趋向于与外磁场方向垂直。

磁矩之间存在着反平行排列的规律，使得整个物质在无外磁场时呈现出弱磁性。

随着外磁场的增强，反铁磁物质的磁性会逐渐减弱。

反铁磁性是由于内部层的自旋配对所引起的，层间的自旋配对是反平行排列的。

铁磁物质的晶体结构对层间自旋配对的形成起着重要的作用。

常见的反铁磁物质有氧化亚铁（FeO）等。

3. 亚铁磁亚铁磁物质处于铁磁和反铁磁之间的一类磁性物质。

它的磁矩即有一定的有序性，又存在一定的无序性。

在外磁场下，亚铁磁物质的磁性程度介于铁磁和反铁磁之间，磁矩的排列并不像铁磁物质那样有序，也不像反铁磁物质那样完全反平行排列。

常见的亚铁磁物质有氧化铁（Fe3O4）等。

二、磁性行为铁磁、反铁磁和亚铁磁在磁性行为方面也存在差异。

铁磁物质的磁性行为主要表现为顺磁性和铁磁性。

顺磁性是指在外磁场作用下，磁矩与外磁场方向一致，而且强度与磁场强度成正比。

铁磁性是指在外磁场作用下，磁矩不仅与外磁场方向一致，并且强度比顺磁性更强。

铁磁物质在自发磁化时，能产生较强的磁感应强度。

这种磁性行为类似于磁针指向北极。

2. 反铁磁反铁磁物质的磁性行为主要是反铁磁性。

反铁磁性是指在无外磁场时，磁矩之间存在反平行排列，而且没有自发磁化。

在外磁场作用下，反铁磁物质的磁化程度会随着磁场强度的增加而减小。

3. 亚铁磁亚铁磁物质的磁性行为介于铁磁和反铁磁之间。

亚铁磁物质在外磁场作用下会发生自发磁化，但磁化程度不及铁磁物质那么强。

铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。

如航天、通信、自动化仪表及控制等都无不用到铁磁材料(铁、钴、镍、钢以及含铁氧化物均属铁磁物质)。

因此，研究铁磁材料的磁化性质，不论在理论上，还是在实际应用上都有重大的意义。

本实验使用单片机采集数据，测量在交变磁场的作用下，两个不同磁性能的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线。

1)铁磁材料的磁化及磁导率铁磁物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁滞的特性。

一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁性规律的。

图20—1起始磁化曲线和磁滞回线图20—2基本磁化曲线当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B均为零，即图20—1中B～H曲线的坐标原点0。

随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两者之间不是线性关系。

当H增加到一定值时，B不再增加(或增加十分缓慢)，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。

Hm和Bm分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中a点)。

如果再使H逐渐退到零，则与此同时B也逐渐减少。

然而H和B对应的曲线轨迹并不沿原曲线轨迹a0返回，而是沿另一曲线ab下降到Br，这说明当H下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性，这种现象称为磁滞，Br称为剩磁。

将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到H=-Hc，磁感应强度消失，这说明要消除剩磁，必须施加反向磁场Hc。

Hc称为矫顽力。

它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力。

图20—1表明，当磁场按Hm→0→-Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序变化时，B所经历的相应变化为Bm→Br→0→-Bm→-Br→0→Bm。

于是得到一条闭合的B～H曲线，称为磁滞回线。

所以，当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心)，它将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。

在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗。

可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。

应该说明，对于初始态为H=0，B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化的过程中，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图20—2所示。

铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线在各类磁介质中，应用最广泛的是铁磁物质。

在20世纪初期，铁磁材料主要用在电机制造业和通讯器件中，如发电机、变压器和电表磁头，而自20世纪50年代以来，随着电子计算机和信息科学的发展，应用铁磁材料进行信息的存储和纪录，例如现以成为家喻户晓的磁带、磁盘，不仅可存储数字信息，也可以存储随时间变化的信息；不仅可用作计算机的存储器，而且可用于录音和录像，已发展成为引人注目的系列新技术，预计新的应用还将不断得到发展。

因此，对铁磁材料性能的研究，无论在理论上或实用上都有很重要的意义。

磁滞回线和基本磁化曲线反映了铁磁材料磁特性的主要特征。

本实验仪用交流电对铁磁材料样品进行磁化，测绘的B-H曲线称为动态磁滞回线。

测量铁磁材料动态磁滞回线的方法很多，用示波器测绘动态磁滞回线具有直观、方便、迅速及能在不同磁化状态下（交变磁化及脉冲磁化等）进行观察和测绘的独特优点。

一、实验目的1．认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。

2．掌握铁磁材料磁滞回线的概念。

3．掌握测绘动态磁滞回线的原理和方法。

4．测定样品的基本磁化曲线，作μ－H曲线。

5．测定样品的H C、B r、H m和B m等参数。

6．测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。

二、实验原理1．铁磁材料的磁滞特性铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。

铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。

其特性之一是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ=B/H很高。

另一特征是磁滞，铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B之间关系的特性。

即磁场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。

将一块未被磁化的铁磁材料放在磁场中进行磁化，图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O，当磁场强度H从零开始增加时，磁感应强度B随之从零缓慢上升，如曲线oa所示，继之B随H迅速增长，如曲线ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H 增至H S时，B达到饱和值B S，这个过程的oabS曲线称为起始磁化曲线。

铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化概述磁化（magnetization）是指物质在外加磁场的作用下出现的磁化现象。

对于铁磁性物质，它们可以在磁场的存在下表现出明显的磁化。

铁磁性物质的磁化是由于铁磁性材料微小的磁偶极子沿磁场方向定向排序而产生的。

在外界磁场的作用下，铁磁性材质可以产生强磁矩，表现出显著的磁性。

铁磁性物质的磁化现象在科学、工程和技术领域都具有重要的应用价值。

铁磁性物质的分类铁磁性物质根据其磁性质可以分为硬磁性物质和软磁性物质两类。

硬磁性物质是指那些在外部磁场影响下难以改变自身磁化状态的材质。

硬磁性物质通常有高的剩磁（Mr）和高的矫顽力（Hc）。

硬磁性物质常用于制造磁性记忆体（例如磁盘、磁带等）。

软磁性物质是指那些在外部磁场影响下能够迅速改变自身磁化状态的材质。

软磁性物质通常有低的剩磁（Mr）和低的矫顽力（Hc）。

这种材质通常用于制造电声设备或者变压器等电气设备。

铁磁性物质的基本原理铁磁性物质的磁性来源于内部的电子自旋。

铁磁性物质中的原子或分子，由于它们的自旋角动量和轨道运动，会发生磁矩的产生。

对于铁磁性物质而言，当自由电子在外加磁场的作用下，自旋和轨道的角动量会对齐，从而产生磁异方性。

磁异方性参数（MAE）是指能够导致磁矩在晶体中取向的物理参数。

磁异方性是由于晶体结构决定的。

铁磁性物质在外部磁场作用下，其磁矩会沿磁场定向排序，从而实现磁化。

铁磁性物质的磁化过程1.外部磁场的作用当外部磁场开始作用时，铁磁性物质中的电子会受到外部磁场的力作用，开始发生原子核外的电子自旋角动量和轨道运动的相互影响，从而开始发生磁矩的定向。

在强磁场作用下，磁矩几乎都是沿着磁场方向定向的。

2.磁矩随磁场变化的过程磁矩随磁场变化的过程可以用一条磁化曲线来表示。

铁磁性物质在外部磁场作用下，其磁矩沿磁场方向逐渐增大（磁饱和），直至达到磁矩最大值。

当外部磁场逐渐减小时，磁矩会逐渐减小，最终回到初始状态。

3.外部磁场的消失当外部磁场消失时，原子磁矩会回到自由状态下的热磁状态，磁矩大小与方向会随机分布。

铁磁材料的磁化过程铁磁材料的磁化过程是指在外加磁场的作用下，铁磁材料内部的磁矩发生重新排列的过程。

这个过程可以分为磁化和去磁化两个阶段。

一、磁化阶段在没有外加磁场的情况下，铁磁材料的磁矩是杂乱无章的，呈现无序状态。

当外加磁场开始作用时，磁矩会受到力的作用，趋向于与外磁场的方向一致，逐渐发生磁矩排列的变化。

首先是在外加磁场的作用下，磁矩开始发生定向排列。

由于各个磁矩之间的相互作用力，磁矩会逐渐转向与外磁场方向一致的方向。

这个过程中，磁矩的转动速率是不断增加的，直到达到一个稳定状态。

其次是在磁矩达到稳定状态后，磁矩之间开始发生磁偶极子的相互作用。

这个相互作用会使得磁矩更加趋向于与外磁场一致的方向，进一步加强磁化效果。

同时，随着磁矩的定向排列，材料内部形成了一定的磁畴结构。

最后是当外磁场达到一定强度时，材料内部的磁畴结构开始形成连续的磁畴。

这个连续的磁畴结构使得材料具有更强的磁化效果，并且能够保持较长时间。

在这个阶段，铁磁材料已经达到了饱和磁化状态，不再对外加磁场产生进一步的响应。

二、去磁化阶段当外加磁场逐渐减小或消失时，铁磁材料的磁化状态也会逐渐发生变化，从饱和磁化状态向无磁化状态过渡。

首先是在外磁场减小的过程中，磁矩开始发生反向旋转。

由于外磁场的减小，磁矩之间的相互作用力逐渐减弱，磁矩开始重新调整方向，逐渐回到无序的状态。

其次是当外磁场减小到一定程度时，磁矩之间的相互作用力完全消失，磁矩恢复到无序状态，材料内部的磁畴结构也逐渐消失。

这个过程中，铁磁材料的磁化效果逐渐减弱，直到完全无磁化。

最后是当外磁场完全消失时，铁磁材料恢复到无磁化状态。

在这个阶段，磁矩之间不再存在相互作用力，铁磁材料内部的磁畴结构也完全破坏，磁矩呈现无序状态。

总结起来，铁磁材料的磁化过程是一个磁矩排列的过程。

在外加磁场的作用下，磁矩逐渐与外磁场方向一致，形成稳定的磁畴结构，达到饱和磁化状态。

而在外磁场减小或消失时，磁矩重新调整方向，磁畴结构逐渐破坏，最终恢复到无磁化状态。

为什么铁磁性物质可以被磁化铁磁性物质是指能够表现出明显磁性的物质，如铁、镍和钴等。

在外界磁场的作用下，这些物质可以被磁化。

那么，为什么铁磁性物质能够被磁化呢？本文将从微观层面和宏观层面两个角度解答这个问题，揭示铁磁性物质被磁化的原理。

一、微观层面解析铁磁性物质的磁化与其内部的微观结构密切相关。

这些物质的原子或离子具有未配对的自旋电子，自旋电子对磁化起着重要作用。

1. 自旋电子自旋电子是指一个电子自身所具备的旋转运动。

在铁磁性物质中，许多原子或离子内部存在未配对的自旋电子。

这些自旋电子具有磁矩，即它们在外磁场中会受到力矩的作用。

2. 磁矩的相互作用在铁磁性物质中，未配对的自旋电子会相互作用形成微观的磁区。

这些磁区内的自旋电子呈现类似于“北极”和“南极”的排列，即具有磁矩。

在没有外磁场作用时，各个微观磁区的磁矩呈无序排列。

当外磁场作用于铁磁性物质时，这些微观磁区的磁矩会发生重新排列，并趋向于在同一方向上对齐，形成一个整体的磁化方向。

这种自发形成的磁化方向被称为自发磁矩。

二、宏观层面解析除了微观层面的解释外，我们还可以从宏观层面来理解铁磁性物质的磁化。

1. 磁畴结构在宏观上观察，铁磁性物质可以被划分为许多微观磁区，这些磁区被称为磁畴。

在没有外磁场作用时，各个磁畴内的自旋电子具有各向异性，呈无序排列。

当外磁场作用于铁磁性物质时，磁畴的边界开始运动，磁畴的大小和数目发生改变。

最终，磁畴内的自旋电子趋向于在同一方向上对齐，形成整体的磁化方向。

2. 磁化过程铁磁性物质的磁化过程可以分为三个阶段：磁畴起源、磁畴生长和磁畴扩展。

磁畴起源阶段是指在外磁场作用下，微观磁区开始出现磁化方向的倾斜。

磁畴生长阶段是指磁畴内的自旋电子逐渐趋向于在同一方向上对齐，并使磁畴的大小和数目增加。

磁畴扩展阶段是指当外磁场继续增大时，磁畴开始融合并扩展，直到整个铁磁性物质都被磁化。

三、结论铁磁性物质能够被磁化，是由于其微观层面的自旋电子相互作用和宏观层面的磁畴结构变化所致。

铁磁材料磁化现象铁磁材料磁化现象铁磁材料是一种具有磁性的金属材料。

它们具有一个非常强的磁化现象，这意味着它们可以在外部磁场作用下发生强烈的磁化。

铁磁材料的磁性质是由它们晶格结构内的原子或离子间的相互作用、轨道运动和自旋的作用所决定的。

因此，铁磁材料可以被分为两类，一类是基于磁性离子的铁磁材料，如氧化铁，它的磁性质是由铁原子产生的；另一类是基于铁元素的铁磁材料，如钢，它的磁性质是由铁元素自身的磁性所导致的。

当一个铁磁材料处于外部磁场中时，它的磁性将发生明显的改变。

在外部磁场的作用下，铁磁材料中的自由电子将面临更强的作用力，这意味着它们的自旋将随之改变。

因此，部分自由电子将在一个相对较小的外部磁场作用下开始排列在同一方向上，并形成一个磁矩。

这个磁矩会随着外部磁场的增强而变得更加强大，从而使铁磁材料中其他自由电子的自旋也偏向于沿着一个特定的方向排列。

这种自身产生的磁场可以被认为是由整个铁磁材料中的磁矩所产生的。

当外部磁场被移除时，铁磁材料的磁性将仍然存在。

这是因为磁矩将继续保持在同一方向上排列，直到另一个外部磁场改变了它们的方向。

因此，铁磁材料是具有长期稳定的磁性的。

铁磁材料还具有另一种磁化现象，被称为反铁磁性。

在反铁磁材料中，磁矩在不同的晶格单元中具有相反的方向，因此磁性非常弱。

这种磁化现象常常被用于构建磁难题设备和存储器，因为它可以在不需要外部磁场的情况下控制数据的读取和存储。

总的来说，铁磁材料的磁化现象是一种非常重要的科学现象。

它拓宽了材料科学家们的研究领域，并且为磁性存储和电子设备的发展提供了非常有价值的基础。

随着科学技术的不断发展，我们也能够期待铁磁材料的产生和应用会越来越广泛。