下载文档原格式
项目五电磁应用技术任务一认知磁现象（2课时）学习目标掌握磁的基本知识，理解磁的基本概念。
一、磁的基本概念1.磁性物质具有吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。
2.磁体具有磁性的物体称为磁体。
磁体根据来源不同可分为天然磁体和人造磁体，人造磁体根据形状不同可分为条形磁铁、针形磁铁、U形磁铁等。
3.磁极磁体上磁性最强的区域称为磁极。
任何物体都有两个磁极，分别为南极（S）北极（N）。
两磁体的磁极间具有相互作用，即同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
应用：指南针、磁悬浮列车。
二、磁场与磁力线规定在磁场中某一点自由旋转的小磁针静止时北极所指的方向为该点的磁场方向。
描述磁场的几个物理量如下：1.磁力线为了形象地描述磁场这一概念，引入磁力线（磁感线）的概念。
磁体周围存在的磁力作用空间称为磁场。
我们规定：在磁体外部，磁力线由N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极。
在曲线上任意一点切线方向就是小磁针在磁力作用下静止时N极所指方向。
通常以磁力线方向来表示磁场方向。
用磁力线的疏密来描述磁场的强弱，磁力线越密集，磁场越强，反之越弱。
2.磁感应强度垂直通过单位面积的磁力线的数目称为该点的磁感应强度，用字母B表示，单位为特斯拉，简称特（T）。
3.磁通量垂直通过某一面积上的磁力线的总数称为通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母Φ表示，单位为韦伯，简称韦（Wb）。
匀强磁场磁通量为Φ=BS（5-1）任务二认知电流的磁场（2课时）学习目标（1）理解磁现象的电本质——电流的磁效应。
（2）掌握右手螺旋定制，学会判断电流产生磁场的方向。
电流的周围存在磁场，即电流的磁效应。
通电导体产生的磁场方向可以用右手螺旋法则（安培定则）来判断。
右手螺旋法则（安培定则）内容：1.直导体电流的磁场用右手握住通电导体，让拇指指向电流方向，则弯曲的四指的指向就是磁场方向。
2.螺线管电流的磁场用右手握住螺旋管，弯曲的四指指向线圈的电流方向，则拇指方向就是螺旋管内部磁场的方向。
软磁材料灵敏磁畴观察设计1.引言1.1 概述概述：软磁材料在电子领域具有广泛的应用，特别是在信息存储和传输方面。
磁畴是软磁材料中的一种磁性结构，对于理解材料的磁性质和性能具有重要意义。
因此，设计一种能够灵敏地观察软磁材料中磁畴变化的方法具有重要的研究价值和应用前景。
本文将对软磁材料灵敏磁畴观察设计进行深入研究和探讨。
首先，我们将介绍软磁材料的基本特性和应用背景，包括软磁材料的定义、性能指标和制备方法。
然后，我们将详细介绍灵敏磁畴观察设计的原理和方法，包括磁通显微镜和磁力显微镜等常用观察手段。
在介绍原理和方法之后，我们将探讨软磁材料中磁畴的形成机制和变化规律，以及磁畴与材料性能之间的关系。
同时，我们还将讨论不同外界条件对磁畴观察的影响，以及如何通过优化观察条件来提高软磁材料中磁畴的搜索和观察效率。
最后，我们将总结本文的主要内容，并展望未来对软磁材料灵敏磁畴观察设计的研究方向和发展趋势。
通过对软磁材料磁畴观察设计的深入研究，我们可以更好地理解软磁材料的磁性质和性能，为其在信息存储和传输等领域的应用提供有力的支持。
1.2文章结构文章结构描述了本文的整体框架和各个部分的内容安排。
本文的结构主要分为引言、正文和结论三大部分。
在引言部分，我们会对本文的背景和研究领域进行一个概述，以引起读者的兴趣和注意。
然后介绍文章的结构和各个部分的内容安排，让读者对整篇文章有一个整体的把握。
最后，明确本文的目的，即通过本研究对软磁材料灵敏磁畴观察设计进行探讨和分析，从而给相关研究提供一定的参考和指导。
接下来是正文部分。
首先，我们将介绍软磁材料的基本概念和特性，包括其磁性能、物理性质和应用领域等方面的内容。
然后，我们将详细阐述灵敏磁畴观察设计的原理和方法，包括实验设备、操作步骤和数据处理等方面的内容。
通过对软磁材料的灵敏磁畴观察设计进行深入探讨，我们将展示其在磁性材料研究中的重要作用和潜在应用价值。
最后是结论部分。
我们会对整篇文章的主要内容进行总结，归纳出一些重要的要点和结论。
软磁材料基本知识一、软磁材料的发展及种类1.软磁材料的发展软磁材料在工业中的应用始于十九世纪末。
随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器，在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。
到二十世纪初，研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率，降低了损耗。
直至现在硅钢片在电力工业用软磁材料中仍居首位。
到二十年代，无线电技术的兴起，促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等。
从四十年代到六十年代，是科学技术飞速发展的时期，雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高，生产出了软磁合金薄带及软磁铁氧体材料。
进入七十年代，随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金，除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金。
2.常用软磁磁芯的种类铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。
按(主要成分, 磁性特点, 结构特点) 制品形态分类:1). 合金类：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金2). 粉芯类：磁粉芯，包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）3). 铁氧体类：算是特殊的粉芯类， 包括：锰锌系、镍锌系常用软磁材料的分类及其特性(Soft Magnetic Materials)二、软磁材料的分类介绍(一). 合金类1.硅钢硅钢是一种合金，在纯铁中加入少量的硅（一般在 4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢，该类铁芯具有最高的饱和磁感应强度值为20000 高斯；由于它们具有较好的磁电性能，又易于大批生产，价格便宜，机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用，如电力变压器、配电变压器、电流互感器等铁芯。
是软磁材料中产量和使用量最大的材料。
也是电源变压器用磁性材料中用量最大的材料。
特别是在低频、大功率下最为适用。
常用的有冷轧硅钢薄板DG3、冷轧无取向电工钢带DW、冷轧取向电工钢带DQ，适用于各类电子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯，这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工，铁芯有叠片式及卷绕式。
磁性材料Jump to: navigation, search磁性材料magnetic material 可由磁场感生或改变磁化强度的物质。
按照磁性的强弱，物质可以分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等几类。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，其余为弱磁性物质。
现代工程上实用的磁性材料多属强磁性物质，通常所说的磁性材料即指强磁性材料。
磁性材料的用途广泛。
主要是利用其各种磁特性和特殊效应制成元件或器件；用于存储、传输和转换电磁能量与信息，或在特定空间产生一定强度和分布的磁场；有时也以材料的自然形态而直接利用(如磁性液体)。
磁性材料在电子技术领域和其他科学技术领域中都有重要的作用。
简史 中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。
早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载。
11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法。
1086年《梦溪笔谈》记载了指南针的制作和使用。
1099～1102年有指南针用于航海的记述，同时还发现了地磁偏角的现象。
近代，电力工业的发展促进了金属磁性材料──硅钢片（Si-Fe合金）的研制。
永磁金属从 19世纪的碳钢发展到后来的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。
随着通信技术的发展，软磁金属材料从片状改为丝状再改为粉状，仍满足不了频率扩展的要求。
20世纪40年代，荷兰J.L.斯诺伊克发明电阻率高、高频特性好的铁氧体软磁材料，接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体。
50年代初，随着电子计算机的发展，美籍华人王安首先使用矩磁合金元件作为计算机的内存储器，不久被矩磁铁氧体记忆磁芯取代，后者在60～70年代曾对计算机的发展起过重要的作用。
50 年代初人们发现铁氧体具有独特的微波特性，制成一系列微波铁氧体器件。
压磁材料在第一次世界大战时即已用于声纳技术，但由于压电陶瓷的出现，使用有所减少。
后来又出现了强压磁性的稀土合金。
非晶态（无定形）磁性材料是近代磁学研究的成果，在发明快速淬火技术后，1967年解决了制带工艺，正向实用化过渡。
软磁材料基本概念软磁材料：所谓软磁材料，特指那些矫顽力小、容易磁化和退磁的磁性材料。
所谓的软，指这些材料容易磁化，在磁性上表现“软”。
软磁材料的用途非常广泛。
因为它们容易磁化和退磁，而且具有很高的导磁率，可以起到很好的聚集磁力线的作用，所以软磁材料被广泛用来作为磁力线的通路，即用作导磁材料，例如变压器、传感器的铁芯，磁屏蔽罩，特殊磁路的轭铁等。
这里，介绍几种常用的软磁材料和用它们做成的常见元器件。
常用软磁材料：硅钢片：硅钢是含硅量在3％左右、其它主要是铁的硅铁合金。
硅钢片大量用于中低频变压器和电机铁芯，尤其是工频变压器。
硅钢的特点是具有常用软磁材料中最高的饱和磁感应强度（2.0T以上），因此作为变压器铁芯使用时可以在很高的工作点工作（如工作磁感值1.5T）。
但是，硅钢在常用的软磁材料中铁损也是最大的，为了防止铁芯因损耗太大而发热，它的使用频率不高，一般只能工作在20KHz以下。
硅钢通常是薄片状的，这是为了在制造变压器铁芯时减小铁芯的涡流损失。
目前硅钢片主要分热轧和冷轧两大类。
所谓热轧硅钢，是把硅钢板坯在850度以上加热后轧制，然后再进行退火。
由于轧制温度高，所轧制出来的硅钢片都是各向同性的，也就是说硅钢片的磁性在各个方向上相同。
这种各向同性的硅钢也叫做无取向硅钢。
无取向硅钢大量应用在电机中的定子或者转子。
因为要制造电机定子和转子，就要在大的硅钢片上冲压出圆形的零件。
这时总是希望硅钢片沿圆周方向磁性一致，所以要用无取向硅钢。
为了获得更好的磁性能，后来人们发明了冷轧硅钢片，即在较低温度下轧制，再退火。
冷轧取向硅钢片是其中的代表。
冷轧取向硅钢片首先对板坯进行冷轧，使得材料内部产生很多结构缺陷。
在随后的退火过程中，材料发生结构上的变化（称为再结晶），这种变化会使硅钢片在某个方向上磁性能非常好，也就是说磁性能和方向有关，因此被称为取向硅钢。
在最终使用时，让铁芯中的磁力线沿磁性能最好的方向通过，这样便可以最大限度地发挥硅钢片的磁性能潜力。
软磁材料基本概念
◆软磁材料：
所谓软磁材料，特指那些矫顽力小、容易磁化和退磁的磁性材料。
所谓的软，指这些材料容易磁化，在磁性上表现“软”。
软磁材料的用途非常广泛。
因为它们容易磁化和退磁，而且具有很高的导磁率，可以起到很好的聚集磁力线的作用，所以软磁材料被广泛用来作为磁力线的通路，即用作导磁材料，例如变压器、传感器的铁芯，磁屏蔽罩，特殊磁路的轭铁等。
这里，介绍几种常用的软磁材料和用它们做成的常见元器件。
◆常用软磁材料：
◇硅钢片：
硅钢是含硅量在3％左右、其它主要是铁的硅铁合金。
硅钢片大量用于中低频变压器和电机铁芯，尤其是工频变压器。
硅钢的特点是具有常用软磁材料中最高的饱和磁感应强度（2.0T以上），因此作为变压器铁芯使用时可以在很高的工作点工作（如工作磁感值1.5T）。
但是，硅钢在常用的软磁材料中铁损也是最大的，为了防止铁芯因损耗太大而发热，它的使用频率不高，一般只能工作在20KHz以下。
硅钢通常是薄片状的，这是为了在制造变压器铁芯时减小铁芯的涡流损失。
目前硅钢片主要分热轧和冷轧两大类。
所谓热轧硅钢，是把硅钢板坯在850度以上加热后轧制，然后再进行退火。
由于轧制温度高，所轧制出来的硅钢片都是各向同性的，也就是说硅钢片的磁性在各个方向上相同。
这种各向同性的硅钢也叫做无取向硅钢。
无取向硅钢大量应用在电机中的定子或者转子。
因为要制造电机定子和转子，就要在大的硅钢片上冲压出圆形的零件。
这时总是希望硅钢片沿圆周方向磁性一致，所以要用无取向硅钢。
为了获得更好的磁性能，后来人们发明了冷轧硅钢片，即在较低温度下轧制，再退火。
冷轧取向硅钢片是其中的代表。
冷轧取向硅钢片首先对板坯进行冷轧，使得材料内部产生很多结构缺陷。
在随后的退火过程中，材料发生结构上的变化（称为再结晶），这种变化会使硅钢片在某个方向上磁性能非常好，也就是说磁性能和方向有关，因此被称为取向硅钢。
在最终使用时，让铁芯中的磁力线沿磁性能最好的方向通过，这样便可以最大限度地发挥硅钢片的磁性能潜力。
例如，在变压器中，铁芯材料的磁力线是沿一个方向通过的，如果把硅钢片适当裁剪，然后卷绕成铁芯，使得铁芯周长方向恰好是硅钢片磁性能最好的方向，那么铁芯的导磁率就会很高，容易磁化，能量损耗小，最终提高了变压器效率。
我国对硅钢片的编号是：热轧硅钢片D（如D31指含硅3.1％的热轧硅钢）；冷轧硅钢片DT；高磁感取向硅钢片Q和QG。
这些材料的磁性能可以从相关的书籍和手册中得到。
◇坡莫合金：
坡莫合金指铁镍合金，其含镍量的范围很广，在35％－90％之间。
坡莫合金的最大特点是具有很高的弱磁场导磁率。
它们的饱和磁感应强度一般在0.6--1.0T之间。
最简单的坡莫合金是铁镍两种元素组成的合金，通过适当的轧制和热处理，它们能够具备高导磁率，同时也可以合理搭配铁和镍的含量，获得比较高的饱和磁感应强度。
但是，这种坡莫合金的电阻率低，力学性能不好，所以实际应用并不很多。
目前大量应用的坡莫合金是在铁镍的基础上添加一些其它元素，例如钼、铜等。
添加这些元素的目的是增加材料的电阻率，以减小做成铁芯后的涡流损失。
同时，添加元素也可以提高材料的硬度，这尤其有利于作为磁头等有磨损的应用。
坡莫合金的生产过程比较复杂。
例如，板材轧制的工艺、退火温度、时间、退火后的冷却快慢等都对材料最终的磁性能有很大影响。
我国的坡莫合金牌号是1JXX。
其中，J表示“精密合金”，“1”表示软磁，后面的数字为序号，通常表示合金中的含镍量。
例如1J50、1J851等。
坡莫合金具有高的导磁率，所以常常用在中高频变压器的铁芯或者对灵敏度有严格要求的器件中，例如高频（数十KHz）开关电源变压器、精密互感器、漏电开关互感器、磁屏蔽、磁轭等。
软磁铁氧体：
铁氧体是一系列含有氧化铁的复合氧化物材料（或者称为陶瓷材料）。
铁氧体的特点是饱和磁感应强度很低（0.5T以下），但导磁率比较高，而且电阻率很高（这时因为铁氧体是由很小的颗粒压制成的，颗粒之间的接触不好，所以导电不佳），因此非常有利于降低涡流损耗。
正因为如此，铁氧体能够在很高的频率下（可以达到兆Hz甚至更高）使用，而它的饱和磁感应强度低，因此不适合在低频下使用。
铁氧体最广泛的用途是高频变压器铁芯和各种电感铁芯。
◆常用软磁元器件：
◇变压器：所谓变压器，就是利用电磁感应实现交流电压变换的器件。
变压器的原理已经在“电磁感应”中说明。
因为变压器的铁芯处于不断变化的电磁场中，铁芯材料的磁化强度和磁感应强度也是不断改变的。
这就自然要求铁芯材料对这种变化的阻力小，变化足够灵敏。
所以，几乎对所有的变压器铁芯，都要求导磁率高。
同时，交变的电磁场必然会在铁芯中产生能量损耗（例如涡流），所有还要求材料的铁损低，以降低铁芯的温升，提高变压器效率。
变压器的形式和品种繁多。
在不同的场合，变压器的工作方式大不相同，所以对变压器铁芯的具体要求也存在很大差别。
低频变压器：工作频率较低（例如低于1KHz）一般地，工作点较低时电流和电压都是正弦波。
由于频率低，铁芯损耗不大，所以铁芯的工作磁感可以设计得比较高。
因此这时需要高饱和磁感的软磁材料作铁芯，例如硅钢。
硅钢片作为配电变压器铁芯时，工作磁感可以达到1.4T以上。
铁基非晶合金作为变压器铁芯时，工作点可以达到 1.3T。
为了提高变压器效率，要求铁芯材料的铁损低，同时要求材料导磁率高，以减小初级线圈的激磁电流，降低因线圈电阻带来的损耗（称为铜损）。
高频变压器：随着技术的进步，高频电源已经大量应用。
之所以发展高频电源，是因为传统的工频电源效率不高。
从电磁感应原理不难推出，变压器铁芯所能够传输的功率与磁通变化的频率成正比。
因此，如果提高变压器的工作频率，那么变压器铁芯的体积便可以大幅度缩小，重量减轻，并且提高电源的效率，降低各种损耗。
所以，自从七十年代以来，高频电源的发展非常迅猛。
但另一方面，工作频率的提高会导致变压器铁芯铁损的急剧增大。
要解决这个问题，一是降低铁芯的工作磁感，二是采用更好的软磁材料。
通常，高频变压器铁芯不能再使用硅钢片，而是要用损耗更小的铁镍合金（坡莫合金）、铁氧体或者非晶合金
◇滤波电感、扼流圈及电抗器：
在稳压电源和开关电源中，为了消除晶体管整流产生的巨大纹波、得到平滑的直流输出而使用的器件。
我们知道，电感就是一个通交流电的螺线管线圈（可以含有铁芯）。
由于线圈在通电的瞬间会产生感应电压，而该感应电压的反向是反抗所通电流形成的磁通，因此电感器件对变化的电流存在一种阻碍作用，使其不能通过，这称为感抗。
所通信号变化越快，感抗就越大，因此电感器件的特点是信号的频率越高，器件对该信号的阻碍就越强。
如果对电感通上一个直流信号，那么器件对信号没有阻碍。
电感器件对交流电的阻碍作用使用在电源上，安装在整流后的电路中，可以挡住交流信号，而让直流信号通过，仿佛是把交流信号过滤掉了。
所以，电感（或者电感和其它元器件的组合）又称为滤波器。
因为电感铁芯工作在交直流叠加状态，所以铁芯不但要承受交流信号的磁化，而且还有直流电流
的磁化（称为偏磁）。
这时，铁芯既要有较高的导磁率，用来产生电感量，以阻止交流信号的通过，又要防止因直流信号的偏磁导致铁芯被磁化到饱和。
为了做到这一点，经常采用的手段是把铁芯切口，这样可以使铁芯在较大直流电流磁化时不饱和。
另外就是采用粉末做的铁芯。
粉末铁芯一般是用软磁材料的粉末和粘接剂、绝缘剂压制成的。
由于粉末颗粒之间被粘接剂和绝缘剂隔离开来，铁芯虽然被压制成了一个整体，但实际上磁路是断开的，就好象在铁芯的磁路上开了许多小小的切口，这样也就防止了铁芯被磁化饱和。
