傻傻分不清电路？专业电气学姐为你全方面解读（二十二）

我是如何学习电工基础之Part.22：物质的磁性

不知大家对铁磁物质的了解有多少？或者这样问，为什么电机的铁芯或变压器的铁芯都是由硅钢片制成？如下图22-1所示，变压器的以硅钢片制成铁芯，电机的绕组是嵌放在由硅钢片叠成的铁芯槽内。

▲图22-1

磁导率，在之前的学习分享中已经学过，是一个用来表示磁场媒质磁性即磁介质的物理量，也就是用来衡量物质导磁能力（即导磁性）的物理量，用符号μ表示，单位是H/m（亨/米），其值由媒质的性质所决定真空中的磁导率是一个常数，用μ₀表示，即μ₀=4π×10^-7H/m。其它任一媒质的磁导率与真空的磁导率的比值称为相对磁导率，用μ_r表示，即μ_r=μμ₀。

其中磁介质是指磁场中的物质，类似于电场中的电介质。而导磁性是指物质对磁场的影响能力。

在之前学习磁场的基本物理量的时候也提到过，磁导率μ与磁场强度H和磁感应强度B之间存在着某种关系，即H=μB或H=B/μ。根据相对磁导率的定义，我们可以很快地推导出相对磁导率μ、磁场强度H与磁感应强度B之间的关系如图22-2所示。

▲图22-2

图22-2中的式子表明，在同样磁场强度的情况下，磁场空间某点的磁感应强度与该点媒质的磁导率有关，若媒质的磁导率为μ，则磁感应强度将是真空中磁感应强度的μ_r倍。

不同材料的相对磁导率μ_r相差很大。自然界的所有物质根据磁导率的大小，大体分可以为非磁性物质和磁性物质两大类：

l 非磁性材料的相对磁导率为常数且接近于1；

l 磁性材料的相对磁导率则很大，其磁导率可比非磁性材料的要高10²～10⁶倍。

也就是说非磁性材料如空气、木材、瓷、胶木、铜、铝之类的磁介质，其导磁能力（即对磁场的增强程度）很弱且接近；而磁性材料如铁、镍、钴和它们的合金及氧化物之类的磁介质，其导磁能力很强。

非磁性物质其实很好理解，它们一般不能被磁铁吸合。非磁性材料分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而相互抵消，不具有磁化特性。它们的磁导率μ约等于真空磁导率μ₀，即μ≈μ₀，所以其相对磁导率μ_r≈1。

▲图22-3

当物质是非磁性材料时，如上图22-3所示，其中H=NI/l是磁介质的安培环路定理，在此就不展开讲述。从图22-3我们可以看到，非磁性物质的磁感应强度B和所处的磁场强度H成正比，它们的特性曲线呈线性关系；同样的，其磁通φ与产生磁场的电流I成正比，也是呈线性关系。也就是说，外加电流越大，电流产生的磁场的磁场强度越强，此时的磁介质即非磁性物质的磁感应强度和磁通量也越大，但这个增大是呈线性趋势。

当物质是磁性材料时，此时的B、H、φ与I就不是简单的线性关系了，因为此时的磁性材料存在很大的磁化现象。而关于磁性材料的磁化现象，这也是我们接下来要学习的内容。

其实，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同而已。根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可分为五类：顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物质、亚磁性物质及反磁性物质。其中顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料其实就是指的强磁性物质。

另外，磁性材料按磁化后去磁的难易程度可分为软磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去磁的物质叫硬磁性材料。一般来讲软磁材料剩磁较小，硬磁材料剩磁较大。

磁化，是指在受外磁场的作用下，由于材料中磁矩排列时取向趋于一致而呈现出一定的磁性的现象。其中磁矩是描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量。磁性物质内部会形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域的磁场排列整齐，显示磁性，这些小区域就称为磁畴。磁畴是天然磁化区，是磁性物质特有的结构，每一个磁畴都有自己的磁矩（即一个微小的磁场）。如下图22-4所示，一个个的小区域就是磁介质的磁畴。

▲图22-4

在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，如图22-4的（a）所示，磁场相互抵消，整体对外不显磁性。在外磁性作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，如图22-4的（b）所示，物质整体显示出磁性来，这就是磁化，即磁性物质能被磁化。

磁介质的磁化现象有点类似于电介质在电场中所产生的极化现象。极化的电介质产生一个附加电场，从而对原电场产生影响；磁化的磁介质也要产生附加磁场，显然，附加磁场对原磁场也会产生影响。

磁导率很大的铁磁材料磁化后，能显著地增强磁场，所以磁性物质被广泛地应用于电工设备中，电动机、电磁铁、变压器等设备线圈中都含有的铁芯，就是利用其磁导率大的特性，使得在较小的电流情况下得到尽可能大的磁感应强度和磁通，即铁芯材料的磁化。

学到这里，关于物质的磁性，我相信大家也有了一定程度的了解，下次我们会继续学习磁性物质的磁特性。那么，这次的学习就到此为止。

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