• 磁滯現象

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    簡介

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    當外部磁場應用于鐵等鐵磁體并且原子偶極子與其對齊時,就會發生磁滯現象。 即使移除磁場,也會保留部分排列:材料已被磁化。

    一旦磁化,磁鐵將無限期地保持磁化狀態。 要使其消磁,需要熱量或相反方向的磁場。這是在硬盤驅動器中提供內存元素的作用。

    在這種材料中,場強 H 和磁化強度 M 之間的關系不是線性的。 如果磁體退磁 (H = M = 0) 并且繪制 H 和 M 之間的關系以增加場強水平,則 M 遵循初始磁化曲線。 該曲線首先快速增加,然后接近稱為磁飽和的漸近線。 如果磁場現在單調減少,則 M 遵循不同的曲線。 在零場強下,磁化從原點偏移一個稱為剩磁的量。 如果針對所有外加磁場強度繪制 H-M 關系,則結果是稱為主環路的磁滯環路。 中間部分沿H軸的寬度是材料矯頑力的兩倍。

    仔細觀察磁化曲線通常會發現一系列小的、隨機的磁化跳躍,稱為巴克豪森跳躍。 這種效應是由于位錯晶體學缺陷造成的。

    磁滯現象環路并不僅限于具有鐵磁有序的材料。 其他磁性排序,如自旋玻璃排序,也表現出這種現象。

    物理起源

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    鐵磁材料中的滯后現象是兩種效應的結果:磁化旋轉和磁疇大小或數量的變化。 一般來說,磁鐵的磁化強度會發生變化(方向而非幅度),但在足夠小的磁鐵中則不會。 在這些單疇磁體中,磁化通過旋轉響應磁場。 單疇磁鐵用于需要強而穩定的磁化的地方(例如,磁記錄)。

    較大的磁體被分成稱為磁疇的區域。 在每個域內,磁化強度不變; 但是疇之間是相對較薄的疇壁,其中磁化方向從一個疇的方向旋轉到另一個疇的方向。 如果磁場發生變化,墻壁就會移動,從而改變磁疇的相對大小。 因為磁疇的磁化方向不同,單位體積的磁矩比單疇磁體小; 但是疇壁只涉及一小部分磁化的旋轉,因此改變磁矩要容易得多。 磁化強度也可以通過增加或減少磁疇(稱為成核和去核)來改變。

    測量

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    磁滯現象可以用多種方式來表征。 通常,將磁性材料放置在由電磁鐵感應的變化施加的 H 場中,并測量產生的磁通密度(B 場),通常通過在樣品附近的拾波線圈上引入的感應電動勢來測量。 這產生了特征 B-H 曲線; 因為磁滯表示磁性材料的記憶效應,所以 B-H 曲線的形狀取決于 H 的變化歷史。

    或者,滯后可以繪制為磁化 M 代替 B,給出 M-H 曲線。 這兩條曲線直接相關,因為 B = μ 0 ( H + M ) {\displaystyle B=\mu _{0}(H+M)} 。

    根據磁性材料在磁路中的放置方式,測量可以是閉路或開路。

    磁滯現象

    • 在開路測量技術(例如振動樣品磁力計)中,樣品懸浮在電磁鐵兩極之間的自由空間中。 因此,產生退磁場,磁性材料內部的H場與外加H不同。校正退磁效應后可得到正常的B-H曲線。
    • 在閉路測量(例如磁滯圖)中,樣品的平面直接壓在電磁鐵的兩極上。 由于極面具有高磁導率,這消除了退磁場,因此內部 H 場等于外加 H 場。

    對于硬磁材料(如燒結釹磁體),磁化反轉的詳細微觀過程取決于磁體是處于開路還是閉路配置,因為磁體周圍的磁性介質會影響磁疇之間的相互作用 無法通過簡單的退磁因子完全捕獲的方式。

    模型

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    最著名的滯后經驗模型是 Preisach 和 Jiles-Atherton 模型。 這些模型允許對磁滯回線進行精確建模。

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    1. 簡介
    2. 物理起源
    3. 測量
    4. 模型

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