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渗透率和饱和度

第十四章-磁学及电磁学

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的非线性材料磁导率可以用图表表示,以便更好地理解。我们将场强(H)的量,等于场强(mmf)除以材料的长度,放在图形的横轴上。在纵轴上,我们将放置通量密度的数量(B),等于总通量除以材料的横截面积。

我们将使用场强(H)和磁通密度(B)来代替场强(mmf)和总磁通(φ),这样我们的图形形状就与我们测试材料的物理尺寸无关。我们这里要做的是展示磁场力和通量之间的数学关系任何一种特定物质的一大块,与描述一种物质的精神相同比电阻用欧姆- cil /ft代替实际的电阻在欧姆。

磁场力与磁通的数学关系

这叫做正常的磁化曲线,或磁化曲线,对于任何特定的材料。注意上述任何一种材料(铸铁、铸钢和薄钢板)的熔剂密度是如何随着场强的增加而趋于稳定的。这种效应被称为饱和。当所施加的磁力很小(低H)时,只有少数原子是对齐的,其余原子在附加的力下很容易对齐。

然而,随着更多通量被塞进相同的铁磁材料的横截面积,减少原子内可用材料,使它们的电子与额外的力量,所以它需要更多的力量(H)越来越少的“帮助”创造更多物质的通量密度(B)。把这个经济条款上,我们看到了投资(H)的收益(B)递减的情况。饱和是一种只限于铁芯电磁铁的现象。

空芯电磁铁不会饱和,但另一方面,在相同的导线匝数和电流下,它们产生的磁通不会像铁磁磁芯那样大。

磁滞

另一个搅乱我们对磁通量与力的分析的怪癖是磁现象磁滞。一般来说,磁滞指在系统中,当方向发生变化时,输入和输出之间的滞后。谁有没有开旧的汽车“宽松”转向知道滞后是:改变从左转右转(反之亦然),你必须转动方向盘一个额外的金额来克服内置的“滞后”之间的机械连接系统汽车的方向盘和前轮。

在磁性系统中,铁磁材料出现磁滞现象,当外加磁场力被消除后,该材料仍会保持磁化(参见“记忆力(在本章第一节),如果力的极性颠倒了。

让我们再次使用相同的图表,只延伸轴以指示正数和负数。首先,我们将应用增加的现场力(电流通过我们的电磁铁的线圈)。根据正常磁化曲线,我们应该看到磁通密度增加(上升和向右):

通量密度和场强的例子

接下来,我们将停止通过电磁铁线圈的电流,看看磁通量发生了什么,让第一个曲线仍然在图上:

通量密度和场强的例子

由于材料的保持性,我们仍然有一个磁通,没有施加的力(没有电流通过线圈)。我们的电磁铁芯是a永久磁铁在这一点上。现在我们慢慢地施加同样大小的磁场力相反我们的样品指示:

通量密度和场强的例子

磁场强度(H)完全为正值时,通量密度现在已经达到一个等值点,除了在负或相反的方向。让我们再次停止通过线圈的电流,看看还有多少通量:

通量密度和场强的例子

再一次,由于材料的自然保持力,它将持有磁通没有电力应用到线圈,除了这一次,它在一个方向相反,与上次我们停止电流通过线圈。如果我们再次向正方向施加功率,我们将看到磁通密度再次在图的右上角达到它之前的峰值:

通量密度和场强的例子

这些步骤所描出的“S”形曲线形成了所谓的磁滞曲线一种铁磁材料在给定场强极值集(-H和+H)下的变化。

汽车迟滞现象的例子

考虑前面描述的汽车转向场景的迟滞图,一个图描述的是“紧密”转向系统,另一个图描述的是“松散”系统:

理想的转向系统

宽松的转向系统

就像汽车转向系统一样,迟滞也可能是个问题。如果你正在设计一个系统来为给定的电流产生精确数量的磁场通量,磁滞可能会阻碍这个设计目标(因为磁通密度的数量将取决于电流和以前它被磁化得多厉害啊!)同样的,在赛车上,不可靠的转向系统是不可接受的,因为精确的、可重复的转向反应是必须的。

另外,如果用来激励线圈的电流是来回交流的(AC),必须克服在电磁铁中的预先磁化可能是一种能源的浪费。滞回曲线内的面积可以粗略估计这种浪费的能量的数量。

其他时候,磁滞现象是可取的。当磁性材料被用作存储信息的手段(计算机磁盘、音频和录像带)时,情况就是这样。在这些应用中,人们希望能够磁化一小块氧化铁(铁氧体),并依靠这种材料的保存性来“记住”其最后的磁化状态。

磁滞的另一个生产应用是通过让信号线路穿过铁氧体环的中间来过滤高频电磁“噪声”(电压的快速交变浪涌)。克服铁氧体的迟滞所消耗的能量减弱了“噪声”信号的强度。有趣的是,铁氧体的磁滞曲线相当极端:

铁氧体的磁滞曲线

点评:

  • 材料的磁导率随强制通过它的磁通量而变化。
  • 力与通量(场强H与通量密度B)的具体关系用称为的形式表示出来正常的磁化曲线
  • 对铁磁材料施加如此大的磁场力是有可能的,以至于不会再往里面塞任何磁通量。这种情况称为磁性饱和
  • 记忆力一种铁磁物质在相反方向上的再磁化会受到干扰,这种情况被称为磁滞发生。

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