第4节 渗透性和饱和度(修订中)
[TOC]
为了更好地理解，可以绘制材料磁导率 (opens new window)的非线性曲线。我们将场强 (H) 的数量，等于场力 (mmf) 除以材料的长度，放在图表的水平轴上。在垂直轴上，我们将放置通量密度 (B) 的数量，它等于总通量除以材料的横截面积。
我们将使用场强 (H) 和通量密度 (B) 的量来代替场力 (mmf) 和总通量 (Φ)，以便我们的图表的形状保持独立于我们测试材料的物理尺寸。我们在这里尝试做的是显示_任何_特定物质块的场力和通量之间的数学关系，其精神与描述材料的_电阻 (opens new window)率（以 ohm-cmil/ft 为单位，而不是以欧姆为单位的实际电阻 (opens new window)_）相同。
这被称为任何特定材料的_正常磁化曲线_或_BH 曲线_。请注意上述任何材料（铸铁、铸钢和钢板）的通量密度如何随着场强的增加而趋于平稳。这种效应称为_饱和_。当施加的磁力很小（低 H）时，只有少数原子对齐，其余的很容易通过额外的力对齐。
然而，随着更多通量被塞入铁磁材料的相同横截面区域，该材料中可用的原子越来越少，可以用额外的力对齐它们的电子，因此需要越来越多的力 (H) 才能获得越来越少的力材料“帮助”创造更多的通量密度 (B)。用_经济_术语来说，我们看到我们的投资 (H) 的回报 (B) 递减。饱和是一种仅限于铁芯电磁铁的现象。
空心电磁铁不会饱和，但另一方面，对于相同数量的导线匝数和电流，它们产生的磁通量几乎没有铁磁芯那么多。
# 1. 磁滞
另一个混淆我们对磁通量与力的分析的怪癖是_磁滞现象_。作为一般术语，_滞后 (opens new window)_是指系统中输入和输出之间在方向改变时的滞后。任何曾经驾驶过“松动”转向的旧汽车的人都知道什么是滞后：要从左转变为右转（反之亦然），您必须额外转动方向盘以克服内置的“滞后”在方向盘和汽车前轮之间的机械联动系统中。
在磁系统中，磁滞现象出现在铁磁材料中，如果外加磁场力的极性相反，铁磁材料往往会保持磁化（参见本章第一节中的“保持性”）。 (opens new window)
让我们再次使用相同的图表，只是扩展轴以指示正数和负数。首先，我们将施加越来越大的场力（电流通过我们的电磁铁线圈）。根据正常的磁化曲线，我们应该看到磁通密度增加（向上和向右）：
接下来，我们将停止通过电磁铁线圈的电流，看看磁通量会发生什么变化，将第一条曲线留在图上：
由于材料的保持性，我们仍然有一个没有施加力的磁通量（没有电流通过线圈）。此时，我们的电磁铁芯充当永磁体 (opens new window)。_现在我们将在相反_方向缓慢地向我们的样本施加相同数量的磁场力：
通量密度现在已经达到一个点，相当于它在场强 (H) 的完全正值时的点，除了在负方向或相反方向。让我们再次停止通过线圈的电流，看看还有多少磁通量：
再一次，由于材料的自然保持力，它会保持磁通量，而线圈没有通电，除了这一次它的方向与我们上次停止电流通过线圈时的方向相反。如果我们再次在正方向上重新施加功率，我们应该会看到磁通密度再次在图表的右上角达到其先前的峰值：
通过这些步骤描绘的“S”形曲线形成了所谓的铁磁材料对于给定的一组场强极值（-H 和 +H）的_磁滞曲线。_
# 2. 汽车中的滞后示例
考虑前面描述的汽车转向场景的滞后图，一张描绘“紧”转向系统，另一张描绘“松散”系统：
就像汽车转向系统的情况一样，滞后可能是一个问题。如果您正在设计一个系统来为给定的电流量产生精确的磁场通量，则磁滞可能会阻碍这个设计目标（因为通量密度的大小取决于电流以及 之前的磁化强度） ！）。同样，在赛车中，松散的转向系统是不可接受的，在这种情况下，精确、可重复的转向响应是必要的。
此外，如果用于激励线圈的电流来回交替 (AC)，则必须克服电磁体中的先前磁化可能会浪费能量。滞后曲线内的面积粗略估计了这种浪费的能量。
其他时候，磁滞是可取的。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，情况就是如此。在这些应用中，希望能够磁化一小块氧化铁（铁氧体），并依靠该材料的保持性来“记住”其最后的磁化状态。
磁滞的另一个有效应用是通过将信号线穿过铁氧体环的中间来过滤来自信号线的高频电磁“噪声”（快速交变的电压浪涌）。克服铁氧体磁滞所消耗的能量会减弱“噪声”信号的强度。有趣的是，铁氧体的磁滞曲线相当极端：
# 3. 总结
- 材料的磁导率随着强制通过它的磁通量的大小而变化。
- _力与磁通（场强 H 与磁通密度 B）的特定关系以称为正常磁化曲线_的形式绘制。
- 有可能对铁磁材料施加如此大的磁场力，以至于无法再将磁通量塞入其中。这种情况称为磁_饱和_。
- 当铁磁性物质的_保持_力干扰其在相反方向上的重新磁化时，就会发生称为_磁滞_的情况。
相关练习：