磁性材料測量——磁化強度 M、磁極化強度 J、磁導率 μ

1. 磁化強度 M

除式 B=μ0H 描述的真空介質外，其他介質的關系為：B = μ0（H+M）……….…(2.15) ,式中，M是磁化強度矢量。在這種關系中，μ0H 代表外部源的貢獻，μ0M 代表了磁性材料內部的貢獻。由此可得，即使外部磁場強度等于零，材料本身依然可以產生磁感應強度，因為它已被磁化（自生的或因之前被磁化）。

假定每種磁化材料包括大量的基本磁偶極子，磁偶極子由電子圍繞原子核轉動或自旋轉動產生。這些磁偶極子由磁矩 m 表示。在材料*退磁的情況下，平均磁矩平衡，由此產生的磁化為零。如果材料被磁化，其磁化強度 M 等于

     磁化強度定義為單位體積內分子磁矩的矢量和，單位和磁場強度同為A/m。

2. 磁極化強度J

早期的文獻中，磁性材料由磁感應強度B描述。最近，許多標準推薦磁場極化強度J替代磁感應強度B：

                          J = B-μ0H……………………………………………(2.17)

   所以，磁場極化強度等于μ0M。因此在軟磁材料典型應用中，磁場強度的值通常是不大于1kA/m，μ0為4π×10-7Wb/Am，所以磁感應強度B和極化強度J之間區別極小。在硬磁性材料方面，這種區別確實顯著的，通常給出B=f（H）和J=f（H）這兩種關系。

3. 磁導率 μ

磁性材料磁感應強度 B 與磁場強度 H 之間的關系為 B=μH…..….….….….….……(2.18)，在實踐中，用這個關系描述材料屬性很不方便，通常采用材料磁導率與真空磁導率比值關系，即相對磁導率 μr=μ/μ0，因此式(2.18)可改為：                                                                             

                                      B=μrμ0H……..………………………………………(2.19)。

從理論上講，磁導率μ是描述磁性材料屬性的最好參數，因為它預示兩個主要的材料參數磁感應強度B和磁場強度H的直接關系，但事實上，情況要復雜的多，因為：

（1）B和H之間的關系幾乎總是非線性，因此磁導率取決于工作點（磁場強度的值）。圖2.5 給出電工硅鋼的一個典型曲線B=f（H）。可以看出，相對磁導率最大值達到約4000，但是，在高磁感應強度時其低得多（對于深度飽和時其值非常小，實際上不像是鐵磁材料）。類似地，對于非常小的磁場，初始磁導率也大大減小，因此，固定值磁導率給出的信息僅僅是一個固定工作點。

（2）材料磁化受其形狀的影響——磁體的磁導率與原材料磁導率可以*不同。通常，不均勻磁化的磁體我們只能確定其平均值。

（3）大多數磁性材料是多晶的，材料的磁化方向不同（材料各向異性），磁導率也不同。因此，磁導率應該描述成張量形式：   

通常我們限定這一穩定在二維（2D）情況，但即使2D的磁化也非常復雜。

（4）磁導率取決于許多其他因素：頻率和諧波（正弦波磁感應強度偏差）等。對于更高的頻率，應該考慮磁導率的實部和虛部（復數磁導率），兩者的關系為 μ=μ’+jμ’’。因此，從物理學角度來看盡管磁導率是一個非常有用的參數，但在技術應用方面，應用磁化曲線作為磁化過程的描述更加合理。盡管如此，在某些應用過程中，磁導率還是最重要的因素。例如，電磁屏蔽設計（磁導率值越高，屏蔽效果越好）、磁選礦機設計。在這些設備上，盡可能使用最高磁導率的磁性材料。目前，鐵磁材料的相對磁導率可高達100 萬。表2.2 給出了一些相對磁導率大的典型工業用鐵磁材料。