电机学——磁感应强度和磁场强度区别

作者:jack1captain
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很多人学习磁场总是一头雾水,各种名词太多,关系混乱而且抽象。我在这里把从高中物理的静磁场到黑宝书里的内容总结出来,也是自己学习过程的一个体现。

首先,用一张图来总结磁场中电流及电压的关系


<img src="https://pic4.zhimg.com/50/v2-b253a0918a669c79f727fe4f7b832c0b_hd.jpg" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="624" data-rawheight="304" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="624" data-original="https://pic4.zhimg.com/v2-b253a0918a669c79f727fe4f7b832c0b_r.jpg"> 电机学——磁感应强度和磁场强度区别_第1张图片


图1

这张图很好的把磁场中的电流及电压关系展示了出来。 我们先从最难啃的磁芯特性入手。

当你设计电感或者变压器时,总是会涉及到选取磁芯,拿到产品的datasheet后,总是在前几页给你一个B-H图。如下图:


<img src="https://pic4.zhimg.com/50/v2-610c6635927e85390d74ba83ebf74fbe_hd.jpg" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="422" data-rawheight="351" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="422" data-original="https://pic4.zhimg.com/v2-610c6635927e85390d74ba83ebf74fbe_r.jpg"> 电机学——磁感应强度和磁场强度区别_第2张图片


图2 图片来自:electronics-tutorials

横轴为H:磁场强度(Magnetic field intensity) 纵轴为 B:磁感应强度(magnetic
flux intensity)

初学者看到这个图总是头很大。What’s that?

先把这个图变的简单一些,假设我们在真空中:

是不是一切变得简单了许多?

<img src="https://pic3.zhimg.com/50/v2-0240cc1e7dc9d3b993cc248baf1d0d37_hd.jpg" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="260" data-rawheight="265" class="content_image" width="260"> 电机学——磁感应强度和磁场强度区别_第3张图片

图3

关于磁场强度H有很多解释,我比较偏向于把它类比于电场强度,它是一个废弃的量,至于为什么废弃,就是因为人们先前假设有磁荷这种东西,但是后来发现磁场只是电流的另一面,无需深究。

然而磁感应强度B是有特定解释的:

磁感应强度又叫(磁通密度):表示垂直穿过单位面积的磁力线的多少。既然这里提到了磁通密度,我们就需要了解一下什么是磁通,它是磁通量(magnetic flux)的简称。磁通量的定义就是磁感线穿过平面S的数量。需要注意的是,一个闭合曲面:球体,穿过其的磁通量为零。


<img src="https://pic3.zhimg.com/50/v2-bcdb7407248648eb3c81106b71e7acc5_hd.jpg" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="461" data-rawheight="349" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="461" data-original="https://pic3.zhimg.com/v2-bcdb7407248648eb3c81106b71e7acc5_r.jpg"> 电机学——磁感应强度和磁场强度区别_第4张图片


图4

好了,了解了这几个概念后我们就可以回到真空中的B-H图了,图中直线的斜率就是B磁感应强度和H磁场强度的关系了, 我们把其斜率定义为磁导率µ(permeability)。在真空或者空气中,µ=1.256*10e(-6)H/m.


那么问题来了,为什么图2 中的B-H线不是直线呢?


<img src="https://pic4.zhimg.com/50/v2-610c6635927e85390d74ba83ebf74fbe_hd.jpg" data-caption="" data-size="normal" data-rawwidth="422" data-rawheight="351" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="422" data-original="https://pic4.zhimg.com/v2-610c6635927e85390d74ba83ebf74fbe_r.jpg"> 电机学——磁感应强度和磁场强度区别_第5张图片

图2

B-H曲线也叫迟滞回线(hysteresis loop),这个曲线是铁磁性材料特有的曲线,如果一个从没有被磁化的磁铁,当增加H磁场强度时,它的磁感应强度B会沿着图中的虚线上升,当到达a点时,即使再增加H,B几乎没有很大的改变,这个时候铁磁材料达到了磁饱和(磁畴方向一致)。当H减小到0时,B将会从a点移动到b点,我们发现它并没有按原来的路线返回,而是滞后于H的变换,我们叫这种现象为磁滞(hysteresis )。把在b点的剩余磁感应强度B叫做剩磁(residual magnetism)。当反向增加H到c点时,剩磁为0,我们把H在c点的值称为矫顽力(Coercive Force),其实它并不是力,它是矫顽力场的简称。

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