磁滯現象

在該材料中，磁場強度（H）和磁感應強度（B）之間的關係是非線性的。如果在增強場強條件下，此二者關係將呈曲線上升到某點，到達此點后，即使場強H繼續增加，磁感應強度B也不再增加。該情況被稱為磁飽和（magnetic saturation）。磁性物質都具有保留其磁性的傾向，B的變化總是滯後於H的變化的，這種現象稱為磁滯（hysteresis）現象。

如果此時磁場線性降低，該線性關係將以另一條曲線返回到0場強的某點，該點的B將被初始曲線的磁感應強度量BR叫做剩磁感應強度或剩磁（remanent flux density）相抵消。

定義定律所謂磁滯現象是指鐵磁質磁化狀態的變化總是落後於外加磁場的變化，在外磁場撤消后，鐵磁質仍能保持原有的部分磁性。當鐵磁質磁化到一定程度、即達到飽和磁化強度后，再逐漸使H減弱而使鐵磁質退磁時，B雖相應地減小，但卻按照另一條曲線ab下降，而ab曲線的位置比Oa曲線高，即在退磁過程中的B比磁化過程中同一H值所對應的B為大。這表明磁感強度的變化落後於磁場強度的變化。原理鐵磁（亞鐵磁，下同）的種類很多，但主要的可分二大類：硬磁和軟磁。這二類鐵磁物質內部的磁結構不同，因而其磁化和反磁化的過程也不同；出現的磁滯大小也不同。現以軟磁材料為例，說明鐵磁材料出現磁滯的原因。軟磁材料的磁晶各向異性小，磁致伸縮小，內部缺陷少等。在居里溫度以下時，這類材料具有自發磁化強度，由於其內部存在許多磁化向量混亂取向的磁疇。所以，整體的磁化強度等於零。

加磁場磁化時，軟磁材料的磁化過程主要可分二個階段：（1）磁場從小到中場時，以磁化向量與外加磁場方向接近的磁疇的體積通過疇壁位移而擴大為主。這種過程稱為位移過程。在這段磁場加大的過程中，不同地方的疇壁不斷移動，由於材料的內部不均勻性，疇壁能也不同，因而移動需要磁場能克服所遇到的勢壘。磁疇一旦越過勢壘后，就完成了不可逆移動，磁場去掉后，它也不能回到它原有的位置，於是就出現磁滯。（2）磁場繼續增大，材料的部分磁疇的磁化向量開始轉向外場方向；當磁場達到可使材料飽和磁化時，所有磁疇的磁化向量都轉到磁場方向，稱為磁化向量的轉動過程。它也要不斷克服許多能量勢壘，也同樣可造成不可逆轉動，這也是鐵磁材料出現磁滯的原因。

總之，軟磁材料在磁化或反磁化過程，其內部磁疇的位移或轉動過程都可以造成材料的磁滯。當無外磁場作用(H=0)時，如果整個鐵磁體對外不顯示磁性，即M=0，這時鐵磁體所處的狀態稱為退磁狀態。在以M為縱坐標、H為橫坐標的坐標系中，退磁狀態由坐標原點O表示，如圖所示。逐漸增大磁場H，鐵磁體的狀態沿OQ變化。當狀態達到Q若繼續增大磁場H，磁化強度M不再有明顯變化，此點所對應磁化強度稱為飽和磁化強度，常用Ms表示。曲線OQ稱為基該磁化曲線，這條曲線通常不是直線，因此，鐵磁體的磁化率cm不是常量，而是磁場強度H的函數。磁導率m=m0(1+cm)也是磁場強度H的函數。處於Q狀態的鐵磁體，隨著外磁場的減小，狀態並不沿原來的路徑QO變化，而是沿QR變化。當磁場H降至零時，鐵磁體不再回到退磁狀態O，而是達到R，這時鐵磁體所具有的磁化強度稱為剩餘磁化強度，常用Mr表示。此後若對鐵磁體施加一反向磁場，並逐漸加大磁場強度，鐵磁體的磁狀態將沿曲線RS變化。S所對應的磁場強度是使鐵磁體剩餘磁化強度全部消失時所必須施加的反向磁場，稱為矯頑力，常用Hc表示。若繼續增大反向磁場，鐵磁體的磁狀態將沿曲線ST變化，並在T達到反向磁化飽和，其磁化強度為-Ms。若減小反向磁場，狀態將沿曲線TU變化，U所對應的狀態是反向剩磁狀態，磁化強度為-Mr。若在此狀態施加正向磁場，並逐漸增大磁場強度，則鐵磁體的磁狀態將沿曲線UVQ變化，達到Q，又重新磁化飽和。隨著磁場強度的變化，鐵磁體的磁狀態沿著一閉合曲線QRSTUVQ變化，這個閉合曲線就稱為磁滯回線。顯然，對於參量B與H之間的關係也表現為類似的閉合曲線。鐵磁體磁化過程的這種不可逆性，稱為磁滯現象。這是鐵磁質與其他磁介質的又一不同性質。應用磁滯現象在鐵磁性材料中是被廣泛認知的。當外加磁場施加於鐵磁性物質時，其原子的偶極子按照外加場自行排列。即使當外加場被撤離，部分排列仍保持：此時，該材料被磁化。對於晶粒取向電材料的一組B-H環路（BR表示剩磁，而HC為矯頑力。）

磁滯現象，假如將未帶磁性的鐵磁性物質(例如：鐵、鈷、鎳及其合金)放入通電的螺線管內，那麼所產生的磁場可以將此材料磁化，使之帶有磁性，但外加磁場去除后，鐵磁性物質的磁性不會馬上消除，仍保有磁性，此即為磁滯現象。將鐵磁性物質存在於一外加磁場時，當外加磁場由零(A點)逐漸增大時，鐵磁性物質之感應磁場也隨之增大，而外加磁場增大到某一程度后，無論磁場再如何加大，鐵磁性物質之感應磁場也不再變化，此即達到飽和(C點)。此時，在逐漸減小外加磁場時，鐵磁性物質之感應磁場亦隨之緩慢減小，其路徑並不沿原磁化曲線返回，而是沿著另一曲線CD變化，直到外加磁場降為零，而鐵磁性物質仍保有磁性。

如果繪製以外加磁場的全部強度的二者關係圖，將為S形的迴路。S的中間厚度描述了磁滯量，該量與材料的矯頑力相關。該現象的實際影響可為，例如，當通過磁芯的外加電流被撤離，由於殘留磁場繼續吸引電樞，而引起滯后從而延遲磁能的釋放。磁化矢量(M)，以磁場強度(H)為函數。對於一種特殊材料，該曲線會影響一個磁路的設計。對於磁帶和其他的磁媒介存儲設備像硬碟也是有非常重要的影響作用。在這些材料中，很顯然一個磁極代表一個比特（bit），如北極代表1而南極代表0。然而，更換該存儲器從一個到另一個，此遲滯作用要求了解已存信息，因為所需的場強在每種情況下都會不同。為了解決該問題，記錄系統首先使用帶偏移程序過速驅動整個系統到一個已知狀態。模擬電磁記錄同樣適用這種技術。不同材料要求不同的偏移量，這就是為什麼在大多數卡式錄音帶前端都有一個選擇裝置（防寫）。為了最小化該影響和減小相關的能量損失，從而採用具有低矯頑力和低遲滯損失的鐵磁性物質，例如坡莫合金（鐵鎳合金，透磁合金）。在很多應用中，由迴路中不同點驅動產生的小的遲滯迴路存在於B-H層中。接近原點的各迴路有一個較大的µ（磁導率）。迴路越小，其磁性形狀越柔和。一個特例就是，用一個降低的交流電場去磁化任何材料。