0.3 電磁基本原理
0.3.1 磁性材料與磁滯回線
1.磁性材料
物質按其導磁性能大體不同分為磁性材料和非磁性材料兩大類。磁性材料主要是指鐵、鎳、鈷及其合金，其具有高導磁性、磁飽和性和磁滯性的特點。按磁化特性的不同，鐵磁性材料可以分成三種類型。
1）軟磁材料。具有較小的矯頑力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機、電器及變壓器的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金及鐵氧體等。鐵氧體在電子技術中應用也很廣泛，可做計算機的磁心、磁鼓以及錄音機的磁帶、磁頭。
2）硬磁性材料——永磁材料。具有較大的矯頑力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼、鈷鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。
3）矩磁材料。具有較小的矯頑力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩定性也良好。在計算機和控制系統中可用作記憶元件、開關元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體及1J51型鐵鎳合金。
2.磁滯回線
當鐵心線圈中通有大小和方向變化的電流時，鐵心就產生交變磁化，磁感應強度B隨磁場強度H變化的關系如圖0-3所示。
圖0-3 磁滯回線
Oc段B隨H增加而增加，當磁化曲線達到c時，減小電流使H由Hm逐漸減小，B將沿另一條位置較高的曲線b下降。當H=0時，仍有B=Br，Br為剩余磁感應強度，簡稱剩磁。
欲使B=0，需對鐵心線圈通反向電流并添加反向磁場-Hc，Hc稱為矯頑力。當達到-Hm時，磁性材料達到反向磁飽和。然后令H反向減小，曲線回升；到H=0時相應有-Br，為反向剩磁。再使H從零正向增加到Hm，即又達到正向磁飽和，便得到一條閉合的對稱于坐標原點的回線，這就是磁滯回線。
0.3.2 磁路及基本物理量
1.磁路
磁通通過的閉合路徑是磁路。由于鐵磁材料是良導磁物質，所以它的磁導率比其他物質的磁導率大得多，能把分散的磁場集中起來，使磁力線絕大部分經過鐵心而形成閉合的磁路。
2.磁場的基本物理量
1）磁感應強度B。國際單位為特斯拉，簡稱特（T）。
磁感應強度B是表示空間某點磁場強弱和方向的物理量，其大小可用通過垂直于磁場方向的單位面積內磁力線的數目來表示。由電流產生的磁場方向可用右手螺旋法則確定。
2）磁通Φ。國際單位為韋伯（Wb）。
磁感應強度B與垂直于磁力線方向的面積S的乘積稱為穿過該面的磁通Φ，即Φ=BS。磁通Φ又表示穿過某一截面S的磁力線根數，磁感應強度B在數值上可以看成與磁場方向相垂直的單位面積所通過的磁通，故又稱磁通密度。
3）磁場強度H。國際單位是安培/米（A/m）。
磁場強度沿任一閉合路徑的線積分等于此閉合路徑所包圍的電流的代數和。磁場強度H的方向與磁感應強度B的方向相同。
4）磁導率μ。國際單位為亨/米（H/m）。
磁導率μ是用來表示物質導磁性能的物理量，某介質的磁導率是指該介質中磁感應強度和磁場強度的比值，即μ=B/H。
自然界的物質，就導磁性能而言，可分為鐵磁物質和非鐵磁物質兩大類。非鐵磁物質和空氣的磁導率與真空磁導率μ0很接近，μ0=4π×10-7H/m。
0.3.3 磁路定律
1.磁路歐姆定律
如圖0-4所示為一個線圈匝數為N、通有電流為I、閉合磁路的平均長度為L、截面積為S的均勻磁路鐵心，材料的磁導率為μ，在鐵心中的磁場強度為H，磁感應強度為B。鐵心中的磁通為Φ=BS=μHS。
線圈匝數與電流乘積稱為磁通勢，用字母F表示，即F=NI，磁通勢的單位是安培（A）。
安培環路定律為H=NI/L。
聯立上面幾個式子，則有
圖0-4 磁路歐姆定律示意圖
如果將線圈中的鐵心換上導磁性能差的非磁性材料，而磁通勢NI仍保持不變，那么，由于非磁性材料的磁導率很小，磁路中的磁通將變得很小。
在磁路中也有磁阻Rm對磁通Φ（可看做磁流）起阻礙作用。根據推導，磁阻可用下式表示
2.磁路基爾霍夫定律
磁力線是閉合的，因此磁通是連續的，對于磁路中任一閉合面，任一時刻穿入的磁通必定等于穿出的磁通，在一個有分支的磁路中的節點處取一閉合面，磁通的代數和為零，這就是磁路基爾霍夫第一定律。
磁路基爾霍夫第一定律示意圖如圖0-5所示，在節點A處作一閉合面，若設穿入閉合面的磁通為正，穿出閉合面的磁通為負，則有-Φ1-Φ2+Φ3=0，即ΣΦ=0。
考慮到在磁路的任一閉合路徑中，磁場強度與磁通勢的關系應符合安培環路定律，故有ΣNI=ΣHL。
圖0-5 磁路基爾霍夫第一定律示意圖