申論題

下面是永久磁鐵的磁滯迴路示意圖：

   B (磁感應強度)
   ↑
   |                      磁滯迴路/磁化曲線
   |               /--------------------\
   |              /                      \
   |             /                        \
   |            /                          \
   |           /                            \
   |          /                              \
   |         /                                \
   |        /                                  \
   |-------/                                    \-------
   |    /                                        \
   |   /                                          \
   |  /                                            \
   | /                                              \
   |/------------------------------------------------\------→ H (磁場強度

                 -Hc      0       Hc

 

2. 磁滯迴路的橫軸和縱軸說明

• 橫軸（X軸）： 磁場強度 H

  • 單位： 安培每米（A/m）
  • 意義： 磁場強度 H 表示外部磁場的強度。當施加一個磁場時，磁場強度推動材料內部磁矩的排列，從而改變材料的磁感應強度 B。

• 縱軸（Y軸）： 磁感應強度 B

  • 單位： 特斯拉（T）
  • 意義： 磁感應強度 B 表示材料內部的磁通密度。它反映了材料內部的磁化程度，即在外部磁場作用下，材料內部的磁性反應。

3. 磁滯迴路的重要特性

• 剩磁（Remanence, Br）：

  • 當外部磁場 H 從正值減小到零時，材料仍然保留的磁感應強度 B。這種現象稱為剩磁，表示磁體在去除外部磁場後仍然具有的磁性。

• 矯頑力（Coercivity, Hc）：

  • 要使材料的磁感應強度 B 降至零所需施加的反向磁場強度 H。矯頑力越大，表示材料的抗去磁能力越強。

• 飽和磁感應強度（Saturation Magnetic Flux Density, Bs）：

  • 當外部磁場 H 增加到一定值時，材料內部的磁感應強度達到最大值並趨於飽和，此時磁化不再隨外部磁場的增加而顯著增大。

4. 磁滯迴路在機械工程上的重要性

磁滯迴路在機械工程中的重要性主要體現在以下幾個方面：

1. 設計永磁電機和發電機：

   • 磁滯迴路提供了永久磁鐵材料的基本磁性特性數據，設計者可以根據這些數據選擇合適的磁性材料，以實現所需的性能。例如，具有高矯頑力的材料在高溫或強磁場環境中使用時能保持其磁性，這對於電機的性能和穩定性至關重要。

2. 材料選擇：

   • 磁滯迴路幫助工程師選擇適當的磁性材料。高矯頑力和高剩磁的材料更適合作為永久磁鐵，適合用於需要持久磁場的應用，如傳感器、電機等。

3. 能量損失分析：

   • 磁滯迴路的面積代表了磁性材料在一個磁化週期中的能量損失（磁滯損耗）。在高效能的電機或變壓器設計中，降低磁滯損耗是提高系統效率的關鍵。

4. 抗去磁性能：

   • 磁滯迴路的形狀和大小提供了材料抗去磁性能的資訊。具有高矯頑力的材料在受到外部磁場干擾時不易被去磁，這在機械工程中設計穩定的磁性系統（如電動機和磁軸承）時非常重要。

總結

磁滯迴路（磁化曲線）在機械工程中具有重要意義，通過理解和應用磁滯迴路，工程師可以有效地選擇和設計適合特定應用的磁性材料和元件，從而提高機械系統的效率、穩定性和耐用性。