磁性材料测量（2）——历史背景 -凯发k8国际

2.1 历史背景

磁性和磁场时最早通过测量研究的物理现象之一。古代人类从冶铁开始，就已经知道了两块磁石之间吸引力（或排斥力）的影响。此外，人们观察到小磁石沿南北方向自发旋转，因此，无疑这种效果应用到指向北边方向的指南针——文字记载公元前 300 至公元前 200年，中国古代就已经使用指南针（司南）。

根据其他文献记载，“哲学之父”泰勒斯时期的米利都（miletus）（公元前 640—前 546 年）研究了磁石和铁之间的吸引力。苏哥拉底（socrates）（公元前 470—前 399 年）写道：“铁磁石不仅仅吸引铁环，而且赋予他们一个类似的磁力”（keithley 1999 年）。

一个更详细记载磁性和指南针的研究是由德·马里孔特（pierre de maricourt）又名彼得·皮埃尔完成的。1269年，他出版了《磁石书信（epistola demagnete）》。在这部作品中，首次描述了磁铁极性（也证实了两种磁极——当磁铁分裂成两个较小部分之后，极性仍被保留）。他很可能是首次提出在机械结构中使用磁铁以获得永恒活动的人。威利·姆吉尔伯特（1544—1603 年）继续了皮埃尔的工作，他第一次在著作《论磁石（de magnete）》（1600年出版）中，描述了一个由地球磁场引起的指南针运动——得出地球是一个巨大球形磁铁的结论。

        夏尔·奥古斯丁·库仑（charles-augustin de coulomb,1736—1806年）构建了一个扭秤（利用扭力测量微力的一种仪器），研究了静电和磁力之间的吸引力【约翰·米切尔（john michell）1750 年也独立完成】。他提出了库仑定律，用数学方法描述了距离为 r 的假象磁极 m1、m2 之间的库仑力 f（磁偶极子如图 2.1a 所示）。

式中，μ0 是真空磁导率（μ0 = 4π×10^-7wb/am）。

        磁场产生促使磁偶极子平行方向的磁场转矩τ：τ = m × b………………………（2.2）

1820年，汉斯·克里斯蒂安·奥斯特（hans christian oersted）发现当一个磁针靠近一个带电流的金属线圈时，线圈周围会产生磁场。这个革命性的发现启发安德烈·玛丽·安培（andre marie ampere）（1775—1836年）得出假设，任何磁场的产生可以来源于电流（也可由磁场产生）（见图 2.1b）。1820年，他证明了两个并行载流导线相互吸引。

同年，让·巴蒂斯特（jean-baptiste biot）和费利克斯·比（felix savart）提出了毕奥-萨伐尔定律，确定了通电导线周围磁场强度和电流的关系。一个通过电流为i的无穷小长度 δl 的导体，在径向距离 a 处产生的磁场强度 δh 为：

式中，u 是沿半径的单位矢量。因此，电流回路 c 所生产的磁场强度 h 为：

计算半径为 r 的环形截流导线在 a 点产生的磁场 h（见图 2.2），其轴向分量是

  由于∮dl = 2πr，轴距离为x的磁场h为：

  因此，圆环中心x=0处的磁场强度为 h = i/2r。

  1826 年，安培发现了磁学的一个基本定律——安培环路定律

式中，n 为环形线圈的匝数，每匝导线的电流为i。

1831年，迈克尔•法拉第（michael faraday）发现了另一个磁学基本定律，他指出，如果一个电路与变化磁链 φ相交，其产生的感应电动势（电压）v与磁通量变化率成比例： v = -dφ/dt…………..（2.8）,这种效应被称之为电磁（em）感应。式（2.8）的负号表明，感应电压与产生它的磁通量变化方向相反（楞次定律）。

詹姆斯•克拉克•麦克斯韦（james clerk maxwell）在其1873年出版的著作中阐述了磁学的许多重大发现，在《电学与磁学论》一书中，他提出了一组 20 个分析基本磁场和电场的方程（最后总结成一组4个方程：二个高斯定理，一个爱培定理，一个法拉第定理）。

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   软磁交流测量装置：

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   软磁直流测量装置：

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   永磁材料测量装置：

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   硅钢磁性能测量装置：

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