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{{NoteTA|G1=物理學}}
[[File:Magnetization curves.svg|thumb|9种铁磁性材料表示磁饱和的磁化曲线。1.钢板，2.硅板，3.钢铸件，4.钨钢，5.磁钢，6.铸铁，7.镍，8.钴，9.磁铁矿]]

'''磁饱和'''是[[铁磁性]]或[[亚铁磁性]]材料（例如[[铁]]、[[镍]]、[[钴]]、[[锰]]和它们的合金等）中的一種特性。在磁饱和之前，若增大外加[[磁場强度]]H，材料會[[磁化]]，[[磁通密度]]B會對應增加，但當磁場强度H大到一定程度，[[磁通密度]]B只會因[[真空磁导率]]而緩慢增加，此即為磁饱和。 

== 说明 ==
磁饱和的特性可以在其磁化曲线（也叫BH曲线或[[磁滞]]曲线）中看出，即该曲线向右弯曲的部分（见右图）。当磁场强度 ''H'' 增加时，磁感应强度 ''B'' 逐渐趋于一个最大值。在磁饱和之后，磁感应强度 ''B'' 仍在逐渐增加，但比达到饱和度前的增长速率小了3个{{le|数量级(磁场)|Orders_of_magnitude_(magnetic_field)|数量级}}<ref name=Bozorth>{{cite book
  |last = Bozorth
  |first = Richard M.
  |title = Ferromagnetism
  |url = https://archive.org/details/ferromagnetism0000bozo
  |publisher = John Wiley & Sons
  |year = 1993
  |origyear = Reissue of 1951 publication
  |series = AN IEEE Press Classic Reissue
  |isbn = 0-7803-1032-2
  |ref = harvnb
}}</ref>。

磁场强度 ''H'' 和磁感应强度 ''B'' 的关系可以用[[磁导率]]：<math>\mu = B/H</math>或相对磁导率<math>\mu_r = \mu/\mu_0</math>表达，当中的 <math>\mu_0</math>是[[真空磁导率]]。磁性金属的磁导率不是一个恒定不变的量，而是取决于磁场强度 ''H'' 。在會磁饱和的金属中，相对磁导率随磁场强度 ''H'' 的增加达到一个最大值，然后随着它的饱和发生转变再减小，最後會變為1<ref name=Bozorth/><ref>{{cite book
  | last = Bakshi
  | first = V.U.  
  | authorlink = 
  |author2=U.A.Bakshi
   | title = Basic Electrical Engineering
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  | publisher = Technical Publications  
  | year = 2009
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  | pages=[https://archive.org/details/basicelectricale00uaba/page/n330 3]–31
  | isbn = 81-8431-334-9}}</ref>。

不同的材料有着不同的饱和度。例如，被用于变压器中的高导磁性铁合金，在磁感应强度為1.6-2.2[[特斯拉]]（T）饱和<ref>{{cite book|editor1-last=Laughton|editor1-first=M. A.|editor2-last=Warne|editor2-first=D. F.|title=Electrical Engineer's Reference Book|edition= Sixteenth|publisher=Newnes|year=2003|isbn=0-7506-4637-3|ref=harvnb|chapter=8}}</ref>，然而[[铁氧体]]在0.2-0.5T饱和<ref name=Chikazumi>{{cite book
  |last = Chikazumi
  |first = Sōshin
  |title = Physics of Ferromagnetism
  |publisher = [[Oxford University Press|Clarendon Press]]
  |year = 1997
  |isbn = 0-19-851776-9
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  |section=table 9.2
}}</ref>。某些[[非晶态金属]]合金在1.2-1.3T达到饱和<ref>{{cite patent
 | country = USA
 | number = 5126907
 | title = Thin film magnetic head having at least one magnetic core member made at least partly of a material having a high saturation magnetic flux density
 | gdate = 1992
 | inventor = Yoshihiro Hamakawa, Hisashi Takano, Naoki Koyama, Eijin Moriwaki, Shinobu Sasaki, Kazuo Shiiki
 | ref=harvnb
}}</ref>，[[μ合金]]在0.8T达到饱和<ref>{{cite web|url=http://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=shielding-materials|title=Shielding Materials|publisher=K+J Magnetics|accessdate=2013-05-07|archive-date=2018-06-22|archive-url=https://web.archive.org/web/20180622021911/https://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=shielding-materials|dead-url=no}}</ref><ref>{{cite web|url=http://mumetal.co.uk/2009/04/03/mumetal-is-one-of-a-family-of-three-nickel-iron-alloys/ |title=Mumetal is one of a family of three Nickel-Iron alloys |publisher=mumetal.co.uk |accessdate=2013-05-07 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20130507032251/http://mumetal.co.uk/2009/04/03/mumetal-is-one-of-a-family-of-three-nickel-iron-alloys/ |archivedate=2013-05-07 }}</ref>
。

[[File:Permeability of ferromagnet by Zureks.svg|thumb|因為磁飽和，鐵磁性材料的磁导率μ<sub>f</sub>會随磁场强度增加，上昇到一最大值，之後漸漸下降。]]

== 解释 ==
{{main|鐵磁性}}
[[鐵磁性]]材料（像铁）在微观上由一个个[[磁畴]]构成，它们的作用就像微小的[[永磁体]]，可以改变它们磁化的方向。在外部的磁场施加在材料之前，这些磁畴的[[磁场]]随机排列互相抵消，所以整体上的磁场小到足以忽略。当一个外部的磁场强度H施加在材料後，它進入材料然后重新排列磁畴，造成那些小磁场转变方向然后与外磁场平行，相加后形成从材料中发出的大磁场。这就稱為[[磁化]]。施加的磁场强度H越大，磁畴转变方向而形成的磁感应强度B越大。当外部磁场强度大於某定值後，磁场强度再加大所產生的磁感应强度變化已可忽略，此時[[磁化強度]]接近定值，此時即為磁饱和。磁饱和不代表全部磁畴都對正外部磁場的方向<ref name="Magnetic properties of materials">{{cite web|url=unlcms.unl.edu/cas/physics/.../Section%2016_Magnetic_Properties_2.pdf/|title=Magnetic properties of materials|publisher=unlcms.unl.edu|accessdate=2016-03-16}}</ref>。飽和時的磁畴結構會隨溫度而不不同<ref name="Magnetic properties of materials"/>。

== 影响和用途 ==
磁饱和限制了铁氧體磁芯的[[电磁铁|磁铁]]和[[变压器]]能达到的最大磁场（约为2特斯拉），也限制了它们的最小磁芯，这也是为什么高功率电动机、[[发电机]]、及電力用[[变压器]]的体积那么大的一个重要原因，因为它们必须有一个大磁芯。

在变压器与电感器这類利用铁芯及磁場運作的元件中，当足够大的电流通过时，它们磁芯的磁場也会达到饱和，此时它们的运转為非线性的，也就是说通过改变电流，可以使这些磁芯的[[电感]]与其他性质随之改变。在{{le|线性电路|Linear circuit}}中这是不希望出现的现象。当施加交流电信号的时候，这种非线性会造成一次[[諧波 (電力)|谐波]]和{{le|互调|Intermodulation|互调失真}}。为了避免这种现象，必须限制施加在铁芯电感上的信号强度，使铁芯不会磁饱和。为了减小这种影响，在一些变压器磁芯中会有一些气隙<ref>{{cite web|url=http://sound.westhost.com/xfmr2.htm#s131 |title=Transformers - The Basics (Section 2) |first=Elliott |last=Rod |date=May 2010 |work=Beginner's Guide to Transformers |publisher=Elliott Sound Products |accessdate=2011-03-17 |ref=harvnb |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20160826021445/http://sound.westhost.com/xfmr2.htm |archivedate=2016-08-26 }}</ref>。在饱和电流是通過線圈後會使磁芯饱和的電流，这會列在电感器与变压器厂商提供的规格書中。

不過有些電子設備也會應用磁饱和的特性。例如在[[弧焊]]中用''饱和变压器芯''限制电流。在{{le|鐵磁共振變壓器|ferroresonant transformers}}中，磁饱和的作用相当于[[稳压器]]。当原电流超过某一特定值时，芯进入一种饱和状态，限制次级电流的进一步递增。在更复杂的应用中，{{le|饱和电抗器|Saturable reactor|饱和铁芯感应器}}和{{le|磁放大器|Magnetic amplifier}}使用一个直流电通过一个独立离的线圈来控制电感器的[[阻抗]]。在控制绕组中，变化的电流使操作点在饱和曲线中上下移动，控制通过电感器的交流电。在[[萤光灯]]、[[镇流器]]中和功率控制系统中會用到這類的特性<ref>{{cite book
  |last = Choudhury
  |first = D. Roy
  |title = Modern Control Engineering
  |publisher = Prentice-Hall of India
  |year = 2005
  |isbn = 81-203-2196-0
  |ref = harvnb
  |section=2.9.1}}</ref>。

在{{le|磁通門羅盤|fluxgate compass}}及磁通門[[磁强计]]中也有用到磁饱和的特性。

== 參見條目 ==
*[[磁]]
*[[磁场]]
*[[磁场强度]]
*[[磁阻]]
*[[波門杜爾鐵鈷合金]]

== 参考 ==
<references />

[[Category:磁學|C]]
[[Category:电磁學|C]]
[[Category:材料科學|C]]

[[de:Ferromagnetismus#Sättigung]]