磁飽和

9種鐵磁性材料表示磁飽和的磁化曲線。1.鋼板，2.矽板，3.鋼鑄件，4.鎢鋼，5.磁鋼，6.鑄鐵，7.鎳，8.鈷，9.磁鐵礦

磁飽和是鐵磁性或亞鐵磁性材料（例如鐵、鎳、鈷、錳和它們的合金等）中的一種特性。在磁飽和之前，若增大外加磁場強度H，材料會磁化，磁通密度B會對應增加，但當磁場強度H大到一定程度，磁通密度B只會因真空磁導率而緩慢增加，此即為磁飽和。

說明

磁飽和的特性可以在其磁化曲線（也叫BH曲線或磁滯曲線）中看出，即該曲線向右彎曲的部分（見右圖）。當磁場強度 H 增加時，磁感應強度 B 逐漸趨於一個最大值。在磁飽和之後，磁感應強度 B 仍在逐漸增加，但比達到飽和度前的增長速率小了3個數量級。

磁場強度 H 和磁感應強度 B 的關係可以用磁導率：$\mu =B/H$或相對磁導率$\mu _{r}=\mu /\mu _{0}$表達，當中的 $\mu _{0}$是真空磁導率。磁性金屬的磁導率不是一個恆定不變的量，而是取決於磁場強度 H 。在會磁飽和的金屬中，相對磁導率隨磁場強度 H 的增加達到一個最大值，然後隨着它的飽和發生轉變再減小，最後會變為1。

不同的材料有着不同的飽和度。例如，被用於變壓器中的高導磁性鐵合金，在磁感應強度為1.6-2.2忒斯拉（T）飽和，然而鐵氧體在0.2-0.5T飽和。某些非晶態金屬合金在1.2-1.3T達到飽和，μ合金在0.8T達到飽和 。

因為磁飽和，鐵磁性材料的磁導率μ_f會隨磁場強度增加，上昇到一最大值，之後漸漸下降。

解釋

主條目：鐵磁性

鐵磁性材料（像鐵）在微觀上由一個個磁域構成，它們的作用就像微小的永磁體，可以改變它們磁化的方向。在外部的磁場施加在材料之前，這些磁域的磁場隨機排列互相抵消，所以整體上的磁場小到足以忽略。當一個外部的磁場強度H施加在材料後，它進入材料然後重新排列磁域，造成那些小磁場轉變方向然後與外磁場平行，相加後形成從材料中發出的大磁場。這就稱為磁化。施加的磁場強度H越大，磁域轉變方向而形成的磁感應強度B越大。當外部磁場強度大於某定值後，磁場強度再加大所產生的磁感應強度變化已可忽略，此時磁化強度接近定值，此時即為磁飽和。磁飽和不代表全部磁域都對正外部磁場的方向。飽和時的磁域結構會隨溫度而不不同。

影響和用途

磁飽和限制了鐵氧體磁芯的磁鐵和變壓器能達到的最大磁場（約為2忒斯拉），也限制了它們的最小磁芯，這也是為什麼高功率摩打、發電機、及電力用變壓器的體積那麼大的一個重要原因，因為它們必須有一個大磁芯。

在變壓器與電感器這類利用鐵芯及磁場運作的元件中，當足夠大的電流通過時，它們磁芯的磁場也會達到飽和，此時它們的運轉為非線性的，也就是說通過改變電流，可以使這些磁芯的電感與其他性質隨之改變。在線性電路中這是不希望出現的現象。當施加交流電信號的時候，這種非線性會造成一次諧波和互調失真。為了避免這種現象，必須限制施加在鐵芯電感上的信號強度，使鐵芯不會磁飽和。為了減小這種影響，在一些變壓器磁芯中會有一些氣隙。在飽和電流是通過線圈後會使磁芯飽和的電流，這會列在電感器與變壓器廠商提供的規格書中。

不過有些電子設備也會應用磁飽和的特性。例如在弧焊中用飽和變壓器芯限制電流。在鐵磁共振變壓器中，磁飽和的作用相當於穩壓器。當原電流超過某一特定值時，芯進入一種飽和狀態，限制次級電流的進一步遞增。在更複雜的應用中，飽和鐵芯感應器和磁放大器使用一個直流電通過一個獨立離的線圈來控制電感器的阻抗。在控制繞組中，變化的電流使操作點在飽和曲線中上下移動，控制通過電感器的交流電。在螢光燈、鎮流器中和功率控制系統中會用到這類的特性。

在磁通門羅盤及磁通門磁強計中也有用到磁飽和的特性。

參見條目

• 磁
• 磁場
• 磁場強度
• 磁阻
• 波門杜爾鐵鈷合金