磁极化强度(J)和磁感应强度(B)

在介绍这两个指标之前，我们先简单介绍一下磁现象。

磁是什么？

一般提起磁，有些人都觉得磁是较为少见的，好象主要就是磁石或磁铁吸引铁，如图1中磁铁吸引铁粉，和指南针指示南北方向，如图2中显示的古代指南器(司南)模型，可以指示南北方向，而把一般物质称为无磁性或非磁性。

图1　磁铁吸引铁粉

图2　司南模型

情况真是这样吗？现代科学的发展已经表明这样的看法是不对的。现代科学研究和实际应用已经充分证实：任何物质都具有磁性，只是有的物质磁性强，有的物质磁性弱；任何空间都存在磁场，只是有的空间磁场高，有的空间磁场低。所以说包含物质磁性和空间磁场的磁现象是普遍存在的。

我们的生活每时每刻都和磁性有关。没有它，我们就无法看电视、听收音机、打电话；没有它，连夜晚甚至都是一片漆黑。

人类虽然很早就认识到磁现象，但直到了现代，人们对磁现象的认识才逐渐系统化，发明了不计其数的电磁仪器，象电话、无线电、发电机、电动机等。如今，磁技术已经渗透到了我们的日常生活和工农业技术的各个方面，我们已经越来越离不开磁性材料的广泛应用。

由于物质的磁性既看不到，也摸不着，我们无法通过自己的五种感官（听觉、视觉、味觉、嗅觉、触觉）直接体会磁性的存在，但人们还是在实践中逐步揭开了其神秘面纱。

磁铁总有两个磁极，一个是N极，另一个是S极。一块磁铁，如果从中间锯开，它就变成了两块磁铁，它们各有一对磁极。不论把磁铁分割得多么小，它总是有N极和S极，也就是说N极和S极总是成对出现，无法让一块磁铁只有N极或只有S极。

磁极之间有相互作用，即同性相斥、异性相吸。也就是说，N极和S极靠近时回相互吸引，而N极和N极靠近时回互相排斥。知道了这一点，我们就明白了为什么指南针会自动指示方向。原来，地球就是一块巨大的磁铁，它的N极在地理的南极附近，而S极在地理的北极附近。

这样，如果把一块长条形的磁铁用细线从中间悬挂起来，让它自由转动，那么，磁铁的N极就会和地球的S极互相吸引，磁铁的S极和地球的N极互相吸引，使得磁铁方向转动，直到磁铁的N极和S极分别指向地球的S极和N极为止。这时，磁铁的N极所指示的方向就是地理的北极附近。

物质的磁性不但是普遍存在的，而且是多种多样的，并因此得到广泛的研究和应用。近自我们的身体和周边的物质，远至各种星体和星际中的物质，微观世界的原子、原子核和基本粒子，宏观世界的各种材料，都具有这样或那样的磁性。

世界上的物质究竟有多少种磁性呢？一般说来，物质的磁性可以分为弱磁性和强磁性，再根据磁性的不同特点，弱磁性又分为抗磁性、顺磁性和反铁磁性，强磁性又分为铁磁性和亚铁磁性。这些都是宏观物质的原子中的电子产生的磁性，原子中的原子核也具有磁性，称为核磁性。

但是核磁性只有电子磁性的约千分之一或更低，故一般讲物质磁性和原子磁性都主要考虑原子中的电子磁性。原子核的磁性很低是由于原子核的质量远高于电子的质量，而且原子核磁性在一定条件下仍有着重要的应用，例如现在医学上应用的核磁共振成像(也常称磁共振CT，CT是计算机化层析成像的英文名词的缩写)，便是应用氢原子核的磁性。

怎样表示物质磁性的强弱呢？为什么吸铁石并没有接触钢铁就可以吸引它？在一块硬纸板的下面放两块磁铁，并且让它们的S极相对。纸板上面撒一些细的铁粉末。看会发生什么现象？铁的粉末会自动排列起来，形成一串串曲线的样子。其中，N极和S极之间的曲线是连续的，也就是说曲线从N极直至S极。而S极和S极之间的曲线互相排斥，不能融合和贯穿。

这种现象说明，磁铁的磁极之间存在某种联系。因此，我们可以假想，在磁极之间存在着一种曲线，它代表着磁极之间相互作用的强弱。这种假想的曲线称为磁力线，并规定磁力线从N极出发，最终进入S极。这样，只要有磁极存在，它就向空间不断地发出磁力线，而且离磁极近的地方磁力线密，而远处磁力线稀疏（图1）。铁粉末的排列形状就是磁力线的走向。

图3 磁力线

有了磁力线，我们就可以很方便地描述磁铁之间的相互作用。但是必须明白，磁力线是我们为了理解方便而假想的，实际上并不存在。在磁极周围的空间中真正存在的不是磁力线，而是一种场，我们称之为磁场。磁性物质的相互吸引等就是通过磁场进行的。

我们知道，物质之间存在万有引力，它是一种引力场。磁场与之类似，是一种布满磁极周围空间的场。磁场的强弱可以用假想的磁力线数量来表示，磁力线密的地方磁场强，磁力线疏的地方磁场弱（图4）。单位截面上穿过的磁力线数目称为磁通量密度，也就是我们要说到的磁感应强度。

图4 磁通量

运动的带电粒子在磁场中会受到一种称为洛仑兹(Lorentz)力作用。由同样带电粒子在不同磁场中所受到洛仑磁力的大小来确定磁场强度的高低。图5是测量脉冲强磁场的磁通密度的特斯拉磁强计，简称特斯拉计。特斯拉是磁通密度的国际单位制单位。磁通密度是描述磁场的基本物理量，而磁场强度是描述磁场的辅助量。

注：特斯拉(Tesla，N)(1886~1943)是克罗地亚裔美国电机工程师，曾发明变压器和交流电动机，现在大名鼎鼎的tesla轿车同样用了他的名字冠名。

图5 特斯拉计

接下来我们的主角粉墨登场了

磁感应强度（B）

磁感应强度，英文为magnetic flux density，即磁通量密度。是指试样受交变磁化时，特定磁场强度峰值对应的磁感应强度峰值，磁感应强度用符号B(0.01H)表示，单位为T(特斯拉)。（参见Q/BQB 480-2014）

多年来，磁性材料磁化一直由磁场强度（H）和磁感应强度（B）这两个参数表示。然而，近几年前的公认结论是：与磁感应强度相比，为少数人熟知的名词----磁极化强度J(J=B-μ0H)能更准确地描述材料的磁化状态。

此外，现在有些专家认为，可采用磁化强度M来更好地描述磁性材料。在磁性材料磁场测量上有两个学派：一个是通过应用安培定律（通过测量励磁电流）间接测量；另一个通过测量线圈（应用法拉第电磁感应定律）直接测量。在真正选择测量磁场的传感器时，目前仍在讨论是测量磁场强度H还是磁感应强度B。因此，与建立了明确术语的电参量测量相比，磁性测量有许多基本问题仍在讨论中。

注1：早期的标准文献中，磁性材料由磁感应强度B描述，实际上，用标准爱泼斯坦方圈法和单片法测量的是磁极化强度。最近，许多标准推荐采用磁场极化强度J替代磁感应强度B。

磁极化强度是个什么东东？

磁极化强度（J）

英文名是magnetic polarization，物理意义上解释为单位体积磁性介质的磁偶极矩，也称内禀磁感应强度。符号为Bi或J，单位是T（特斯拉）。

磁感应强度与磁极化强度之间是什么关系呢？

不知各位注意没有，Q/BQB480-2014标准的术语和定义中有一个注：

“注：给出磁感应强度值是多年来的惯例，实际上，实际上，用标准爱泼斯坦方圈法和单片法测量的是磁极化强度。按照GB/T 3102.5-1993 定义为：

J=B-μ0H

式中，J是磁极化强度，B 是磁感应强度，μ0 是真空磁导率(4×10-7H/m)，H是磁场强度。”

在软磁材料典型应用中，磁场强度的值通常是不大于1000A/m，μ0为4×10-7H/m，所以磁感应强度B和磁极化强度J之间区别极小。

高的磁极化强度（磁感应强度），意味着铁芯的磁化能力强，铁芯的激磁电流降低，比总损耗和铜损都降低。当电机或变压器容量不变时，磁极化强度高可使铁芯体积缩小和重量减轻，节省电工材料、导线等的用量，并使铁芯铁损和制造成本降低，有利于制造、安装和运输。

所以，电工钢材料的选择，同等铁损的前提下，选择磁感应（磁极化）强度相对高的材料更好一些。