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磁阻
鎖定
- 中文名
- 磁阻
- 外文名
- magnetic reluctance
- 源 於
- 磁路中存在漏磁
- Φ
- 相當電流
磁阻基本釋義
磁阻簡介
圖示一段磁路。它有均勻長方形截面,磁感應線和截面垂直。令截面上的磁通量是Φ,磁路兩端的磁位差是Um,則這段磁路的磁阻Rm定義為
上式也稱作磁路中的歐姆定律。若圖示磁路由同一種材料製成,磁阻Rm也可用下式計算
其中A、l分別是該段磁路的截面積和長度(見圖);μ是磁路材料的磁導率。如果材料是非鐵磁物質,一般認為μ等於真空磁導率μ0,是常值,由上式可方便地計算磁阻。如果材料是鐵磁物質,μ不是常數,一般不計算磁阻;磁阻概念只在作定性分析時使用。
磁阻串聯磁路的磁阻
磁阻磁導
磁阻的倒數稱作磁導。在SI制中,它的單位是亨利(H)。用Λ代表磁導,磁導的定義式便是
,
磁阻概念解釋
設永磁體的總磁通為Φ,在空隙處的有用磁通和漏磁通分別為ΦU和ΦI,Φ=ΦU+ΦI。它們都受到磁通勢F的驅動。如用電路中的電流和電壓相對照,Φ相當電流,F相當電壓,而F/ΦI相當損耗電阻,即磁路中的磁阻。
磁阻與電阻的區別
①電路中在電動勢的驅動下,確實存在電荷在電路中流動,並因此引起電阻的發熱。而磁路中磁通是伴隨着電流存在的。對於恆定電流,在磁導體中,並沒有物質或能量在流動,因此不會在磁導體中產生損耗。即使在交變磁場中,磁導體的損耗也不是磁通“流通”產生的。
磁阻磁阻效應
磁阻效應(Magnetoresistance Effects)的定義:是指某些金屬或半導體的電阻值隨外加磁場變化而變化的現象。金屬或半導體的載流子在磁場中運動時,由於受到電磁場的變化產生的洛倫茲力作用,產生了磁阻效應。
磁阻分類
若外加磁場與外加電場垂直,稱為橫向磁阻效應;若外加磁場與外加電場平行,稱為縱向磁阻效應。一般情況下,載流子的有效質量的馳豫時時間與方向無關,則縱向磁感強度不引起載流子偏移,因而無縱向磁阻效應。
磁阻效應主要分為:常磁阻,巨磁阻,超巨磁阻,異向磁阻,穿隧磁阻效應等
常磁阻(OrdinaryMagnetoresistance,OMR)
對所有非磁性金屬而言,由於在磁場中受到洛倫茲力的影響,傳導電子在行進中會偏折,使得路徑變成沿曲線前進,如此將使電子行進路徑長度增加,使電子碰撞機率增大,進而增加材料的電阻。磁阻效應最初於1856年由威廉·湯姆森,即後來的開爾文爵士發現,但是在一般材料中,電阻的變化通常小於5%,這樣的效應後來被稱為“常磁阻”(ordinarymagnetoresistance,OMR)。
巨磁阻(GiantMagnetoresistance,GMR)
所謂巨磁阻效應,是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較之無外磁場作用時存在巨大變化的現象。巨磁阻是一種量子力學效應,它產生於層狀的磁性薄膜結構。這種結構是由鐵磁材料和非鐵磁材料薄層交替疊合而成。當鐵磁層的磁矩相互平行時,載流子與自旋有關的散射最小,材料有最小的電阻。當鐵磁層的磁矩為反平行時,與自旋有關的散射最強,材料的電阻最大。
超巨磁阻(ColossalMagnetoresistance,CMR)
超巨磁阻效應(也稱龐磁阻效應)存在於具有鈣鈦礦(Perovskite)ABO3的陶瓷氧化物中。其磁阻變化隨着外加磁場變化而有數個數量級的變化。其產生的機制與巨磁阻效應(GMR)不同,而且往往大上許多,所以被稱為“超巨磁阻”。 如同巨磁阻效應(GMR),超巨磁阻材料亦被認為可應用於高容量磁性儲存裝置的讀寫頭。不過,由於其相變温度較低,不像巨磁阻材料可在室温下展現其特性,因此離實際應用尚需一些努力。
異向磁阻(Anisotropicmagnetoresistance,AMR)
有些材料中磁阻的變化,與磁場和電流間夾角有關,稱為異向性磁阻效應。此原因是與材料中s軌域電子與d軌域電子散射的各向異性有關。由於異向磁阻的特性,可用來精確測量磁場。
穿隧磁阻效應(Tunnel Magnetoresistance,TMR)
穿隧磁阻效應是指在鐵磁-絕緣體薄膜(約1納米)-鐵磁材料中,其穿隧電阻大小隨兩邊鐵磁材料相對方向變化的效應。此效應首先於1975年由MichelJulliere在鐵磁材料(Fe)與絕緣體材料(Ge)發現;室温穿隧磁阻效應則於1995年,由TerunobuMiyazaki與Moodera分別發現。此效應更是磁性隨機存取內存(magneticrandomaccessmemory,MRAM)與硬盤中的磁性讀寫頭(readsensors)的科學基礎。
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磁阻科研成果
- 參考資料
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- 1. 詞條作者:陳熙謀.《中國大百科全書》74卷(第二版)物理學:中國大百科全書出版社,2009-07:60頁
- 2. 《中國電力百科全書》編輯委員會,中國電力出版社《中國電力百科全書》編輯部.《中國電力百科全書》:中國電力出版社,1995
- 3. 張之聖, 胡明, 劉志剛,等. 磁阻效應及磁敏位置傳感器[J]. 電子學報, 1996(11):122-124.
- 4. 匠心獨運,造物製材更神奇——2023年世界科技發展回顧·新材料篇 .科技日報.2024-01-14[引用日期2024-01-14]