一、磁化强度的大小:看 “外部推力” 和 “材料配合度”
磁化强度的核心是单位体积内所有磁偶极矩的总和,它的大小不是固定的,主要受两个关键因素影响:
1. 外部磁场的强弱:相当于 “磁化的推力”
外部磁场是让材料内部磁偶极矩排列的 “动力”,通常由通电线圈或永磁体产生。
磁场越强,对磁偶极矩的 “引导力” 就越大,原本杂乱分布的磁偶极矩会更整齐地朝向磁场方向,单位体积内的磁偶极矩总和自然就越大,磁化强度也就随之变大。
但这个规律有个例外,像铁、钴、镍这类强磁性材料,当外部磁场强到一定程度后,内部所有磁偶极矩已经完全对齐,此时即使再增强外部磁场,磁化强度也不会再变大,会稳定在一个 “最大值”(也就是饱和磁化强度)。
2. 材料自身的磁特性:相当于 “材料的配合度”
不同材料对外部磁场的 “响应能力” 差异很大,这直接决定了在相同外部磁场下,磁化强度的大小。
有些材料(如铝、氧气)属于顺磁材料,它们对外部磁场的响应很弱,即使有外部磁场引导,内部磁偶极矩也只是微弱地转向磁场方向,所以磁化强度很小。
有些材料(如铜、玻璃、水)属于抗磁材料,它们对外部磁场几乎没有响应,甚至会微弱地反抗外部磁场,内部磁偶极矩的排列几乎没变化,所以磁化强度极小,小到几乎可以忽略。
而像铁、钴、镍这类铁磁材料,对外部磁场的响应极强,只要有较弱的外部磁场,内部大量磁偶极矩就会快速转向磁场方向,所以磁化强度会非常大,这也是它们能被轻易磁化的原因。
二、磁化强度的方向:看材料类型和外部磁场方向
磁化强度的方向,本质是材料内部大多数磁偶极矩的共同朝向,主要由外部磁场方向决定,但不同材料会有细微差别:
1.顺磁材料和铁磁材料:与外部磁场方向一致
这两类材料的内部磁偶极矩,在外部磁场的引导下,会主动转向磁场方向,最终大多数磁偶极矩的朝向与外部磁场方向相同,所以它们的磁化强度方向也会和外部磁场方向保持一致。
比如用磁铁靠近铁钉,磁铁产生的外部磁场方向是从 N 极指向 S 极,铁钉被磁化后,内部磁偶极矩会朝向这个方向,所以铁钉的磁化强度方向也和这个磁场方向一致。
2.抗磁材料:与外部磁场方向相反
抗磁材料的内部磁偶极矩会轻微反抗外部磁场,即使在外部磁场作用下,它们也会微弱地朝向与磁场相反的方向,所以这类材料的磁化强度方向会和外部磁场方向相反。不过由于抗磁材料的磁化强度本身极小,这种反向的影响通常很难被察觉。