为什么要用磁偶极子模型而不用磁畴模型来研究磁性无损检测原理.pdf

第九届MTPT年会 为什么要用磁偶极子模型而不用磁畴模型 来研究磁性无损检测原理?+ 仲维畅 f南京燃气轮机研究所，南京210037) 摘要：回答是简便和有效。因为磁偶板子模型实际上就是一种最简单的磁畴模型，所以它更 适合于研究只牵涉到磁荷间机械作用力的无损检测原理，迄今用它已解决了十余个该领域内 的难题。 关键词：磁偶极子；磁畴；模型；磁性无损检测 磁偶极子是人类研究物质磁性时由磁荷假说最初引入的一个基本模型，随着 物理学的发展而被人们认为“它不太符合磁介质的微观本质”‘”，因而被有的人戏 称为“科学上的老古董”，甚至有人认为“今天还用磁偶极子模型是个错误”。还 有人问：“你为什么不用“磁畴”模型而用“磁偶极子”模型来研究磁性无损检测 原理呢?”为讲清其缘由，特撰本文。 1简便 回顾一下电磁学的发展史可知：对于磁性的起源，库仑认为是磁荷，安培则 主张是环形电流，虽然这两种假说的微观模型不同，致使赋于描述磁场的基本物 理量——磁场强度H和磁感应强度B的物理意义也不一样，但最后得到的宏观规 律表达式却完全相同，计算的结果也完全一致，在这种意义上说来，这两种假说 是完全等效的川。 在大量铁磁物质实验研究的基础上，德国的韦伯最先利用“分子磁体”(来自 分子电流)的无规则分布和磁场力的恒定指向性阐明了磁化强度随磁场增大而增大 和磁饱和现象，却无法解释磁滞现象。苏格兰的麦克斯韦尔认为：分子磁体偏转 后的恢复原位需要超过一定l临界值的附加磁化力，这样便可以说明磁滞和剩磁现 象，但这种磁性相互作用还不能解释铁磁物质的高居里点，即磁能小于居里点的 热能，不能保持分子磁体的规则(有序)排列。于是法国的外斯提出了“分子场”假 说和“磁畴”假说，唯象地说明了物质的铁磁特性[2】。 由此观之，不同的假设和模型是针对不同的现象或问题而提出的。一般情况 下，能够用简单模型解决的问题绝对不会用复杂模型，哪怕复杂模型是更一般、会 用爱因斯坦的“相对论”，虽然前者只是后者在低速情况下的特例。 如果将每个磁偶极子所占据的磁介质空间看作是一个“磁畴”的话，那么这 样的“磁偶极子”就是一个最简单的“磁畴”，从而省略掉所有有关磁畴形状、大 小、排列、取向、磁偶极矩的体积密度等一系列“磁畴”模型必不可少的假设， 故磁偶极子模型的物理意义明确，几何图像清晰，分析计算简单。 磁性无损检测原理的基本问题仪限于磁性物体问的机械作用力p。…，并未涉及 到热力学和量子力学的范畴，故只须用简单的“磁偶极子”模型即可，而无需求 助于更复杂的“磁畴”模型和“分子场”模型。 第九届MTPT年会 2有效 作为一种有效的分析、计算工具，磁荷观点、磁偶极子模型在物理学中至今 并没有丧失其实用价值¨J，而对于研究磁性无损检测原理则更觉方便——只须依据 磁学的基本规律——同种磁荷相斥、异种磁荷相吸、磁的库仑定律、磁荷体系中 磁性自由能最低原理……便可轻而易举地解决磁性无损检测中遇到的传统理论难 题，例如用“磁偶极子模型”已解决了下列课题： (1)圆柱体纵向磁化时两端面上的磁荷分布[11,121 3，“】。 (2)方钢纵向磁化时侧棱也吸附磁粉，形成“杂乱”显示【l 5．”j。 (3)工件通电流周向磁化时底棱亦吸附磁粉，形成“非相关”显示11 7’”j。 (4)磁化场方向对磁粉显现缺陷的影响【l (5)工件表面沟槽深度对漏磁场的影响【l…。 (6)棒材纵向磁化时的退磁场120】。 (7)方钢纵向磁化时的退磁场[21,221。 (8)圆盘边缘柱面上沟槽内外的漏磁场解析表达式【2”。 (9)纵向磁化停止后工件表面沟槽内磁极性的反转【2“。 (10)