磁阻

磁阻（magnetic reluctance）是指含有永磁體的磁路中的一個參量。源於磁路中存在漏磁。利用永磁體來產生一工作磁場時，需要有永磁體、高導磁軟磁體和適當大小的空隙三部分，總稱為磁路。永磁體提供磁通，經過軟磁體連線後在空隙處產生磁場。磁路中的總磁通量是守恆的，但在空隙處的磁通密度相對降低，因有部分磁通在非空隙處流失，稱之為漏磁，導致磁路中的磁阻。

基本介紹

• 中文名：磁阻
• 外文名：magnetic reluctance
• 源於：磁路中存在漏磁
• Φ：相當電流

基本釋義

簡介

一段磁路的磁位差和磁通量的比值。磁阻由該磁路的幾何形狀、尺寸、材料的磁特性等因素決定。在國際單位制(SI)中，磁阻的單位是每亨[利](H)。

圖 一段長方形截面磁路

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R_m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。

串聯磁路的磁阻

兩段磁路串聯時，總磁阻R_m是每段磁路的磁阻(R_m1和Rm₂)之和，即 。 例如繼電器的銜鐵斷開時，繼電器鐵芯組成的磁路中串聯有由空氣隙構成的一小段磁路，使整個磁路的磁阻增加。

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，

也可用下式計算圖示一段磁路的磁導，式中各符號的意義同前。

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Φ_U和Φ_I，Φ=Φ_U+Φ_I。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/Φ_I相當損耗電阻，即磁路中的磁阻。
在磁路設計中，降低漏磁是提高磁效率的關鍵。

磁阻就是磁通通過磁路時所受到的阻礙作用，用R_m表示。磁路中磁阻的大小與磁路的長度l成正比，與磁路的橫截面積S成反比，並與組成磁路的材料性質有關，且R_m=l/(μS)。

μ為磁導率，單位H/m，長度l和截面積S的單位分別為m和m²。因此，磁阻R_m的單位為1/亨（1H^－1）。由於磁導率μ不是常數，所以R_m也不是常數。

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著電流存在的。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。

磁阻變化率

②電路中電流限定在銅導線和其他導電元件內，這些元件的電導率高，比電路的周圍材料的電導率一般高10¹²倍以上。由於沒有磁絕緣材料，周圍介質的磁導率只比組成磁路材料的磁導率低幾個數量級。

③導體的電導率與導體流過電流無關，而磁路中磁導率是與磁通密度有關的非線性參數。

④由於有散磁通存在，即使均勻繞制，也不能做到全耦合，漏磁通一般很難用分析方法求得，通常採用經驗公式計算。

⑤磁場較複雜，交流激勵的磁場在其周圍導體中產生渦流效應，磁路計算是近似的。

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。

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。其磁阻變化隨著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套用於高容量磁性儲存裝置的讀寫頭。不過，由於其相變溫度較低，不像巨磁阻材料可在室溫下展現其特性，因此離實際套用尚需一些努力。

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；室溫穿隧磁阻效應則於1995年，由TerunobuMiyazaki與Moodera分別發現。此效應更是磁性隨機存取記憶體(magneticrandomaccessmemory,MRAM)與硬碟中的磁性讀寫頭(readsensors)的科學基礎。