近些天，我和朱顶余先生对磁铁的磁化问题产生了激烈的争论，互不相让。究其原因，在于双方对磁化的机理理解不一样、对分子电流模型的理解不一样。

 

我认为，分子电流模型中的安培分子电流完全不等效于线圈中流过的传导电流。铁磁质物质在居里温度以下有了自发极化，形成了很多磁畴。这些磁畴相当于很多小电流环。这些小电流环是小组分分子或分子团中电子自旋磁矩和轨道磁矩的矢量和。它们结成磁畴是自发形成的分子内部势能最低的行为。这些磁畴等效的分子电流在特定温度下已经处于饱和状态。即这些等效环流的大小是固定值。比如一体积磁铁内有n个这样的磁畴，那么磁铁内的总磁矩就是这些环流的矢量和贡献出来的。设每个环流大小是Ij，总电流就是I=ΣIj，[j=1 TO n]。Ij为矢量，以右手螺旋法则定义方向。一个初始磁铁毛坯，未经技术磁化时，这些Ij的方向是杂乱无章的，因此I=ΣIj=0。当套在磁铁毛坯上的线圈中有传导电流流过时，这些传导电流起到了一个外力的作用，把这些分子磁矩，即环流方向向同一个方向扳动，这样这个I=ΣIj>0了。传导电流所做之功用于克服磁畴之间原有的势能还有磁壁之间的摩擦力。因此在传导电流的作用下，磁铁会有热量产生出来。还有一部分传导电流能量用于维持它们的磁化状态。

 

磁铁的磁化有如对一个可塑性强的固体进行变形操作。比如延展性好的铜，可以拉成丝、轧成薄片。在轧制过程中，金属有弹性形变和塑性形变。弹性形变是可恢复的，塑性形变是永久的（短时间内没有大的形变恢复）。用于塑性形变的做功，统统变成热量损失掉，用于弹性形变的能量，还可以释放回去。

 

磁铁内的原始磁畴，都是远大于原子的分子团。它们是一个个独立的晶胞，在金相显微镜下甚至能看到它们。这些晶胞在传导电流下受力扭转，克服互相之间的摩擦力所做的功全部来自外部电流做功。这些都会引起发热。我说过，任何塑性形变中都存在弹性形变部分，轧制钢板或铜板的辊缝距离都要小于成品厚度。即板材、带材出了辊缝后都有一定厚度的恢复量。对磁铁的磁化也是如此，磁畴总不是完全记住磁化电流存在时的位置，在磁化电流消失后，磁畴的取向都会恢复一些，这属于磁畴间弹性形变的恢复。

 

Im=Σ|Ij|是一个最大值，即分子环流万分之万的方向都被传导电流扳成方向一致时的最大等效电流。它是在传导电流非常大，并且持续存在时所能激发出来的最大磁化附加电流，它产生的等效磁场也是饱和磁场。在磁铁内如果有10000个磁畴分子，每个分子环流是1毫安，则Icm=10安培。如果传导电流消失，这些磁畴都会保持已有塑性形变，但会消除了弹性形变的位置，等效电流I=ΣIj<Im。

 

这就是实际的磁铁情况。任何真实磁铁，当传导电流消失后，等效电流都会下降一点。这时的剩磁等效出的电流就是Ic，Ic总是小于Im。

 

外加传导电流非常大时，所有的分子电流的极限矢量和就是Im=10安培，而Ic<10安培。为什么最大就是10安培了？传导电流为什么不能使等效电流继续增大了？这里的根本原因是，传导电流不能改变分子电流一丝一毫。传导电流只能扶正它们的方向，只能使它们的矢量和达到最大，而不能向分子电流注入能量。传导电流不能使分子电流Ij增加，同样道理，也不能使分子电流减小。

 

套在已磁化磁铁上的载流线圈，只要有电流，它在线圈中就会产生大于零的场强H，这个磁铁就会在塑性形变的基础上产生一点弹性形变。在传导电流没有达到过去的最大充磁电流之前，磁铁产生的新形变总是在旧的塑性形变的基础上产生弹性形变。其实这个磁化强度M还是在随传导电流变的。传导电流在零到最大充磁电流之间单极性变化，等效电流也在Ic和Im之间变化。

 

在这个过程中，因有励磁传导电流的存在，等效电流也是在变的，这些能量全部来自电源，并不来自磁铁。

 这就如同我们用一个力Fm把一个铜丝在原长的基础上拉长了Sm，其中有塑性形变Sc，还有弹性形变St，Sm=Sc+St。释放拉力后，铜丝恢复到形变Sc的状态，St消失。当我们再对铜丝施加拉力时，只要这个力不超过Fm，它产生的形变总是弹性形变，不会产生新的塑性形变。

 

在加有传导电流的磁铁上，没有对磁铁做负功的电流。磁铁新增能量总是从电源获取的。任何削弱已存在磁化强度M的行为，都会得到电源能量的补充，使之保持在M>Mc上。

 

只有具有这个深刻的认识，才能说明磁铁磁化和传导电流之间的关系。我提出的传导电流的作用力作用到分子电流上，不能改变分子电流的大小，这才是没有人阐述过的机理。

对于已存在永久塑性形变的铜丝，只要在其上重新施加的拉力小于或等于最初施加的力Fm，不管这个力是不是半波形状的脉冲力，还是缓慢往复变化的力，它再产生的长度变化都是弹性形变，不会再增加塑性形变部分。而这个弹性形变部分，总是从拉力中吸收能量。当外力减小时，这个弹性能量会返还给力源。

 

含有剩磁的磁铁也是这样，在使用最大传导电流充过磁的磁铁上，重新加入正向电流I，它总从电源吸收能量用于在剩磁Bc的基础上，增加弹性部分的附加磁场。这个附加磁场是随电源电流变化而变化的。电流回到零的过程中，这个剩磁依然回到Bc，附加磁场的能量还会以电能或热能释放出去:不断电减小电流时会产生顺电势，将这份能量回馈给电源，经过开关断电也会产生顺电势，在开关接点处产生拉弧将磁场能释放出去。

 

对于电感性负载，电弧总产生于断电时，不产生于接通时。能量总是通过顺电势产生的楞次电流释放出去的，它并不会储存在分子电流中。但是朱顶余却不知道这个能量会释放到哪里去，还在问“依据能量不灭的定律 那么此时的磁场交叉项的逐渐消失 究竟变成了什么形式的能量？”。

 

这个随传导电流弹性增加的能量可以通过电磁方式返回电源或通过火花放电将其变成热能、电磁辐射能放掉，但是绝对不会变成分子环流的能量。

磁滞回线的面积正比于磁铁反复磁化中释放的热能。其近似90度拐点完全是矫顽力作用于磁铁内部磁畴使之翻转，克服了畴壁间的最大静摩擦力所产生做功加速的现象。磁畴要克服一个最大静摩擦力才能够翻转过去，这个最大静摩擦力就是矫顽力。

一个在水平摩擦面上m=1kg的物体，它和摩擦面之间的静摩擦系数μs远大于动摩擦系数μd，比如μs=0.8，μd=0.08。当一个水平力F从零逐渐增加，在F<mgμs，即F<8牛顿（设g=10ms-2）时，这个力只能引起物体微小弹性位移，这就相当于加于螺线管上小于Hc的矫顽力。当力F一旦突破8牛顿，这个物体的大幅度加速立刻开始，失去了静摩擦力的物体在动摩擦力和外力的合力作用下全部用于加速，用于克服静摩擦力的那部分外力和新增的外力全部转为产生加速度，因此速度产生了突变。这个最大静摩擦力就相当于磁铁的矫顽力。它反映了磁铁在往复充、退磁过程中克服摩擦力释放的能量。这就是类比。

磁滞回线是外场克服磁畴最大静摩擦力时磁畴的磁化的曲线。回环产生的机理同最大静摩擦力有相同的特点。H轴相当于外力，B轴相当于位移。磁滞回线和分子环流是否吸取或释放热能无关，磁滞产生的热能全部来自传导电流源。

何谓磁畴？磁畴就是分子自发磁化出的一个个磁场达到饱和的小单位分子团。这些分子团等效成一个个小分子环流，具有微观磁场。它们是杂乱无章的排列的，宏观上不显磁性。技术磁化的目的就是把这些不规则的环流方向扳正成一致，使其环流矢量和达到最大。

 


为了形象，直接就把这些环流看作微小的柱形磁铁。比如我把10000个小磁铁置于一体积油中分散，不考虑重力的沉降作用，也不允许它们聚成一团，让它们保持等间距，这就和磁畴在实际铁磁物质中一样了。

 


在有外加传导电流时，它们的方向会趋于一致，如果这些磁体和油没有摩擦，只有磁体间和油分子间的引力势能，则该磁化就十分容易，它没有热能损失，它的磁导率也十分大。比如我外加100Am-1的磁场，它们的方向就全顺过来了，比如达到了1特斯拉。它们的磁化程度几乎是和外磁场成正比的，在达到饱和前，是线性的。当我把磁场撤除，它们又恢复到未磁化时初始位置了。这种磁畴及所在环境就是理想软磁体。软磁铁中的磁畴转动是一种角度位置弹性形变，不受力时还能恢复到初始位置。

 


如果我把这些小磁铁分散于松软的土中，磁化时遇到的阻力就会明显增加。相同的外加磁场100Am-1，磁化出来的B就小，比如只有0.3特斯拉，它的B点就会落到理想软磁铁的B的下面。这个材料就略显硬。当然，我如果想把它磁化到1特斯拉，我外加磁场可能就要达到400Am-1

如果我把这些小磁铁分散在硬面团中，显然同样的激励磁场100Am-1，把磁体扳正的效果就大大降低，得到的B就更小，比如B只有0.1特斯拉，它比在松软土环境之下的B还低。我要增大很大的激励磁场，比如1000Am-1，才能克服硬面团和小磁铁的摩擦力，把小磁铁一一扳正过来，达到B=1特斯拉。这就是硬磁材料的特点。此时虽然B达到和理想软磁铁一样了，但是用的H却有10倍的区别。因此，即使B相同了，但H不相同，它们也不是在一个点上。硬磁材料永远无法和软磁材料达到相同的M（H）状态。由于小磁铁在松软土和硬面团中会发生转动角度永久保持，也会使得被外力扳正后的小磁铁在失励磁后不能依靠自然回复力回到初始状态，这就表现出硬磁材料的剩磁。

 


硬磁材料被磁化的曲线永远都是处于理想软磁材料的磁化曲线之下，相同B值时（如果能到达）B曲线和B轴围成的面积总是大于理想软磁体的面积。其一是它总低于理想软磁体的磁化曲线，其二是达到相同的B时，H要向右很多很多，如上面的10倍。这两个因素就使硬磁铁磁化曲线和B轴之间的面积远大于软磁铁的面积，而不是“只有沿着线性铁磁材料的起始磁化曲线积分其消耗的电能最多，其余的非线性铁磁材料的起始磁化曲线与纵坐标B所围成的曲边三角形面积更小。”（见朱顶余《磁场能密度属于磁场场状态的函数，只取决于其状态参量（H，M）与抵达该状态的具体历程无关》【32楼】）。