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磁阻

含有永磁体的磁路中的一个参量

磁阻（magnetic reluctance）是指含有永磁体的磁路中的一个参量。源于磁路中存在漏磁。利用永磁体来产生一工作磁场时，需要有永磁体、高导磁软磁体和适当大小的空隙三部分，总称为磁路。永磁体提供磁通，经过软磁体连接后在空隙处产生磁场。磁路中的总磁通量是守恒的，但在空隙处的磁通密度相对降低，因有部分磁通在非空隙处流失，称之为漏磁，导致磁路中的磁阻。^[1]

2023年，研究人员报告了石墨烯中出现的创纪录的高磁阻。^[4]

中文名: 磁阻
外文名: magnetic reluctance

源于: 磁路中存在漏磁
Φ: 相当电流

基本释义

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简介

一段磁路的磁位差和磁通量的比值。磁阻由该磁路的几何形状、尺寸、材料的磁特性等因素决定。在国际单位制(SI)中，磁阻的单位是每亨[利](/H)。^[2]

图一段长方形截面磁路

图示一段磁路。它有均匀长方形截面，磁感应线和截面垂直。令截面上的磁通量是Φ，磁路两端的磁位差是Um，则这段磁路的磁阻Rm定义为

上式也称作磁路中的欧姆定律。若图示磁路由同一种材料制成，磁阻Rm也可用下式计算

其中A、l分别是该段磁路的截面积和长度(见图);μ是磁路材料的磁导率。如果材料是非铁磁物质，一般认为μ等于真空磁导率μ0，是常值，由上式可方便地计算磁阻。如果材料是铁磁物质，μ不是常数，一般不计算磁阻;磁阻概念只在作定性分析时使用。

串联磁路的磁阻

两段磁路串联时，总磁阻Rm是每段磁路的磁阻(Rm1和Rm2)之和，即

。例如继电器的衔铁断开时，继电器铁芯组成的磁路中串联有由空气隙构成的一小段磁路，使整个磁路的磁阻增加。^[2]

磁导

磁阻的倒数称作磁导。在SI制中，它的单位是亨利(H)。用Λ代表磁导，磁导的定义式便是

，

也可用下式计算图示一段磁路的磁导

，式中各符号的意义同前。^[2]

概念解释

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设永磁体的总磁通为Φ，在空隙处的有用磁通和漏磁通分别为ΦU和ΦI，Φ=ΦU+ΦI。它们都受到磁通势F的驱动。如用电路中的电流和电压相对照，Φ相当电流，F相当电压，而F/ΦI相当损耗电阻，即磁路中的磁阻。

在磁路设计中，降低漏磁是提高磁效率的关键。^[1]

磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用Rm表示。磁路中磁阻的大小与磁路的长度l成正比，与磁路的横截面积S成反比，并与组成磁路的材料性质有关，且Rm=l/(μS)。

μ为磁导率，单位H/m，长度l和截面积S的单位分别为m和m2。因此，磁阻Rm的单位为1/亨（1H－1）。由于磁导率μ不是常数，所以Rm也不是常数。

与电阻的区别

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磁阻变化率

①电路中在电动势的驱动下，确实存在电荷在电路中流动，并因此引起电阻的发热。而磁路中磁通是伴随着电流存在的。对于恒定电流，在磁导体中，并没有物质或能量在流动，因此不会在磁导体中产生损耗。即使在交变磁场中，磁导体的损耗也不是磁通“流通”产生的。

②电路中电流限定在铜导线和其他导电元件内，这些元件的电导率高，比电路的周围材料的电导率一般高1012倍以上。由于没有磁绝缘材料，周围介质的磁导率只比组成磁路材料的磁导率低几个数量级。

③导体的电导率与导体流过电流无关，而磁路中磁导率是与磁通密度有关的非线性参数。

④由于有散磁通存在，即使均匀绕制，也不能做到全耦合，漏磁通一般很难用分析方法求得，通常采用经验公式计算。

⑤磁场较复杂，交流激励的磁场在其周围导体中产生涡流效应，磁路计算是近似的。

磁阻效应

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磁阻效应(Magnetoresistance Effects)的定义：是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。金属或半导体的载流子在磁场中运动时，由于受到电磁场的变化产生的洛伦兹力作用，产生了磁阻效应。

分类

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若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，载流子的有效质量的驰豫时时间与方向无关，则纵向磁感强度不引起载流子偏移，因而无纵向磁阻效应。

磁阻效应主要分为：常磁阻，巨磁阻，超巨磁阻，异向磁阻，穿隧磁阻效应等

常磁阻(OrdinaryMagnetoresistance,OMR)

对所有非磁性金属而言，由于在磁场中受到洛伦兹力的影响，传导电子在行进中会偏折，使得路径变成沿曲线前进，如此将使电子行进路径长度增加，使电子碰撞机率增大，进而增加材料的电阻。磁阻效应最初于1856年由威廉·汤姆森，即后来的开尔文爵士发现，但是在一般材料中，电阻的变化通常小于5%，这样的效应后来被称为“常磁阻”(ordinarymagnetoresistance,OMR)。

巨磁阻(GiantMagnetoresistance,GMR)

所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。

超巨磁阻(ColossalMagnetoresistance,CMR)

超巨磁阻效应（也称庞磁阻效应）存在于具有钙钛矿(Perovskite)ABO3的陶瓷氧化物中。其磁阻变化随着外加磁场变化而有数个数量级的变化。其产生的机制与巨磁阻效应(GMR)不同，而且往往大上许多，所以被称为“超巨磁阻”。如同巨磁阻效应(GMR)，超巨磁阻材料亦被认为可应用于高容量磁性储存装置的读写头。不过，由于其相变温度较低，不像巨磁阻材料可在室温下展现其特性，因此离实际应用尚需一些努力。

异向磁阻(Anisotropicmagnetoresistance,AMR)

有些材料中磁阻的变化，与磁场和电流间夹角有关，称为异向性磁阻效应。此原因是与材料中s轨域电子与d轨域电子散射的各向异性有关。由于异向磁阻的特性，可用来精确测量磁场。

穿隧磁阻效应(Tunnel Magnetoresistance,TMR)

穿隧磁阻效应是指在铁磁-绝缘体薄膜(约1纳米)-铁磁材料中，其穿隧电阻大小随两边铁磁材料相对方向变化的效应。此效应首先于1975年由MichelJulliere在铁磁材料(Fe)与绝缘体材料(Ge)发现；室温穿隧磁阻效应则于1995年，由TerunobuMiyazaki与Moodera分别发现。此效应更是磁性随机存取内存(magneticrandomaccessmemory,MRAM)与硬盘中的磁性读写头(readsensors)的科学基础。^[3]