產生一定強度的磁場的裝置。物理實驗中常用的產生穩恒磁場的磁體大致有下列幾種。①螺線管,產生恒定而均勻磁場的裝置。能達到的磁場強度約為 109~1T(特斯拉)。②亥姆霍茲線圈,在大範圍空間內產生非常均勻磁場的裝置。其磁場強度一般不超過0.1T。③電磁體,應用最廣的磁體。借助於勵磁線圈和軛鐵、鐵芯,可在不同大小空間內產生大約不超過2T的穩恒磁場。④畢特磁體,實際是特殊構造的電流磁體。泵水水冷卻,可載高達1萬安培的電流。在直徑數厘米空間內產生高達30T的磁場。因此,功率消耗甚大。⑤永磁體,利用永磁材料產生磁場的裝置。磁場強度為 10-3~1T。特點是無需供電,結構一般小巧、緊湊。⑥脈沖場磁體,利用瞬時強大的脈沖電流通過一高強度的線圈,在毫秒或微秒時間裡產生10~103T磁場的裝置。⑦超導磁體,利用低溫超導現象,用屬於第二類超導體的合金絲繞制的線圈以產生強磁場的裝置。它不需消耗大量電能而能長時間保持1~20T的磁場。下面僅對用途最廣泛並有代表性的電磁體和超導磁體,作一簡單的介紹。

  電磁體 實驗室中常用的外斯型磁體的結構如圖 1所示。圖中G是空氣隙,即供使用的磁場空間;T是極靴,它把磁通盡可能集中到氣隙內;P是鐵芯;C是勵磁線圈,用來激發磁通和控制磁場的大小;Y是軛鐵。通過氣隙、極靴和鐵芯的磁通由此閉合。

  若完全無漏磁,根據磁路定理,電磁體產生的磁通為

其中N為勵磁線圈的總匝數,I為導線中的電流強度。lo為空氣隙距離,μo為空氣中的磁導率,So為空氣隙的等效截面積。i為1、2、3時的liμiSi分別表示極靴、鐵芯和軛鐵的長度、磁導率和截面積。li/μiSi就是各部分的磁阻。求得的Ф除以So,即

,就是空氣隙中的磁場強度。

  Bo增加時,磁路各部分的漏磁增大,公式(1)和實際的偏離也增大。所以在實際設計電磁體時,鐵芯材料都用飽和磁化強度大、磁導率高的工業純鐵,極靴采用工業純鐵或鐵鈷合金,常做成圓錐臺形。軛鐵多用工業純鐵或退火的低碳鋼,軛鐵的截面積要比鐵芯的適當放大些,使磁導率大和漏磁少。實際安匝數要比公式(1)給出的大一些,並根據電源的數據或使用上的要求,調節其NI 的值。

  除瞭外斯型結構的電磁體外,還有圖2所示雙軛鐵型(a,b)。它結構牢固,磁場對稱性好。圖2c稱為畢特型電磁體,它和前面講的畢特磁體不是一回事。畢特磁體是電流磁體,而畢特型電磁體主要是靠鐵芯來增強磁場的。它的結構緊湊小巧,漏磁很小,磁場相對更強,但制作比較復雜。

  電磁體是產生中、強磁場的專用設備。它能按照使用要求改變磁場的強度、方向和工作空間。它廣泛地應用於磁性材料的各種測量,磁光、磁電和磁共振等研究以及磁場處理、磁場排列等技術中。在有特殊需要時,它還能做到磁場在空間上高度均勻或在時間上高度穩定。重量可從幾公斤到幾十噸。

  超導磁體 用超導材料做成的磁體。隨著不均勻第二類超導材料的發現(1961),超導磁體才開始顯出實用的價值。在結構上超導磁體比常規磁體要復雜一些,然而它的體積和重量要比同性能常規磁體小幾個數量級。超導磁體的磁場完全靠通過超導材料的大電流產生,因此可把磁場空間做得大而均勻。由於磁體本身所受電磁力很大,通常超導磁體的骨架結構材料多用強度比較大的無磁不銹鋼或鋁合金作成。

  制作超導磁體的工藝技術要求是非常嚴格的。磁場在8T以下者大都用鈮鈦多芯線材或編織帶制作;8~15T一般多用鈮三錫材料制作;15T以上多采用釩三鎵材料或其他混合超導材料制作。現在用超導材料與常規導體材料相混合制作的磁體已達到幾十甚至上百特斯拉。如用爆炸法壓縮磁通線,可產生上千特斯拉的強脈沖磁場。

  為瞭使超導磁體能夠安全穩定地運行,人們采取瞭很多抑制磁通跳躍和防止喪失超導性的措施。由於超導磁體在運行過程中儲存著大量的能量,一旦超導破壞,就有可能燒毀磁體或使整個裝置爆炸。因此,還必須要有可靠而靈敏的保護磁體的引能系統。

  超導磁體的主要特點是:①能在比較大的空間內產生十幾特斯拉的磁場。②經過多種輔助線圈的補償,可獲得10-810-11均勻度的磁場空間,該空間可以在室溫到低溫間連續可調。③利用超導焊接閉合技術,可把電流鎖在磁體線圈中形成持續電流,從而獲得不隨時間變化的高穩定度的恒定磁場。由於電阻為零,因而磁體本身不消耗能量。