磁场设备概述

磁学是物理学*古老的研究领域之一，目前仍然充满了生机活力。对于磁性物理的科学研究、磁性材料相关的探索来说，磁场设备必不可少，因为在外加磁场的作用下，样品会表现出特殊的物理性质，并带来了巨大的应用前景，比如霍尔效应、磁阻效应、各类磁性材料、磁性传感器、自旋电子学、超导材料等。

那平常我们用到的磁性设备主要有哪些呢？这里主要分为两大类，一类是普通的磁场设备，这类设备主要包括，电磁铁、亥姆霍兹线圈、螺线管等磁性产品。

另一类是超导磁场设备，主要是各类超导磁体。两者的主要区别在于，普通磁场设备使用的是普通导线绕制，超导磁体使用的是超导线材绕制，具体有哪些方面的不同，我们下期再来讨论！

磁场设备主要有普通的磁场设备和超导磁场设备。除了永磁铁暂时不做讨论之外，我们先来聊一下普通电磁场的设备。

普通电磁场设备主要有电磁铁、亥姆霍兹线圈、螺线管等，一般来说，电磁铁能够满足3T以下的磁场使用需求。螺线管的磁场强度一般在几百高斯或者一千多高斯左右，极限在几千高斯。亥姆霍兹线圈的磁场强度一般在几高斯、几十高斯、极限在几百高斯。

电磁铁与另外两类的差别主要是电磁铁具有铁芯，磁场强度更高。螺线管和亥姆霍兹线圈没有铁芯，磁场强度较弱。电磁铁和亥姆霍兹线圈有一维、二维、三维之分，螺线管一般是一个独立的一维磁场。对于特殊的应用场景和磁场使用需求，一般会有针对性的解决方案和独特设计。

现在我们来聊一聊超导磁体相关的内容。

超导磁体是指低温下用具有高转变温度和临界磁场特别高的**类超导体制成线圈的一种电磁体。它的主要特点是无导线电阻产生的电损耗，也没有因铁芯存在而产生的磁损耗，具有很强的实用价值。在工业和科研上应用极广，但它必须在液态氦温度下工作，成本较高。

超导磁体在很多方面都比常规磁体优越：

①超导磁体稳定运行时本身没有焦耳热的损耗，对于需要在较大空间中获得直流强磁场的磁体，这一点尤为突出，可以大量节约能源，且所需的励磁功率很小

②超导材料可以有很高的电流密度，因此超导磁体体积小，重量轻，而且可以较容易地满足关于高均匀度或高磁场梯度等方面的特殊要求。

目前，超导磁体一般可以产生3-18T，以及20T以上的强磁场，对于一些特殊领域的研究，如强磁场中凝聚态物理学研究、强磁场下的核磁共振研究、强磁场下物性研究等方面，强磁场条件必不可少，而且随着磁场强度的提高，将会产生新的前沿性课题，对科学的发展和新技术、新材料的开发和应用具有重要的意义。