铁磁性材料居里点的测定.docx

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铁磁性材料居里点的测定

铁磁性材料居里点的测定

LT

场方向整齐排列，这是磁化达到饱和，图2是某单晶结构磁体磁化过程的示意图。

铁磁性物质的磁化与温度有关，存在一临界温度TC称为居里温度（也称居里点）（如图3）。

当温度增加时，由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列，但在未达到居里温度TC时，铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列，此时物质仍具有铁磁性，仅其自发磁化强度随温度升高而降低。

如果温度继续升高达居里点时，物质的磁性发生突变，磁化强度M（实为自发磁化强度）剧烈下降！

因为这时分子热运动足以使相邻原子（或分子）之间的交换耦合作用突然消失，从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列。

此时磁畴消失，铁磁性变为顺磁性。

磁畴的出现或消失，伴随着晶格结构的改变，所以是一个相变过程。

居里点和熔点一样，因物质不同而不同。

例如铁、镍、钴的居里点分别为1043K、631K、1393K。

图3

图2

2.实验原理

在磁环上分别绕线圈A，B，并在A线圈上通激励电流，则B线圈上感应电动势的有效值为：

=4.44fNφm

（1）

f为频率，N为线圈的匝数，φm为最大磁通。

φm=Bm•S

（2）

S是磁环的截面积，Bm是最大磁感应强度，即磁感应强度正弦变化的幅值。

又因为（3）

μ是磁导系数或磁导率，在SI制中单位为亨/米。

把

（2）（3）式代入

（1），得：

=4.44fNSμ

是磁场强度的幅值，当激励电流稳定成正弦变化，则稳定，即得∝μ

即当μ=0时，感应电动势=0，此时温度TC称居里点，该状态有居里点之称。

图4

显然，我们完全可用测出的—T曲线来确定温度TC。

具体说，在—T曲线斜率最大处作其切线，并与横坐标轴相交的一点即为温度TC。

如图4所示，这是因为在居里点时，铁磁材料的磁性才发生突变，所以要在斜率最大处作切线。

又因为在居里点以上时，铁磁性已转化为顺磁性。

因本实验交变磁场较弱，所以对顺磁性物质引起的磁化是很弱的，但是有一个很小的值，故—T曲线不能与横坐标相交。

图5

四、实验装置

图5

1.耐高温绝缘玻璃管2.加热电炉丝3.集成温度传感器4.铁氧铁（被测样品）5.固定架6.印刷板7.提供加热电流的电源部分8.测温显示部分9.激励电源10、感应电流测量部分

实验仪分测量部分和实验部分。

（1）实验部分：

如上图所示，包括①被测样品和加热电炉丝；②集成温度传感器；③激励线圈和感应线圈，以上各部分都要装在一个底座上。

（2）测量部分：

（面板图）如图6

接线柱“接激励线圈”为线圈A提供激励电源，使稳定，激励电源的输出电流应稳定；接线柱“接电热丝”为电炉丝提供加热直流电流；B线圈的感应电动势从接线柱“接感应线圈”一端输入；接线柱“接温度传感器”接的是集成传感器AD590的输入，通过内部电路的补偿、放大，在“温度显示”框中显示当前温度值；切换开关打到“接感应线圈”

电压显示（mv）

接感应线圈

加温控制

激励电流

接温度

传感器

接电热丝

接激励线圈

温度显示（℃）

图6

一边时，“电压显示”框中显示的是串在线圈A上的取样电阻（51Ω）上的电压。

利用面板上的两个调节器可分别调节“加温控制”电流大小和加在线圈A上的激励电压的大小。

温度定标在出厂已经完成。

仪器的安装

（1）对照接线柱的颜色，把实验部分中加热电流的手枪插头插到面板对应的接线柱上。

（2）再参照颜色把实验部分的感应电压，激励电压的手枪插头接到面板对应的接线柱上。

（3）集成温度传感器的手枪插头接到面板温度测量的接线柱上。

五、实验内容

对样品逐点测出—T曲线，并从中求出居里温度TC。

六、实验步骤

1、参照仪器安装步骤，连好实验部分和测量部分。

（加温电流暂不接）

2、—T曲线的测量：

（1）合上测量部分的电源开关，“温度显示”显示出室温温度。

“电压显示”显示激励电压或感应电压值。

（2）接上加温电流，把电流调到较小（看发光二级管明暗指示）。

（3）温度每升高5℃记下对应的的值，直到其显示值接近零。

（4）停止电炉加热（把连接线去掉），让其自然冷却，并记录的值直到炉温接近室温。

七、数据记录和误差分析

实验前应先列出记录数据的表格，记录时准确定出有效数字位。

1．作图大小约为8×12平方厘米，横坐标和纵坐标的参数数据比例要适当，使曲线接近布满所用的毫米方格纸的面积。

2．实验数据的点在图中要明显点出，如×××或000等，画曲线要求做到一笔落，曲线要圆滑、粗细要均匀。

3．对实验数据要处理、实验现象和误差要进行分析讨论。

八、思考题

1．样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是什么？

试用磁畴理论进行解释。

2．测出的—T曲线，为什么与横坐标没有交点。

九、参考文献

1．物理实验教程（第二版）.丁慎训张连芳主编清华大学出版社2002.9

2．大学物理张三慧主编清华大学出版社2000

课外资料：

1.磁性材料（Magnets）概述

磁性材料（Magnets）主要是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等组成的能够直接或间接产生磁性的物质.

　　磁性材料从材质和结构上讲，分为“金属及合金磁性材料”和“铁氧体磁性材料”两大类，铁氧体磁性材料又分为多晶结构和单晶结构材料。

　　从应用功能上讲，磁性材料分为：

软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料、旋磁材料等等种类。

软磁材料、永磁材料、磁记录-矩磁材料中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了，因为金属在高频和微波频率下将产生巨大的涡流效应，导致金属磁性材料无法使用，而铁氧体的电阻率非常高，将有效的克服这一问题、得到广泛应用。

　　磁性材料从形态上讲。

包括粉体材料、液体材料、块体材料、薄膜材料等。

磁性材料（Magnets）的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。

可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。

2.磁性材料（Magnets）的磁化曲线与磁滞回线

　　磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H作用下，必有相应的磁化强度M或磁感应强度B，它们随磁场强度H的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。

磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：

磁饱和现象及磁滞现象。

即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。

材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。

当铁磁质达到磁饱和状态后，如果减小磁化场H，介质的磁化强度M（或磁感应强度B）并不沿着起始磁化曲线减小，M（或B）的变化滞后于H的变化。

这种现象叫磁滞。

在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。