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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 铁磁性材料居里点的测定一试验目的1.通过试验,对感应电压输出随温度上升而下降的现象进行观看,初步明白铁磁性材料 在居里温度点由铁磁性变为顺磁性,从明白整个磁性材料参数变化的微观机理；eff BT 曲线并求出其居里温度；二试验设备居里点试验仪QSCT 型三试验原理1 基本原理 物质的磁化可分为抗磁性,顺磁性和铁磁性三种；具有铁磁性的物质称为铁磁体；铁、镍、钴、镝等元素的多种合金就是铁磁体；在铁磁体中,合作用, 这种相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来,相邻原子间存在着特别强的交换耦 形成一个自发磁化到达饱和状态的区域；自发磁化只发生在微小的区域
2、体积约为108m3,其中含有10 171021 个原子,这些区域称为磁畴；在没有外磁场作用时,在每个磁畴中,原子的分子磁矩均取向同一方位,但对不同的磁畴,其分子磁矩的取向各不相同,见图1,其中图 1a为单晶磁畴结构示意图,图 1b为多晶磁畴结构示意图；磁畴的这种排列方式,使磁体能量处于最小的稳固a 图 1 b 状态；因此,对整个铁磁体来说,任何宏观区域的平均磁矩为零,物体不显示磁性；在外磁场作用下, 磁矩与外磁场同方向排列时的磁能低于磁矩与外磁场反向排列时的磁能；结果是自发磁化磁矩与磁场成小角度的磁畴处于有利位置,磁畴体积逐步扩大；而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐步缩小；随着外磁场
3、的不断增强,取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消逝,留存的磁畴将向外磁场的方向旋转,以后再连续增加磁场,使全部磁畴沿外磁场方向整齐排列,这是磁化到达饱和,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,但在未到达居里温度 T C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上升而降低；假如温度连续上升达居里点时,物质的磁性发生突变,磁化强度 M 实为自发磁化强度猛烈下降！由于这时分子热运动足以使相邻原子或分子之间的
4、交换耦合作用突然消逝,从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列；此时磁畴消逝, 铁磁性变为顺磁性；磁畴的显现或消逝,相伴着晶格结构的转变,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1 1043K 、631K、1393K；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2 图 3 在磁环上分别绕线圈A, B,并在 A 线圈上通鼓励电流,就B 线圈上感应电动势的有效值为：eff B m1 2 f 为频率, N 为线圈的匝数,m 为最大磁通； m =B m.S S 是磁环的截面积,Bm 是最大磁感应
5、强度,即磁感应强度正弦变化的幅值；即当又由于HB3eff B 是磁导系数或磁导率,在SI 制中单位为亨 /米；把 23式代入 1,得：eff BHmHm是磁场强度的幅值,当鼓励电流稳固成正弦变化,就Hm稳固,即得=0 时,感应电动势eff B=0,此时温度TC 称居里点,该状态有居里点之称；图 4 明显,我们完全可用测出的eff BT 曲线来确定温度T C；详细说,在effBT 曲线2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 斜率最大处作其切线,并与横坐标轴相交的一点即为温度T C；如图 4 所示,这是由于在居里点时, 铁
6、磁材料的磁性才发生突变,所以要在斜率最大处作切线；又由于在居里点以上时,铁磁性已转化为顺磁性；因本试验交变磁场较弱,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eff BT 曲线不能与横坐标相交；四、试验装置图 5 1.耐高温绝缘玻璃管 2.加热电炉丝 3.集成温度传感器 图 5 4.铁氧铁被测样品5.固定架 6.印刷板 7.供应加热电流的电源部分 8.测温显示部分 9.鼓励电源 10、感应电流测量部分试验仪分测量部分和试验部分；1试验部分：如上图所示,包括被测样品和加热电炉丝；集成温度传感器；鼓励线圈和感应线圈,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 A 供应
7、鼓励电源,使Hm稳固,鼓励电源的输出电接线柱“ 接鼓励线圈” 为线圈流应稳固；接线柱“ 接电热丝” 为电炉丝供应加热直流电流；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”温度显示 电压显示mv接感应线圈接温度传感器接电热丝加温掌握鼓励电流接 激 励 线圈图 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51 上的电压；利用面板上的两个调剂器可分别调剂“ 加温掌握”电流大小和加在线圈A 上的鼓励电压的大小；温度
8、3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 定标在出厂已经完成；仪器的安装（1）对比接线柱的颜色,把试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）再参照颜色把试验部分的感应电压,鼓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、试验内容对样品逐点测出eff BT 曲线,并从中求出居里温度T C；六、试验步骤1、 参照仪器安装步骤,连好试验部分和测量部分；2、eff BT 曲线的测量：加温电流暂不接（1）合上测量部分的电源开关,“ 温度显示” 显示出室温温度；
9、“ 电压显示” 显示鼓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；的值直到炉温（3）温度每上升5登记对应的eff B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eff B接近室温；七、数据记录和误差分析 试验前应先列出记录数据的表格,记录时精确定出有效数字位；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 试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、粗细要匀称；3 对试验数据要处理、试验现象和误差要进行分析争论；八、摸索题 1
10、 样品的磁化强度在温度到达居里点时发生突变的微观机理是什么？试用磁畴理论 进行说明；2 测出的eff BT 曲线,为什么与横坐标没有交点；九、参考文献2高校物理张三慧主编清华高校出版社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
11、中既有金属材料又有铁氧体材料；而旋4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 磁材料和高频软磁材料就只能是铁氧体材料了,由于金属在高频和微波频率下将产生庞大的涡流效应, 导致金属磁性材料无法使用,而铁氧体的电阻率特别高,将有效的克服这一问题、得到广泛应用；磁性材料从形状上讲；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,仍可作记忆元件、微波元件等；可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、电脑的磁性储备设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等；2.磁性材料
12、 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BH 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 到达一个确定的饱和值 Ms,连续增大 H,Ms 保持不变；以及当材料的 M 值到达饱和后, 外磁场 H 降低为零时, M 并不复原为零, 而是沿 MsMr曲线变化；材料的工作状态相当于M H 曲线或 BH 曲线上的某一点, 该点常称为工作点；当铁磁质到达磁饱和状态后,假如减小磁化场 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；5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页