物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

鐵磁材料居里點(diǎn)的測(cè)定物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)背景

磁性材料——一類用途廣泛的功能材料，與國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域緊密相關(guān)。

應(yīng)用：馬達(dá)、變壓器、計(jì)算機(jī)磁盤、磁記錄、體育用品、揚(yáng)聲器、雷達(dá)技術(shù)、微波器件、隱身技術(shù)等等。

磁性材料指鐵、鈷、鎳及其合金以及鐵氧體，還有稀土磁性材料。近年來還出現(xiàn)了聚合物磁性材料。呈鐵磁性、亞鐵磁性。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

磁性參數(shù)測(cè)量是研究磁性材料的重要環(huán)節(jié)。包括：磁導(dǎo)率、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力、居里溫度等，都與材料的成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)。居里溫度——重要參數(shù)之一。鐵磁材料居里溫度測(cè)量方法：磁稱法、感應(yīng)法、電橋法、差值補(bǔ)償法等。本實(shí)驗(yàn)用感應(yīng)法測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化的規(guī)律，從而得到居里點(diǎn)TC

。

溫度對(duì)磁性有顯著影響。溫度升高到一定數(shù)值，鐵磁性消失。居里點(diǎn)——鐵磁材料失去鐵磁性的溫度。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解物質(zhì)磁性及其產(chǎn)生機(jī)制；2.學(xué)會(huì)一種測(cè)量鐵磁材料居里點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方法。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理一、磁介質(zhì)與物質(zhì)的磁性實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：真空充介質(zhì)三種可能情況：撤去，磁性消失撤去，磁性保留這種在磁場(chǎng)作用下發(fā)生變化并反過來影響磁場(chǎng)的物質(zhì)叫磁介質(zhì)（實(shí)際上，任何物質(zhì)都是磁介質(zhì)）物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心磁介質(zhì)在磁場(chǎng)作用下發(fā)生變化的過程——磁化—使介質(zhì)磁化的磁場(chǎng)—磁化產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)據(jù)附加磁場(chǎng)大小及方向，磁介質(zhì)三類、兩大類：1、弱磁質(zhì)或非鐵磁質(zhì)（1）順磁質(zhì)內(nèi)部：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心2、強(qiáng)磁質(zhì)或鐵磁質(zhì)

如何解釋上述磁化現(xiàn)象？二、磁化的微觀機(jī)制某些稀土（2）抗磁質(zhì)內(nèi)部：1、原子磁矩與分子磁矩鐵氧體物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心原子內(nèi)部電荷運(yùn)動(dòng)電子繞核軌道運(yùn)動(dòng)電子自旋核自旋（太?。╇姾蛇\(yùn)動(dòng)相當(dāng)于圓電流，有磁矩每個(gè)分子內(nèi)部電荷運(yùn)動(dòng)的總效果相當(dāng)于一個(gè)圓形電流——分子電流物質(zhì)磁性的根源：原子內(nèi)部電荷運(yùn)動(dòng)。理論和實(shí)驗(yàn)證明：磁現(xiàn)象起源于運(yùn)動(dòng)電荷或電流物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心抗磁質(zhì)順磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（分子固有磁矩為0）過渡金屬、稀土3d、4f電子產(chǎn)生定域自旋磁矩，相鄰原子的3d或4f電子交換作用，定域磁矩平行排列。即使沒有外磁場(chǎng)，在鐵磁質(zhì)內(nèi)部也形成若干原子磁矩取向相同的小區(qū)域（磁疇）內(nèi)部已經(jīng)自發(fā)磁化，磁疇三類

這與它們特殊的原子的電子殼層結(jié)構(gòu)有關(guān)。過渡元素原子的電子先填充4s殼層，3d殼層電子未填滿。稀土元素類似，電子先填充5s殼層，4f殼層電子未滿。由于3d或4f電子的作用，使得過渡元素和稀土元素具有特殊的電磁光效應(yīng)。這兩類元素在功能材料領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如發(fā)光材料、磁性材料等等。其中磁性元素有Fe、Co、Ni、Gd等。含有這些元素的一些合金及一些氧化物是強(qiáng)磁性材料。磁性氧化物（亞鐵磁性物質(zhì)）包括尖晶石鐵氧體（四氧化三鐵等），石榴石型鐵氧體、磁鉛石型六角晶系鐵氧體，用途廣泛。為什么磁性材料與過渡金屬元素或稀土元素有關(guān)呢？物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心小知識(shí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心2、磁化機(jī)理順磁質(zhì)抗磁質(zhì)分子磁矩取向于外磁場(chǎng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

抗磁性產(chǎn)生機(jī)制：在外磁場(chǎng)中，電子軌道磁矩將發(fā)生變化引起與外場(chǎng)相反的附加磁矩。

實(shí)際上，任何物質(zhì)都有抗磁性。而在順磁性、鐵磁性介質(zhì)中，分子固有磁矩或磁疇磁矩遠(yuǎn)大于附加磁矩，抗磁性忽略不計(jì)。鐵磁質(zhì)內(nèi)部有許多自發(fā)磁化的小區(qū)域（線度約10-4m)——磁疇。未被磁化時(shí)，各磁疇的磁矩取向混亂，整體不顯磁性。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心飽和，無(wú)外場(chǎng)仍有磁性鐵磁質(zhì)磁化過程示意圖分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)磁性有破壞作用（破壞磁矩有序排列）物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心當(dāng)溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，磁性消失。該溫度稱為居里點(diǎn)。三、磁化的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1、非鐵磁質(zhì)實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)各向同性非鐵磁質(zhì)：線性！物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心2、鐵磁質(zhì)實(shí)驗(yàn)證明，鐵磁質(zhì)中的與關(guān)系非線性！用螺繞環(huán)研究其磁化規(guī)律：B與H關(guān)系同步變化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心起始磁化曲線磁滯回線的變化相對(duì)于變化滯后，該現(xiàn)象稱為磁滯磁滯回線物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心起始磁化曲線

起始磁化曲線原點(diǎn)附近斜率——初始磁導(dǎo)率

從原點(diǎn)作起始磁化曲線最大斜率——最大磁導(dǎo)率鐵磁質(zhì)特點(diǎn)：高磁導(dǎo)率；非線性；磁滯；居里點(diǎn)四、居里點(diǎn)測(cè)量原理及裝置物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心當(dāng)達(dá)到居里溫度，熱運(yùn)動(dòng)足以破壞磁矩有序排列，磁疇被瓦解，鐵磁性消失，變?yōu)轫槾刨|(zhì)，沒有磁滯現(xiàn)象。

居里點(diǎn)測(cè)試儀通過觀察示波器顯示的磁滯回線是否消失判斷居里溫度。通過繪制感應(yīng)電壓隨溫度的變化曲線，定量測(cè)量居里溫度。分子熱運(yùn)動(dòng)破壞磁疇磁矩有序排列。低于居里溫度時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)不足以破壞磁矩的有序排列。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

居里點(diǎn)測(cè)量?jī)x功能框圖放大加熱爐積分ACDVM放大

測(cè)量裝置功能：提供樣品磁化磁場(chǎng)；控溫；判斷鐵磁性消失；測(cè)量鐵磁性消失溫度勵(lì)磁感應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心測(cè)量原理：

給繞在待測(cè)樣品磁環(huán)上的線圈L1通交變電流i（勵(lì)磁電流），產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H，使鐵磁環(huán)反復(fù)磁化，樣品中B與H的關(guān)系B=f(H)為磁滯回線。

由于H正比于L1的電流，因此可以用i的信號(hào)代表H的信號(hào)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

在勵(lì)磁電路中串接采樣電阻R1，將其兩端的電壓訊號(hào)經(jīng)放大后送至示波器的X軸輸入以表示H。

B是通過副線圈L2中因磁通量變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來測(cè)定的。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

所以，磁環(huán)中B與L2上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)積分成正比。將L2上經(jīng)過R2C積分電路，從積分電容上取出B值，放大處理送至示波器Y軸輸入。

示波器x軸輸入反映H，Y軸輸入反映B，示波器顯示磁滯回線。當(dāng)磁環(huán)被加熱到一定溫度，磁滯回線消失。對(duì)應(yīng)溫度即居里點(diǎn)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)器材感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)溫度JHD-Ⅱ型居里點(diǎn)測(cè)試儀

1、電源箱（電源部分，溫度設(shè)置控制，H、B信號(hào)處理部分）；2、加熱爐3、鐵磁材料樣品；4、示波器。包括：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心樣品H調(diào)節(jié)H輸出B輸出加熱爐傳感器升溫降溫電源測(cè)量設(shè)置設(shè)置示波器XY感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（mV)爐溫（oC）連線示意圖物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心加熱爐風(fēng)門旋鈕物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心示波器升溫加熱爐鐵磁材料樣品盒風(fēng)門旋鈕測(cè)量設(shè)置顯示選擇設(shè)置調(diào)節(jié)低高爐溫選擇升降感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（mV)溫度顯示快慢升溫選擇接示波器樣品接加熱爐H調(diào)節(jié)傳感器YX連線示意圖（一）物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心加熱爐風(fēng)門旋鈕物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟一、觀察材料升溫過程中磁滯回線消失及居里點(diǎn)

1.連線、放樣品。連線加熱爐與電源箱面板；樣品與電源箱專用線連接（注意接口方向），放入加熱爐；溫度傳感器、降溫風(fēng)扇接插件與電源面板上傳感器接插件相接。

2、接示波器、開電源。B輸出接示波器Y輸入，H輸出接X輸入；“升降溫”開關(guān)打向“降溫”，開啟電源，適當(dāng)調(diào)示波器X、Y衰減，示波器顯示磁滯回線。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

3、加熱升溫。關(guān)閉加熱爐兩風(fēng)門（旋鈕方向與加熱爐軸線垂直），

“測(cè)量-設(shè)置”開關(guān)打向“設(shè)置”，設(shè)定爐溫，再打向“測(cè)量”?！吧?降溫”打向“升溫”，爐溫逐漸升至設(shè)置溫度。

4、確定居里點(diǎn)。爐溫升到一定溫度，磁滯回線消失，該數(shù)顯溫度即居里點(diǎn)。

5、冷卻降溫。打開加熱爐兩風(fēng)門（旋鈕方向與加熱爐軸線平行），“升降溫”開關(guān)打向“降溫”，通風(fēng)冷卻至室溫。其他樣品，重復(fù)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

3、對(duì)其他樣品，重復(fù)上述過程。二、定量測(cè)試（與觀察同時(shí)）

1、測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與溫度關(guān)系曲線。讀出各溫度與對(duì)應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值，畫曲線。

2、確定居里點(diǎn)。作曲線最大斜率處切線，切線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)即居里點(diǎn)。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)記錄與數(shù)據(jù)處理

1、各樣品居里點(diǎn)觀察結(jié)果列表

2、各樣品感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系列表

3、用坐標(biāo)紙作五個(gè)樣品的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)—溫度曲線，在曲線斜率最大處作切線，切線與橫坐標(biāo)（溫度）的交點(diǎn)為居里點(diǎn)。為什么在最大斜率處作切線？物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心理論上，曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)是居里溫度，說明：實(shí)際中，曲線與T軸有交點(diǎn)嗎？物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心

在曲線斜率最大處作切線，將切線延長(zhǎng)與橫軸相交，交點(diǎn)溫度即居里溫度TC

。TcT0ACB方法：曲線延長(zhǎng)法

實(shí)際測(cè)量中，不會(huì)為0，曲線不會(huì)與橫坐標(biāo)相交（因?yàn)槠渌蛩赜绊懀Ｈ绾胃鶕?jù)曲線尋找居里溫度？物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心附：樣品編號(hào)Tc（oC）T（oC）…….…….磁滯回線消失溫度感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)——溫度關(guān)系（樣品1）物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心注意事項(xiàng)

1、實(shí)驗(yàn)過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)X衰減，以顯示較理想的磁滯回線。（因?yàn)闋t溫升高，L1減小，R1上H信號(hào)增大）

2、每次須讓加熱爐降至常溫再放入樣品，以避免溫度傳感器響應(yīng)時(shí)間不同引起居里點(diǎn)測(cè)量誤差。

3.謹(jǐn)慎換放樣品，不能拉扯金屬插頭外導(dǎo)線。4、測(cè)800以上樣品，小心高溫燙傷。

5、觀察磁滯回線時(shí)，兩線圈有互感，故始終有感應(yīng)電壓