鐵磁性材料居里溫度的測定

1、鐵磁性材料居里溫度的測定 鐵磁性物質(zhì)的磁性隨溫度的變化而改變，當(dāng)溫度上升到某一溫度時，鐵磁性材料就由鐵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)，即失掉鐵磁性物質(zhì)的特征而轉(zhuǎn)變順磁性物質(zhì)，這個溫度稱之為居里溫度，以表示。測量不僅對磁性材料、磁性器件的研發(fā)、使用，而且對工程技術(shù)乃至家用電器的設(shè)計都具有重要的意義。一、實(shí)驗?zāi)康?1、初步了解鐵磁物質(zhì)由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘奈⒂^機(jī)理 2、學(xué)習(xí)使用JLD-型居里點(diǎn)測試儀測量居里溫度的原理和方法 3、測定5個低溫溫敏磁環(huán)的居里溫度二、儀器用具 JLD-型居里點(diǎn)測試儀一套（主機(jī)一臺，加溫爐一臺，樣品5只）、J2458型教學(xué)示波器一臺三、實(shí)驗原理1、基本原理在鐵磁性物質(zhì)中，相鄰原子間

2、存在著非常強(qiáng)的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子的磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的區(qū)域，這個區(qū)域的體積約為，稱之為磁疇。外磁場方向圖（2）圖（1）在沒有外磁場作用時，不同磁疇的取向各不相同，如圖（1）所示。因此，對整個鐵磁物質(zhì)來說，任何宏觀區(qū)域的平均磁矩為零，鐵磁物質(zhì)不顯示磁性。當(dāng)有外磁場作用時，不同磁疇的取向趨于外磁場的方向，任何宏觀區(qū)域的平均磁矩不再為零，且隨著外磁場的增大而增大。當(dāng)外磁場增大到一定值時，所有磁疇沿著外磁場方向整齊排列，如圖（2）所示，任何宏觀區(qū)域的平均磁矩達(dá)到最大值，鐵磁物質(zhì)顯示出很強(qiáng)的磁性，我們說鐵磁物質(zhì)被磁化了，鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于順磁物質(zhì)的磁

3、導(dǎo)率，鐵磁物質(zhì)被磁化后具有很強(qiáng)的磁性，但這種磁性是與溫度有關(guān)的，隨著鐵磁物質(zhì)溫度的升高，金屬點(diǎn)陣熱運(yùn)動加劇會影響磁疇磁矩的有序排列，但在未達(dá)到一定溫度時，熱運(yùn)動不足以破壞磁疇磁矩基本的平行排列，此時任何宏觀區(qū)域的平均磁矩仍不為零，物質(zhì)仍具有磁性，只是平均磁矩隨溫度升高而減小。而當(dāng)與（是波爾茲曼常數(shù)，T是絕對溫度）成正比的熱運(yùn)動能足以破壞磁疇磁矩的整齊排列時，磁疇被瓦解，平均磁矩降為零，鐵磁物質(zhì)的磁性消失而轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾盼镔|(zhì)，相應(yīng)的鐵磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率轉(zhuǎn)化為順磁物質(zhì)的磁導(dǎo)率。居里溫度就是對應(yīng)于這一轉(zhuǎn)變時的溫度。對于鐵磁物質(zhì)來講，由于有磁疇的存在，因此在外加的交變磁場的作用下將產(chǎn)生磁滯現(xiàn)象。磁滯回線就是磁

4、滯現(xiàn)象的主要表現(xiàn)。如果將鐵磁物質(zhì)加熱一定的溫度，由于金屬點(diǎn)陣中的熱運(yùn)動的加劇，磁疇遭到破壞時，鐵磁物質(zhì)將轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾盼镔|(zhì)，磁滯現(xiàn)象消失，鐵磁物質(zhì)這一轉(zhuǎn)變溫度稱為居里點(diǎn)。本居里點(diǎn)測試儀就是通過觀察示波管上顯示的磁滯回線的存在與否來觀察測量鐵磁物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)變溫度的。2、測量裝置及原理 （1）測量裝置 由居里溫度的定義知，要測定鐵磁物質(zhì)的居里溫度，其測定裝置必須具備四個功能：提供使樣品磁化的磁場；改變鐵磁物質(zhì)溫度的溫控裝置；判斷鐵磁性是否消失的判斷裝置；測量鐵磁物質(zhì)磁性消失時所對應(yīng)溫度的測溫裝置，以上四個功能由圖（3）所示的系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)。變壓器降壓，整流濾波，穩(wěn)壓220V正弦波發(fā)生器數(shù)顯溫控器放大加熱

5、爐溫度傳感器積分放大BHxxyy圖（3） （2）測量原理BHY0圖（4） 給繞在待測磁環(huán)上的勵磁線圈通一交變電流如圖（4）所示，產(chǎn)生一交變磁場H，使鐵磁物質(zhì)磁環(huán)往復(fù)磁化，樣品中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與H的關(guān)系Bf（H）為磁滯回線（如圖（5）所示）。由于H正比于i，i為通過的電流，因此，可以用i來代表H，為此在勵磁電路中串接一個采樣電阻，將其兩端的電壓訊號i經(jīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)后送至示波管的x偏轉(zhuǎn)板以表示H。B是通過副線圈中由于磁通量變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測定的，其感應(yīng)電動勢為： 式中的S為線圈的截面積，將上式積分得：R1R2L1L2C圖（5） 由此可見樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度與副線圈的感應(yīng)電動勢的積分成正比，為此將

6、上的感應(yīng)電動勢經(jīng)過和C的積分線路，從積分電容C上取出B值，并加以放大后送至示波管的Y偏轉(zhuǎn)板。從而在示波管上得到了樣品的磁滯回線。當(dāng)樣品被加熱到一定溫度時，示波管上的磁滯回線消失，對于磁滯回線剛好消失的溫度，即為該樣品的居里溫度居里點(diǎn)。四、實(shí)驗內(nèi)容及方法1、定性測試 <1> 將加熱爐的輸入連線插頭，插入JLD-型居里點(diǎn)測試儀主機(jī)箱后面板上對應(yīng)的插座（注意！千萬不要接入220V的市電），將鐵磁材料樣品與電源箱，用專用線連接，并把樣品放入加熱爐，將溫度傳感器、降溫風(fēng)扇的接插件與接在電源箱后面板上的四芯線上的接插件對應(yīng)相接。 <2> 將B輸出與Y輸入，H輸出與X輸入用專用線相接

7、，“升溫降溫”開關(guān)打向“升溫”，開啟電源箱上的電源開關(guān)，并適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)Y、X，示波管上就顯示出了磁滯回線。 <3> 關(guān)閉加熱爐上的兩風(fēng)門（旋鈕方向和加熱爐的軸線方向垂直），將“測量設(shè)置”開關(guān)打向“設(shè)置”，設(shè)定好爐溫后，打向“測量”，加熱爐工作，爐溫逐漸升向設(shè)置的溫度。 <4> 當(dāng)爐溫達(dá)到此樣品的居里點(diǎn)時，磁滯回線消失成一條直線，記錄下此時數(shù)顯溫度的溫度表顯示值該樣品的居里點(diǎn)。 <5> 打開加熱爐上的兩風(fēng)門（風(fēng)門旋鈕方向和加熱爐的軸線方向平行），把“升溫降溫”開關(guān)打向降溫，讓加熱爐降溫后，換一樣品重復(fù)上述過程，直到樣品測完為止。2、 定量測試<1> 測量溫度與感應(yīng)電動勢的關(guān)系，對應(yīng)一個溫度值，讀出相應(yīng)的感應(yīng)電動勢，測量感應(yīng)電動勢隨溫度變化的值，從而畫出感應(yīng)電動勢溫度曲線。<2>實(shí)驗數(shù)據(jù)列表溫 度 212325283236404448505152感 應(yīng) 電 壓（B值）mv5354555