型居里溫度測試儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、THQJL-1 型居里溫度測試儀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書當(dāng)今社會磁性材料在電力、通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)和信息存儲等領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用。居里溫度是表征磁性材料的一個(gè)基本物理量，它表征磁性材料由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘臏囟?。本?shí)驗(yàn)采用感應(yīng)法，測量感應(yīng)電動(dòng)勢值隨溫度變化的規(guī)律，從而得到居里點(diǎn)Tc.本實(shí)驗(yàn)具有結(jié)構(gòu)簡單，易操作的特點(diǎn)，溫度測量采用集成溫度傳感器AD590，測溫靈敏度高,線性度好，熱響應(yīng)快，溫度、電壓測量全采用數(shù)字顯示。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，初步了解鐵磁性材料在居里溫度點(diǎn)由鐵磁性變?yōu)轫槾判?，從而了解整個(gè)磁性材料參數(shù)變化的微觀機(jī)理。2 用感應(yīng)法測定磁性材料的T曲線并求出其居里溫度。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備T

2、HQJL-1居里溫度測試儀三、實(shí)驗(yàn)原理物質(zhì)的磁化可分為抗磁性、順磁性和鐵磁性三種，具有鐵磁性的物質(zhì)稱為鐵磁體。鐵（Fe）、鎳(Ni)、鈷(Co)、釓(Gd)、鏑(Dy)等五種元素的多種合金就是鐵磁體。在鐵磁體中，相鄰原子間存在著非常強(qiáng)的交換耦合作用，這個(gè)相互作用促使相鄰原子的磁距平行排列起來，形成一個(gè)自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的區(qū)域，自發(fā)磁化只發(fā)生在微小的區(qū)域（體積約為10m,其中含有10-10個(gè)原子），這些區(qū)域稱為磁疇。在沒有外磁場作用時(shí)，在每個(gè)磁疇中原子的分子磁距均取向同一方位，但對不同的磁疇，其分子磁矩的取向各不相同，見圖1，磁疇的這種排列方式，使磁體能處于最小能量的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，對整個(gè)鐵磁

3、體來說，任何宏觀區(qū)域的平均磁距為零，物體不顯示磁性。 在外磁場作用下，磁距與外磁場同方向排列時(shí)的磁能低于磁距與外磁場反向排列時(shí)的磁能，結(jié)果是自發(fā)磁化磁距與磁場成小角度的磁疇處于有利地位，磁疇體積逐漸擴(kuò)大。而自發(fā)磁化磁距與外磁場成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇將向外磁場的方向旋轉(zhuǎn)，以后再繼續(xù)增加磁場，使所有磁疇沿外磁場方向整齊排列，這時(shí)磁化達(dá)到飽和，如圖2所示。對非鐵磁性的各向同性的磁介質(zhì)，H和B之間滿足線性關(guān)系，B=µH，而鐵磁性介質(zhì)的µ、H、B之間有著復(fù)雜的非線性關(guān)系。一般情況下，鐵磁質(zhì)內(nèi)部存在自發(fā)的磁化強(qiáng)度，當(dāng)溫度越低磁化強(qiáng)度越大，如圖3是典型的磁化曲線（B-H曲線

4、），它反映了鐵磁質(zhì)的共同磁化特點(diǎn)：隨著H的增加，開始時(shí)B緩慢的增加，此時(shí)µ較小；隨后隨H的增加B急劇的增加，µ也迅速的增加；最后隨H的增加，B趨向于飽和，而µ在到達(dá)最大值后又急劇的減?。粓D3表明磁導(dǎo)率µ是磁場H的函數(shù)，圖4表明µ也是溫度的T的函數(shù)；當(dāng)溫度升高到某個(gè)值時(shí)，鐵磁質(zhì)由鐵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾艩顟B(tài)，在曲線上變化率最大的地方對應(yīng)的溫度就是居里溫度。鐵磁物質(zhì)的磁化與溫度有關(guān)，存在一臨界溫度Tc稱為居里溫度（也稱居里點(diǎn)）。當(dāng)溫度增加時(shí)，由于熱擾動(dòng)影響磁疇內(nèi)磁距的有序排列，但在未達(dá)到居里溫度Tc時(shí)，鐵磁體中分子熱運(yùn)動(dòng)不足以破壞磁疇內(nèi)磁距基本的平行排列

5、，此時(shí)物質(zhì)仍具有鐵磁性，僅其自發(fā)磁化強(qiáng)度隨溫度升高而降低。如果溫度繼續(xù)升高達(dá)居里點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)的磁性發(fā)生突變，磁化強(qiáng)度M（實(shí)為自發(fā)磁化強(qiáng)度）劇烈下降！因?yàn)檫@時(shí)分子熱運(yùn)動(dòng)足以使相鄰原子（或分子）之間的交換耦合作用突然消失，從而瓦解了磁疇內(nèi)磁距有規(guī)律的排列，此時(shí)磁疇消失，鐵磁性變?yōu)轫槾判浴?磁疇的出現(xiàn)或消失，伴隨著晶格結(jié)構(gòu)的改變，所以是一個(gè)相變過程。居里點(diǎn)和熔點(diǎn)一樣，因物質(zhì)不同而不同。例如鐵，鎳、鈷的居里點(diǎn)分別是1043K、631K和1393K。由居里溫度的定義可知要測定鐵磁物質(zhì)的居里溫度，其測定裝置必須具備三個(gè)功能：提供使樣品磁化的磁場；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(shí)所對應(yīng)溫度

6、的測量裝置。以上三個(gè)功能由圖5所示的系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)。圖5在磁環(huán)上分別繞線圈A,B,并在A線圈上通激勵(lì)電流，則B線圈上感應(yīng)電勢的有效值為：=4.44fN (1)f為頻率，N為線圈的匝數(shù)，為最大磁通。 （2）S是磁環(huán)的截面積，Bm是最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，即磁感應(yīng)強(qiáng)度正弦變化的幅值。又因?yàn)?(3)µ是磁導(dǎo)系數(shù)或磁導(dǎo)率，在SI制中單位為亨/米。把（2）（3）式代入（1），得：=4.44fNSµHm當(dāng)µ=0時(shí)，感應(yīng)電勢=0，此時(shí)溫度Tc稱居里點(diǎn)，該狀態(tài)有居里點(diǎn)之稱。顯然，我們完全可用測出的T曲線來確定溫度Tc。具體地說，在T曲線斜率最大處作其切線，并與橫坐標(biāo)相交的一點(diǎn)即為居里溫度T

7、c。如圖（4）所示。這是因?yàn)橛芯永稂c(diǎn)時(shí)，鐵磁材料的磁性才發(fā)生突變，所以要在斜率最大處作切線。又因?yàn)樵诰永稂c(diǎn)以上時(shí)，鐵磁性已轉(zhuǎn)化為順磁性。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1.參照儀器使用說明書，連好實(shí)驗(yàn)部分和測量部分。（加熱電源暫不接）2.T曲線的測量：(1) 合上測量部分的電源開關(guān)，“溫度顯示”顯示出室溫溫度?！半妷猴@示”通過顯示切換分別顯示激勵(lì)電壓或感應(yīng)電壓值。（紐子開關(guān)在左邊顯示的是感應(yīng)電壓）（2）接上加熱電源，把電源調(diào)到較小狀態(tài)。（看發(fā)光二極管明暗指示）（3）開始時(shí)溫度每升高5記錄1次相對應(yīng)的值，在65以后每升高1記錄1次相對應(yīng)的值直到其顯示值為零，讀數(shù)時(shí)要迅速而準(zhǔn)確，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到下面表格中。溫度

8、303540455055606566676869707172737475電壓（4）停止加熱（把連接線去掉），讓其自然冷卻，并記錄值直到爐溫接近室溫，把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下面表格中。溫度757473727170696867666560555045403530電壓注意：由于樣品鐵氧鐵被放于電感的繞阻中被線圈包圍，如果加熱速度過快，測量的溫度與鐵氧鐵的真實(shí)溫度不同，這種滯后現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)中要重視，只有在動(dòng)態(tài)平衡的條件下磁性突變的溫度才等于居里溫度，所以加熱時(shí)不宜太快。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出T的曲線。2. 作感應(yīng)電壓溫度的曲線圖，在斜率最大處作切線，切線與橫坐標(biāo)（溫度）的交點(diǎn)即為該樣品的居里點(diǎn)Tc。

9、3對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和升溫降溫的測量誤差進(jìn)行分析討論。居里點(diǎn)測試儀使用說明書為了配合高等院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生更加深入地了解磁性材料的溫度特性，從而達(dá)到解決磁性材料部分老師難講，學(xué)生難學(xué)的問題，我公司開發(fā)了居里溫度測試儀。該測試儀能基本上滿足各有關(guān)院校的實(shí)驗(yàn)要求。一、儀器結(jié)構(gòu)測試儀由實(shí)驗(yàn)部分和測量部分組成。1 實(shí)驗(yàn)部分主要由感應(yīng)線圈，AD590溫度傳感器，加熱器等組成，如圖所示：（1）AD590溫度傳感器是采用激光修正的精密集成溫度傳感器。AD590M的測溫范圍是-50+150，最大非線性誤差為0.3，響應(yīng)時(shí)間僅為20uS，重復(fù)性誤差低至±0.05，功耗約2mV。AD590等效于一個(gè)高阻抗的

10、恒流源。在工作電壓為+4+30V，測溫范圍是-55+150范圍之內(nèi)，對應(yīng)與熱力學(xué)溫度T每變化1K，就輸出1uA的電流。在298.2K（對應(yīng)于25.2）時(shí)輸出電流恰好298.2uA。這表明，其輸出電流I（uA）與熱力學(xué)溫度T（K）嚴(yán)格成正比。（2）感應(yīng)線圈的磁性材料為鐵氧體。該材料隨著溫度的上升，其導(dǎo)磁性能將發(fā)生改變。到某一溫度，鐵氧體將由鐵磁體變?yōu)轫槾朋w，感應(yīng)電壓輸出為零，此點(diǎn)溫度即為居里溫度點(diǎn)。（3）加熱器通過20W的加熱絲加熱，最高溫度可加到100。2、測量部分主要由一個(gè)毫伏表，一個(gè)溫度顯示表。（1）溫度顯示表：三位半數(shù)顯顯示，測溫范圍從-50150，加熱電壓可調(diào)，并有指示燈的明亮程度指示。指示燈亮，實(shí)驗(yàn)時(shí)，建議不要使用太大的加溫電流，以免升溫速度過快，造成讀數(shù)不準(zhǔn)。（在演示時(shí)可以調(diào)節(jié)比較大的加熱電壓）（2）毫伏表通過顯示切換，可測線圈原邊上電壓以及感應(yīng)電壓的輸出。開關(guān)打到右邊即為測量原邊的電壓，相反既是測量感應(yīng)電壓。毫伏表為三位半顯示，測量范圍為0200.0mV。（3）測量部分與實(shí)驗(yàn)部分之間的連接：實(shí)驗(yàn)者對照面板上接線柱和導(dǎo)線的顏色，以及相應(yīng)的提示符號接線。 二、儀器的使用1.接線柱“接激勵(lì)線圈”為線圈A提供激勵(lì)電源，為使Hm穩(wěn)定，激勵(lì)電源的輸出電流應(yīng)穩(wěn)定；2.接線柱：“接電熱絲”為電爐絲提供加熱電源；3.B線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢從接線柱“接感應(yīng)線圈”一端輸出