南京大學(xué)-居里溫度的測量

PAGEPAGE5鐵磁性材料居里溫度的測量——近代物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告2012年6月【摘要】居里溫度是指材料可以在鐵磁體和順磁體之間改變的溫度，即鐵電體從鐵磁性轉(zhuǎn)變成順磁性的相變溫度，不同材料的居里溫度時(shí)不同的。本次實(shí)驗(yàn)通過測定磁化強(qiáng)度隨溫度變化，用函數(shù)擬合的方法找出電壓變化最快的溫度，作為測定樣品的居里溫度，最后對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了討論?！娟P(guān)鍵詞】鈣鈦礦錳氧化物；居里溫度；實(shí)部；擬合；斜率一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．初步了解鐵磁性物質(zhì)由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘奈⒂^機(jī)理。2．學(xué)習(xí)JZB-1型居里溫度測試儀測定居里溫度的原理和方法。二．實(shí)驗(yàn)原理1．居里溫度磁性材料的自發(fā)磁化來自磁性電子間的交換作用。在磁性材料內(nèi)部，交換作用總是力圖使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是隨著溫度升高，原子熱運(yùn)動(dòng)能量增大，逐步破壞磁性材料內(nèi)部的原子磁矩的有序排列，當(dāng)材料達(dá)到一定溫度時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)能和交換作用能量相等，原子磁矩的有序排列不復(fù)存在，強(qiáng)磁性消失，材料呈現(xiàn)順磁性，這時(shí)的溫度就是居里溫度。因此，居里溫度是指鐵磁性或亞鐵磁性材料由鐵磁性或亞鐵磁性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判誀顟B(tài)的臨界溫度。但是，由于鐵磁性或亞鐵磁性材料的磁化率大于，且數(shù)值很大，而順磁性物質(zhì)的磁化率只有數(shù)量級(jí)，所以在轉(zhuǎn)變點(diǎn)附近，材料磁性很弱，因此，在要求不太嚴(yán)格的情況下，常常把強(qiáng)磁性材料的磁化率強(qiáng)度隨著溫度的升高降為零的溫度看成是居里溫度。五．?dāng)?shù)據(jù)處理（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖像根據(jù)附錄中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出溫度（正比于磁化強(qiáng)度）與電壓（實(shí)部）的關(guān)系圖像圖5.1關(guān)系圖像數(shù)據(jù)擬合用高次高斯函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，函數(shù)中的個(gè)參數(shù)的擬合結(jié)果為參數(shù)的單位：的單位為，的單位為，的單位為，擬合得到的曲線與原始數(shù)據(jù)點(diǎn)的圖像如下：（實(shí)線為擬合結(jié)果）圖5.2關(guān)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與擬合曲線圖像（3）確定居里溫度對(duì)函數(shù)求導(dǎo)得到，由做出在對(duì)應(yīng)區(qū)間的圖像如下：圖5.3關(guān)系圖像可見在時(shí)的電壓（即磁化強(qiáng)度）的變化最快故該樣品的居里溫度為六．誤差分析本次實(shí)驗(yàn)通過測量鈣鈦礦錳氧化溫度與磁化強(qiáng)度的關(guān)系，求出曲線變化率最大的點(diǎn)來確定居里溫度，由于磁化強(qiáng)度的變化不是很明顯，所以在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，但單純從數(shù)據(jù)的離散變化率來看，實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該還是比較精確的。在實(shí)驗(yàn)中設(shè)定溫度很重要，一般設(shè)定溫度比當(dāng)前高左右，過大會(huì)導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，過小又使得實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長，所以要準(zhǔn)確把握。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)來說，攪拌槳的速度當(dāng)然越快越好，這樣可以使得熱量分布更加均勻，測得的溫度更準(zhǔn)確，但是從保護(hù)儀器的角度來說還是不能把轉(zhuǎn)速設(shè)置太高。對(duì)于數(shù)據(jù)的擬合，也可以用多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，但是高次多項(xiàng)式的擬合結(jié)果不夠理想，偏差比較大，而高斯函數(shù)共有18個(gè)參數(shù)，可以充分反映出數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。七．思考題如果探測線圈和補(bǔ)償線圈在繞制時(shí)不完全相同，會(huì)對(duì)測到的曲線及的值產(chǎn)生什么影響？答：補(bǔ)償線圈的引入是為了消除變溫過程中因線圈阻抗發(fā)生的變化而造成的測試誤差。由于兩個(gè)線圈組的次級(jí)是反串聯(lián)相接的，因此其感生電動(dòng)勢相互抵消。如若線圈和的繞制不完全相同，則會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)強(qiáng)度中包含著一部分來自于線圈產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢。在溫度低于時(shí)，位于探測線圈中的鈣鈦礦樣品呈鐵磁性，而補(bǔ)償線圈中無樣品，反串聯(lián)的次級(jí)線圈感應(yīng)輸出信號(hào)強(qiáng)度正比于鐵磁樣品的磁化強(qiáng)度，此時(shí)的曲線中值將會(huì)整體上移。但是隨