鐵磁性材料居里溫度的測(cè)定

1、鐵磁性材料居里溫度的測(cè)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(shí)，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(gè)溫度稱之為居里溫度，以表示。測(cè)量不僅對(duì)磁性材料、磁性器件的研發(fā)、使用，而且對(duì)工程技術(shù)乃至家用電器的設(shè)計(jì)都具有重要的意義。一、實(shí)驗(yàn)?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(cè)試儀測(cè)量居里溫度的原理和方法 3、測(cè)定5個(gè)低溫溫敏磁環(huán)的居里溫度二、儀器用具 JLD-型居里點(diǎn)測(cè)試儀一套（主機(jī)一臺(tái)，加溫爐一臺(tái)，樣品5只）、J2458型教學(xué)示波器一臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)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(gè)相互作用促使相鄰原子的磁矩平行排列起來，形成一個(gè)自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的體積約為，稱之為磁疇。外磁場(chǎng)方向圖（2）圖（1）在沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，不同磁疇的取向各不相同，如圖（1）所示。因此，對(duì)整個(gè)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(chǎng)作用時(shí)，不同磁疇的取向趨于外磁場(chǎng)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(chǎng)的增大而增大。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，所有磁疇沿著外磁場(chǎng)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(dòng)加劇會(huì)影響磁疇磁矩的有序排列，但在未達(dá)到一定溫度時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)不足以破壞磁疇磁矩基本的平行排列，此時(shí)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(duì)溫度）成正比的熱運(yùn)動(dòng)能足以破壞磁疇磁矩的整齊排列時(shí)，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(duì)應(yīng)于這一轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度。對(duì)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(chǎng)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(dòng)的加劇，磁疇遭到破壞時(shí)，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(cè)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(cè)量鐵磁物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)變溫度的。2、測(cè)量裝置及原理 （1）測(cè)量裝置 由居里溫度的定義知，要測(cè)定鐵磁物質(zhì)的居里溫度，其測(cè)定裝置必須具備四個(gè)功能：提供使樣品磁化的磁場(chǎng)；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(cè)量鐵磁物質(zhì)磁性消失時(shí)所對(duì)應(yīng)溫度的測(cè)溫裝置，以上四個(gè)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(cè)量原理BHY0圖（4） 給繞在待測(cè)磁環(huán)上的勵(lì)磁線圈通一交變電流如圖（4）所示，產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)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(lì)磁電路中串接一個(gè)采樣電阻，將其兩端的電壓訊號(hào)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(dòng)勢(shì)來測(cè)定的，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)的積分成正比，為此將

6、上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(shí)，示波管上的磁滯回線消失，對(duì)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(yàn)內(nèi)容及方法1、定性測(cè)試 <1> 將加熱爐的輸入連線插頭，插入JLD-型居里點(diǎn)測(cè)試儀主機(jī)箱后面板上對(duì)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(duì)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(cè)量設(shè)置”開關(guān)打向“設(shè)置”，設(shè)定好爐溫后，打向“測(cè)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(shí)，磁滯回線消失成一條直線，記錄下此時(shí)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(cè)完為止。2、 定量測(cè)試<1> 測(cè)量溫度與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系，對(duì)應(yīng)一個(gè)溫度值，讀出相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨溫度變化的值，從而畫出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)溫度曲線。<2>實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列表溫 度 212325283236404448505152感 應(yīng) 電 壓（B值）mv5354555