铁磁材料居里点温度测定某实验

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1、Ⅲ基础物理实验–185–实验23　居里点温度测定实验一、实验目的1．初步了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理；2．学习JLD－II型居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法；3．测定铁磁样品的居里温度。二、实验仪器JLD－II型居里温度测试仪，25M数字存储示波器。三、实验原理1.磁介质的分类在磁场作用下能被磁化并反过来影响磁场的物质称为磁介质。设真空中原来磁场的磁感应强度为，引入磁介质后，磁介质因磁化而产生附加的磁场，其磁感应强度为，在磁介质中总的磁感应强度是和的矢量和，即。设,称为介质的相对磁

2、导率。根据实验分析，磁介质可分为：（1）顺磁质，如铝、铬、铀等（2）抗磁质，如金、银、铜等（3）铁磁质，如铁、钴、镍等精彩文档Ⅲ基础物理实验–185–铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失去铁磁性物质的特性，这个温度称之为居里温度，以Tc表示。居里温度是磁性材料的本征参数之一，它仅与材料的化学成分和晶体结构有关，而与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关，因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和

3、研制；对工程技术的应用都具有十分重要的意义。    2．铁磁质的磁化机理外磁场方向图23-1无外磁场作用的磁畴图23-2在外磁场作用下的磁畴铁磁质的磁性主要来源于自由电子的自旋磁矩，在铁磁质中，相邻原子间存在着非常强的“交换耦合”作用，使得在没有外加磁场的情况下，它们的自旋磁矩能在一个个微小的区域内“自发地”整齐排列起来，这样形成的自发磁化小区域称之为磁畴。实验证明，磁畴的大小约为，包含有个原子。在没有外磁场作用时，不同磁畴的取向各不相同，如图23-1所示。因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观区域的平均

4、磁矩为零，铁磁物质不显示磁性。当有外磁场作用时，不同磁畴的取向趋于外磁场的方向，任何宏观区域的平均磁矩不再为零。当外磁场增大到一定值时，所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，此时铁磁质达到磁化饱和，如图23-2所示。由于在每磁畴已排列整齐，因此，磁化后的铁磁质具有很强的磁性。精彩文档Ⅲ基础物理实验–185–铁磁物质被磁化后具很强的磁性，但这种强磁性是与温度有关的，随着铁磁物质温度的升高、金属点阵热运动加剧，会影响磁畴的有序排列。但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍

5、不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。当温度达到一定时由于分子剧烈的热运动，磁畴便会瓦解，平均磁矩降为零，铁磁物质的磁性消失而转变为顺磁物质，与磁畴相联系的一系列铁磁性质（如高磁导率、磁致伸缩等）全部消失，磁滞回线消失，变成直线，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率。与铁磁性消失时所对应的温度即为居里温度。3．实验装置及测量原理信号输入图23-3JLD－II居里温度测试仪原理图由居里温度的定义知，要测定铁磁材料的居里温度，从测量原理上来讲，其测定装置必须具备四个功能：提供使样品

6、磁化的磁场；改变铁磁物质温度的温控装置；判断铁磁物质磁性是否消失的判断装置；测量铁磁物质磁性消失时所对应温度的测温装置。JLD－II居里点温度测试仪是通过如图23-3所示的系统装置来实现以上4个功能的。待测样品为一环形铁磁材料，其上绕有两个线圈L1和L2，其中L1为励磁线圈，给其中通入交变电流，提供使环形样品磁化的磁场。将绕有线圈的环形样品置于温度可控的加热炉中以改变样品的温度。将集成温度传感器置于样品旁边以测定样品的温度。图23-4磁滞回线示意图该装置可通过两种途径来判断样品的铁磁性消失：精彩文档Ⅲ

7、基础物理实验–185–（1）通过观察样品的磁滞回线是否消失来判断。铁磁物质最大的特点是当它被外磁场磁化时，其磁感应强度B和磁场强度H的关系是非线性的，也不是单值的，而且磁化的情况还与它以前的磁化历史有关，即B~H曲线为—闭合曲线，称之为磁滞回线，如图23-4所示。当铁磁性消失时，相应的磁滞回线也就消失（变成一条直线）。因此，测出对应于磁滞回线消失时的温度，就是居里温度。为了获得样品的磁滞回线，可在励磁线圈回路中串联一个采样电阻R。由于样品中的磁场强度H正比于励磁线圈中通过的电流I，而电阻R两端的电压U

8、也正比于电流I，因此可用U代表磁场强度H，将其放大后送入示波器的X轴。样品上的线圈L2中会产生感应电动势，由法拉第电磁感应定律知，感应电动势的大小为：（23-1）式中k为比例系数，与线圈的匝数和截面积有关。将式23-1积分得：（23-2）可见，样品的磁感应强度B与L2上的感应电动势的积分成正比。因此，将L2上感应电动势经过R1C积分电路积分并加以放大处理后送入示波器的Y轴，这样在示波器的荧光屏上即可观察到样品的磁滞回线（示波器用X—Y工作方式）。（2）通