铁磁材料居里点的测定.ppt

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1、铁磁材料居里点的测定目前高校所使用的大学物理教材中都较详细地介绍了铁磁材料的一些特殊性质，如存在居里温度等。并用较成熟的磁畴理论来说明铁磁材料磁化特性的内在根据。在科技时代，铁磁材料的居里温度特性在工程技术，家用电器上的应用越来越广泛。测量铁磁材料居里温度的方法很多，例如磁称法、感应法、电桥法和差值补偿法等。它们都是利用铁磁物质磁矩随温度变化的特性，测量自发磁化消失时的温度。本实验采用感应法，来测量感应电动势值随温度变化的规律，从而得到居里点TC。一、目的l．通过实验中对磁性材料感应电动势随温度升高而下降的现象的观察，初步熟悉铁磁性材料在居里点时由铁磁性变为顺磁性的过程，从而了解磁性材料参

2、数变化的微观机理。2．用感应法测定磁性材料的εeff(B)～T曲线，并求出其居里点。二、原理（一）．基本物理原理1.根据磁化的效果，磁介质可划分为三类（1）顺磁质，这类磁介质磁化后，在介质内的磁场稍有增强，表明磁化后具有微弱的附加磁场，并与外磁场同方向。（2）抗磁质，这类磁介质磁化后，在介质内磁场稍有削弱，表明磁化后具有微弱的附加磁场但与外磁场方向相反。（3）铁磁质，这类磁介质磁化后，在介质内的磁场显著增强，即磁化后具有很强的与外磁场同方向的附加磁场。铁、镍、钴、钆、镝及其合金和一些非金属的铁氧体都属于这一类。铁磁质有广泛的用途，所以它是最重要的一类磁介质。本实验将对铁磁质的磁化规律及其微

3、观机制进行研究。在弱磁化场及室温的条件下，顺磁质显示弱磁性。然而，铁磁质在相同条件下却表现强磁性。铁磁质的特性不能用一般顺磁质的磁化理论来解释。因为铁磁性元素的单个原子并不具有任何特殊的磁性。例如铁原子与铬原子的结构大致相同，但铁是典型的铁磁质，而铬是普通的顺磁质，甚至还可用非铁磁性物质来制成铁磁性的合金。另一方面，还应注意到铁磁质总是固相的。这些事实说明了铁磁性与固体的结构状态有关。2.铁磁材料的微观机制：磁畴：铁磁质特殊磁性的现代理论是:在铁磁质中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个小的自发磁化达到饱和状态的区域。自发磁化只发生在

4、微小的区域(体积约为10-8m3，其中含有1017一1021个原子)内，这些区域叫做磁畴。图19—1如图19-l，其中图19-l(a)为单晶磁畴结构示意图，图19-l(b)为多晶磁畴结构示意图。由图可见在没有外磁场作用时，在每个磁畴中，原子磁矩已经取向同一方位，但对不同的磁畴其分子磁矩的取向各不相同，磁畴的这种排列方式,使磁体处于最小能量的稳定状态.因此对整个铁磁体来说，任何宏观区域的总磁矩仍然为零，整个磁体不显磁性。线条为畴界，箭头为磁畴的磁化方向。在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列的磁畴的磁能低于磁矩与外磁场反向排列的磁畴的磁能。结果是自发磁化磁矩与外磁场成小角度的磁畴体积不断扩大

5、；自发磁化磁矩与外磁场成大角度的磁畴体积不断缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴将不同程度地转向外磁场方向。以后再继续增加外磁场，磁矩继续转向外磁场，最后使所有磁畴全部沿外磁场排列，这时磁化达到饱和，图19-2是某单晶磁化过程的示意图。可见饱和时，介质的磁化强度等于每个磁畴中原来的磁化强度，铁磁质的磁化强度是非常大的，外磁场不是像对顺磁质那样，只是使单个原子、分子转向；而是使整个磁畴转向。这就是为什么铁磁质磁化后的磁场要比一般的顺磁质强得多的原因。图19-2铁磁质磁化时磁畴的变化3.铁磁质的磁化规律(B和H之间的依赖关系)（1）起始磁化曲线：BHoab

6、cd从未磁化到饱和磁化的这段曲线Oabcd，称为铁磁质的起始磁化曲线，在起始磁化过程中，B和H的关系是非线性的，但是两个量的值却一一对应。（2）磁滞回线：Bdd'o由图看出：铁磁质的磁化曲线是一条具有方向性的闭合曲线；并且B与H的值不具有对应关系，同一个H可对应几个不同的B值，B总是落后H的变化，此现象叫做磁滞;闭合曲线（B—H曲线）成为铁磁质的磁滞回线。4.热运动居里点热运动是磁矩有序排列的破坏者。因此，强烈的振动或者温度过高造成的剧烈热运动都能造成磁畴的瓦解，从而使铁磁质变成顺磁性。实验证明，对于每种铁磁质的确存在一临界温度TC称为居里温度(也称居里点)。当高于这一温度时，铁磁性就将消

7、失。比如纯铁的居里温度是770oC，纯镍是350oC。当温度增加时，由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列，但在未达到居里温度TC时，铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列，此时，物质仍具有铁磁性，而其自发磁化强度随温度升高而降低。如果温度继续升高达居里点时，物质的磁性发生突变，磁化强度M(实为自发磁化强度)剧烈下降!因为这时分子热运动足以使相邻原子(或分子)之间的交换耦合作用突然消失，从而瓦解了磁畴内磁矩有规