铁磁材料居里点的测量

标题：铁磁材料居里点的测量作者：摘要：介绍了通过转换出分别与磁化强度和磁场强度成正比的电压信号,来定性观察与定量测量居里点的一种方法。关键词：铁磁材料；居里点；磁滞回线引言：铁磁材料的磁性随温度的变化而改变，当温度上升到某一定值时，铁磁材料就失掉铁磁物质的特性而转变为顺磁性物质，这一转变温度称为居里温度，以表示。对的测定不仅对磁性材料、磁性器件的研制、使用，而且对工程技术乃至家用电器的设计都具有重要的意义。正文：铁磁材料(又称铁氧体)是铁和其它一种或多种适当的金属元素的复合氧化物.按磁滞回线的形状来分,有软磁材料,硬磁(又叫永久磁性)材料。铁磁材料在工业上,尤其在电力工业上应用最为广泛,如制造发电机,电动机及电力输送变压器上的永久磁铁和硅钢片。我们日常用的家电里有收音机中的天线棒,中周变压器,电视机中的回扫变压器,录象机中的磁头,磁鼓。计算机中的记忆元件,逻辑元件,扬声器以及电话机中都有磁性材料。铁磁材料在尖端技术和国防科技中应用也很多,如雷达,微波多路通讯,自动控制,射电天文望远镜,远程操纵等。1，铁磁材料居里点存在的基本原理以铁为代表的一类磁性很强的物质叫铁磁质。在纯化学元素中,除铁之外,还有过渡族中的其它元素,如钴,镍和某些稀土族元素如钆,镝,钬都具有铁磁性.但常用的铁磁质多数是铁和其它金属或非金属组成的合金,以及某些包含铁的氧化物(铁氧体)。铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中的电子自旋磁矩可以在小范围内自发地排列起来,形成一个个小的自发磁化区。这种自发磁化区叫做磁畴。自发磁化只发生在微小的区域(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。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。但在外加磁场后将显示出宏观的磁性来。当外加的磁化场不断加大时,磁畴的磁化方向在不同程度上转向磁化场的的磁方向,当所有畴都按磁化场的方向排列好,介质的磁化就达到饱和。饱和时的磁化强度是很大的。介质掺杂和内应力在磁化场去掉后阻碍着磁畴恢复到原来的退磁状态,这就是为什么会有磁滞现象的原因。铁磁性是与磁畴分不开的。当铁磁体受到强烈震动或在高温下由于剧烈的热运动的影响,磁畴便会瓦解,这时铁磁性质全部消失,包括磁滞现象,即磁滞回线也消失。对于任何铁磁物质都有这样一个临界温度,高于这个温度的铁磁性就消失,变为顺磁性。这个临界温度叫做铁磁质的居里点,也叫居里温度。我们就是利用这个原理来测量居里点的。不得不提一下，磁畴的出现和消失，也伴随着晶体结构的改变，所以这是一个相变的过程，居里点和熔点一样，因物质的不同而不同。2，基本实验原理2.1磁滞回线的产生铁磁材料在外加磁场中被磁化，使铁磁材料的磁场强度H（即外加磁场）与铁磁材料内部的磁感应强度B=Μh,然而铁磁材料的磁导率μ不是常数，B与H是非线性关系，如下图：当磁化场H=0的时候处于未磁化状态.这相当于坐标原点。在逐渐增加磁化场H的过程中,B随之增加.开始B增加得较慢一些,然后经过一段急剧增加的过程,又慢下来,再继续增大磁化场时。B几乎不再变了。这时介质的磁化已达到饱和。饱和时的磁化强度称为饱和磁化强度。从未磁化到饱和磁化的这段磁化曲线叫做铁磁质的起始磁化曲线,如图1中的OS段。当铁磁质的磁化达到饱和之后,如果将磁化场去掉,即H=0,介质的磁化状态,并不恢复到原来的起点,而是保留一定的磁性。这时的磁场强度H和磁感应强度B叫做剩余磁场强度和剩余磁感应强度。通常用HR和BR来表示。若要使介质的磁场强度和磁感应强度减到0,必须加一相反方向的磁化场,即H0.只有当反方向的磁化场大到一定程度时,介质才完全退磁,即达到H=0,B=0的状态。使介质完全退磁所需的反向磁化场的大小,叫做这种铁磁质的矫顽力。从具有剩磁的状态到完全退磁的状态这一段曲线,叫做退磁曲线。介质退磁后,如果反方向的磁化场的数值继续增大时,介质将沿相反的方向磁化,即H0,直到饱和。一般说来,反向的饱和磁场强度的数值与正向磁化时一样。此后若使反方向的磁化场数值减小到0,然后又沿正方向增加,介质的磁化状态回到正向饱和磁化状态。当磁化场在正负两个方向上往复变化时,介质的磁化过程经历了一个循环过程。闭合曲线SRCS'R'C'S叫铁磁质的磁滞回线。这个过程所形成的闭合曲线叫做铁磁质的磁滞回线。磁滞回线如图1所示。由于交流电方向不断变化，所以我们可以在示波器屏幕上观测到较为稳定的磁滞回线。3，实验方案(1)用连线将加热炉与电源箱前面板上的“加热炉”相连接；将铁磁材料样品与电源箱前面板上的“样品”插孔用专用线连接起来，并把样品放入加热炉：将温度传感器、降温风扇的接插件与接在电源箱前面板上的“传感器”接插件对应相接；将电源箱前面板上的“B输出”、“H输出”分别与示波器上的Y输入、X输入用专用线相连接。(2)将“升温一降温”开关打向“降温”。接通电源箱前面板上的电源开关，将电源箱前面板上的“H调节”旋钮调到最大，适当调节示波器，其荧光屏上就显示出了磁滞回线。(3)关闭加热炉上的两风门(旋纽方向和加热炉的轴线方向垂直)，将“测量一设置”开关打向“设置”，适当设定炉温。(4)将“测量—设置”开关打向“测量”，将“升温一降温”开关打向“升温”，这时炉子开始升温，在此过程中注意观察示波器上的磁滞回线，记下磁滞回线消失时数显表显示的温度值，即测得了居里点温度。(5)将“升温—降温”开关打向“降温”，并打开加热炉上的两风门，使加热炉降温。4,关于改进实验方案的一些建议4.1结果误差分析本实验有许多误差来源，如：读数时温度与电动势改变引起的误差，传感器测温滞后带来的误差，室温影响等等。4.2方案改进的建议本实验最大的误差来源就是读数时温度与电动势改变，所以为了减小误差，我们应该在样品处于某一温度下一段时间后再测量，但是如果我们用这种方法，就会给我们带来很大的麻烦，我们这次试验的目的就是测量磁性材料的居里点，所以我们可以一开始方法不变，等接近居里点温度是再精细测量，这样我们既节省了时间又得到了比较准确的数据。当然我们也应该在试验中采用比较精密的温度传感器以减少误差。参考文献：[1]李学慧.大学物理实验[M].杭州:浙江大学出版社[2]杜义林.实验物理学[M」.合肥:中国科学技术大学出版社[3]桂维玲，张山彪等.基础物理实验[M].北京:科学出版社