铁磁材料居里点的测量-36

铁磁居里点的测量
实验任务：
1. 定性观察铁磁质的磁化现象，对铁磁质进行加温。

当温度升至某一数值磁滞回线消
失时，有数显温度表上读出此时的温度Tc---居里点。

2. 定量测量，工作温度与感应电动势曲线。

设置好炉温，待加热炉开始工作时，初始
温开始，对应一个温度值T ，读出相应的感应电动势，作出其曲线。

在曲线最大斜率处做切线，求出居里点。

实验仪器：
1. 居里点测试仪【JLD---2型】
2. 示波器【VP---5220A 型】
3. 1号和3号温敏磁环样品
实验原理：
铁磁材料居里点（又称居里温度）是铁磁材料的一个重要的物理性质。

根据电磁学，我们知道：
H
M x m = （1） H B =
μ （2） 0)1(μμm x += （3）
上面三式里的x m 是磁化率，M 为磁化强度，H 为磁场强度，B 为磁感应强度，μ为磁导率，μ0为真空中磁导率。

磁介质大体可以分为顺磁质、抗磁质和铁磁质三类。

但对于不同类型的磁介质，x m 和μ的情况很不一样。

对于顺磁质，x m ＞0，μ＞μ0；对于抗磁质，x m ＜0，μ＜μ0。

这两类磁介质的磁性都很弱，它们的|x m |＜＜1，μ= μ0，而且都是与H 无关的常数。

而铁磁质的情况要复杂一些，一般说来M 与H 不成比例，甚至没有单值关系，即M 的值不能由H 的值唯一确定，它还与磁化的历史有关，所以x m 和μ不再为常数。

而是H 的函数，即x m =x m (H)，μ=μ(H)。

铁磁质的x m 和μ一般都很大，所以铁磁质属于强磁性介质。

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）。

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H R 和B R 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H ＜0。

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H
＜0，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。

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 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L 2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：
dt
dB k dt d -=-=φε （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： ⎰-
=dt k B ε1 （23-2） 可见，样品的磁感应强度B 与L 2上的感应电动势的积分成正比。

因此，将L 2上感应电动势经过R 1C 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）通过测定磁感应强度随温度变化的曲线来推断
一般自发磁化强度M S （任何区域的平均磁矩）称为自发磁化强度，与饱和磁化强度
感应电动势~温度曲线
M（不随外磁场变化时的磁化强度）很接近，可用饱和磁化强度近似代替自发磁化强度，并根据饱和磁化强度随温度变化的特性来判断居里温度。

用JLD—II装置无法直接测定M，但由电磁学理论知道，当铁磁性物质的温度达到居里温度时，其M（T）的变化曲线与B（T）曲线很相似，因此在测量精度要求不高的情况下，可通过测定B（T）曲线来推断居里温度。

即测出感应电动势随温度T变化的曲线，并在其斜率最大处作切线，切线与横坐标（温度）的交点即为样品的居里温度
实验步骤：
1．通过测定磁滞回线消失时的温度测定居里温度
（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，调节电源箱前面板上的“H调节”旋钮，使H较大，调节示波器(工作方式取X-Y模式)，其荧光屏上就显示出磁滞回线。

（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），将温度“测量一设置”开关打向“设置”，适当设定炉子能达到的最大温度。

（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，记下磁滞回线变成近似水平的直线时显示的温度值，即测得了居里点温度（注意电动势变化较快所对应的温度范围）。

（5）将“升温－降温”开关打向“降温”，并打开加热炉上的两风门（旋纽方向和加热炉的轴线方向平行），使加热炉降温。

2．测量感应电动势随温度变化的关系
（1）根据步骤1所测得的居里温度值来设置炉温，其设定值应比步骤1所测得的T C 值低2℃左右。

（2）将“测量－设置”开关打向“测量”，“升温一降温”开关打向“升温”，这时炉子开始升温，在表中记录感应电动势值随炉温的变化关系。

（测量时温度从40度开始直至不变为止；感应电动势变化较快时，温度间隔要取小些。

反之，则可以取大些。

）实验数据见纸质材料及图表：
试验结果：
1.1号样品定性观察其居里点为Tc=7
2.4 o C ，定量观察其居里点为Tc=71.3o C
2.3号样品定性观察其居里点为Tc=91.3 o C ，定量观察其居里点为Tc=90.6o C
问题与讨论：
本实验中应注意的问题有哪些？
回答：
1．测量样品的居里点时，一定要让炉温从低温开始升高，即每次要让加热炉降温后再放入样品，这样可避免由于样品和温度传感器响应时间的不同而引起的居里点每次测量值的不同。

2．在测80℃以上样品时，温度很高，小心烫伤。