物理所磁学室公共测试讲座2010年

物理所磁学室公共测试讲座2010年
2010年：课程五(2)
•交流磁化率
•ZFC & FC
•超导磁体的残余磁场
•样品的磁性参数
以下内容来自2007年的《磁性测量》讲座的第二部分
共80页
磁性测量中的几个问题第二部分：参数
磁化率的测量
居里温度的测量
饱和值的测量
闭合磁路
开放磁路
磁路
励磁
交流励磁直流励磁
H M
ext
M int
1d N χχ=
+⋅
正确处理退磁效应
•退磁效应的影响程度
•如何确定退磁因子•规则形状的退磁因子•非规则形状的退磁因子
10
-3
10
-2
10
-1
10
-3
10
-2
10
-1
0102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158V W CX CY CZ DA DB DC DD DE DF DG DH DI DJ DK DL DM DN DO DP DQ DR DS DT DU DV DW DX DY DZ EA EB EC ED EE EF EG EH EI EJ EK EL EM EN EO EP EQ ER ES ET EU EV EW EX EY EZ FA FB w cx cy cz da db dc dd de df dg dh di dj dk dl dm dn do dp dq dr ds dt du dv dw dx dy dz ea eb ec ed ee ef eg eh ei ej ek el em en eo ep eq er es et eu ev ew ex ey ez fa fb N = 0.500 N = 1.000
磁导率的测量
•原则
•标准方法
•标准方法：标准文件
1、中国国家标准：
GB/T 9632.1－2002（idt IEC 60367－1：1982）
《通信用电感器和变压器磁心测量方法》（Measuring methods of cores for inductors and transformers for telecommunications）
GB/T 5026-1985
《软磁合金振幅磁导率测量方法》
•标准方法：标准文件
2、国际标准：IEC 62044系列（替代60367）
Cores made of soft magnetic materials -Measuring methods -IEC 62044－1：2002
Part 1: Generic specification
IEC 62044－2：2005
Part 2: Magnetic properties at low excitation level IEC 62044－3：2000
Part 3: Magnetic properties at high excitation level
•标准方法：标准文件
3、日本工业标准：
JIS C2561－1992
《铁氧体磁心的材料性能试验方法》
Measuring methods for characteristics of materials of ferrite cores （中文：《军用产品标准化与质量》2003年4期）
JIS C2565－1992
《微波器件用铁氧体磁芯的测量方法》
•标准方法：标准文件
4、美国ASTM标准：
ASTM A 342/A 342M-2004
《弱磁材料磁导率的标准试验方法》ASTM A 894/A 894M-2000
《非金属磁性材料的饱和磁化或磁导的标准试验方法》
ASTM D 5568-2001
《微波频率下固体材料相对复介电常数和磁导率测量标准试验方法》
居里温度
•居里温度的定义•居里温度的确定 宏观磁性测量方法 微观磁性测量方法 其它测量方法
1、标准/技术规范中的定义
是某一温度，在低于此温度时材料呈铁磁性或亚铁磁性，高于此温度时材料呈顺磁性。

（《JJG 1013-1989 磁学计量常用名词术语及定义(试行) 》3.34）
意义：正确的、没有可操作性的定义
2、教科书中的定义－1
《磁性物理学（修订本）》宛德福、马兴隆编著，1999年第35页、第89页：
与《JJG 1013-1989》相同的表述
第92页～第98页
从有自发磁化到自发磁化等于零的温度
T＝T C，称为居里温度。

意义：想办法测量自发磁化强度I。

2、教科书中的定义－2
《铁磁性物理》近角聪信著，葛世慧译，2002年
当温度增加时，线(b)的斜率增加，点P 沿曲线(a)向下运动并最终接近O ，这是因为线(b)的斜率与线(a)的起始段的斜率接近。

这个最后温度称为居里点(Curie point)。

（第99页）
意义：想办法测量自发磁化强度I 。

(a)
(b)
P
α
I
()
()
a I NML α=()
b B k T H
I M w w
α=
⋅-⋅
•常见方法？
T ＝T C
T
M
dM /dT
T ＝T C
T
M 2
dM 2/dT
依据是什么？
1、基于平均场理论－Arrott 图
M 3～H 、M 2～H /M 、σ2～H /σ
3
5
00011133eff C B m H T M M M k T T M M M ⎛⎫⎛⎫⎛⎫
=-+++⋅⋅⋅ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭
T ＝T C
3
5
001133eff B m H M M k T M M ⎛⎫⎛⎫=++⋅⋅⋅ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
M 2
文献中
文献中T = T C
T > T C
T < T C
2、基于平均场理论－临界指数
磁化率～温度：()00()M C
M C T H T T γ
χ→⎛⎫
≡= ⎪
⎝⎭-平均场：γ＝1
00()M C
M C T H T T χ→⎛⎫
≡=
⎪⎝⎭-χ
T C
T < T C
T > T C
01()
T χ初始磁化率：00
()H dM T dH χ→⎛⎫≡ ⎪⎝⎭
0.51平均场模型：0.31
5/4
三维Ising 模型：
1/34/3三维Heisenberg 模型：β
γ
3、基于模型－三维Heisenberg 模型
磁化率～温度：()00()M C
M C T H T T γ
χ→⎛⎫
≡= ⎪
⎝⎭-磁化强度～温度：
()
()S C I T T T β
=-
4、基于标度律
磁化率～温度：()00()M C
M C T H T T γ
χ→⎛⎫
≡= ⎪
⎝⎭-43
γ=
磁化强度～温度：
()
()S C I T T T β
=-13
β=
标度律：与实验结果吻合！
平均场：四维空间成立的理论！
（于渌：《边缘奇迹：相变和临界现象》）
5、基于其它物理性质
比热～温度：
()
()C c T T T α
=-20 (0.12)
d αυ=-≈热膨胀系数～温度：
磁热效应～温度：
电阻率～温度：
？
6、宏观磁性测量－直流
T
()
2S
I T T C
M 2
T C
？
M 2(T ) ～T ？
χ(T ) ～T ？
max, C T T dM dT =⎛⎫ ⎪
⎝⎭平均场
条件
居里温度的确定
7、宏观磁性测量－交流
0; 0
(,,,)
(,,),,,AC AC
DC AC AC h AC h AC
D H DC C C h D h M H T t H T t H h h ωχω→→+≡
居里温度
•注意的问题
M 2
T C
？
M 2(T ) ～T ？
确定居里温度的方法、确定居里温度的依据、
任意磁场下的M ～T 曲线？
居里温度的确定
8、微观磁性测量
中子散射谱测量
磁共振谱测量：
Mössbauer谱测量
核磁共振谱测量铁磁共振谱测量
顺磁电子共振谱测量
冷端温度的补正
待测温度：T ；冷端温度：T 0
例子：K 型热电偶，冷端温度＝32 ︒C
[][]0000(, 0 C)()
()((, )(,0 C)()( 0(0 C C)))
()E E T T E T E T E T E T E T E T T E E ︒==-︒
==+-︒︒+-(, 32 C)8234.093 mV 0 C E T ︒=⇔︒
热电势读数：(32 C, 0 C) 1.285 mV
E ︒︒=查表：(, 0 C)35.378 mV 851.5 C E T ⇔︒=︒
实际温度：T 0是多少度就补正多少度？
线性度！
31.5 ℃
验证：两端等温度热电势＝
课后作业－7
在你的科学研究过程中，通常情况下，是如何确定磁性转变温度的？。