全版铁磁材料居里点的测定.ppt
铁磁性材料居里温度的测定
本装置可通过两种途径来判断样品的铁磁性消失
1.通过观察样品的磁滞回线是否消失来判断. 铁磁物质磁滞回线如 测出对应于磁滞回线消失时的温度,就测得了居里点温度.
B
图2
H
2.通过测定磁感应强度随温度变化的曲线来推断 在测量精度要求不高的情况下,可以通过测定B(T)曲线来推断居里温度.既测出感 应电动势的积分电压U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 标轴的交点既为样品的居里温度.
思考题1.通过测感应电动势随温度变化的曲线来推断居里温度时,为什么
要由曲线上斜率最大处的切线与温度轴的交点来确定 Tc ，而不是由曲线 与温度轴的交点来确定Tc ？
铁磁性材料居里温度的测定
基本原理
被磁化的铁磁物质具有很强的磁性,这种强磁性是与温度有 关的.随着铁磁物质温度的升高,金属点阵热运动的加剧会影响磁 畴磁矩的有序排列.在未达到一定温度时,热运动不足以破坏磁畴 磁矩基本的平行排列,此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零,物 质仍具有磁性,只是平均磁矩随温度升高而减小.当与kT(k是玻耳 兹曼常数,T是热力学温度)成正比的热运动能足以破坏磁畴磁矩 的整齐排列时,磁畴被瓦解,平均磁矩降为零,铁磁物质的磁性消 失而转变为顺磁物质,与磁畴相连系的一系列铁磁性质(如高磁导 率、磁滞回线、磁致伸缩等）全部消失，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 即为居里点温度.
测量装置及内容 本实验仪器为JLD-II居里点温度测试仪如图1所示待测样品为一环形铁磁材料,其
上绕有两个线圈 L1 和 L2 ， L1 为励磁线圈,给其通一交变电流,提供使环形样品
磁化的磁场.将环形样品置于温度可控的加热炉中以改变样品的温度.通过样品旁 边的集成温度传感器测定样品的温度
铁磁材料的居里点的测定
铁磁材料的居里点的测定铁磁材料居里点的测定铁磁材料（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。
图1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：xm?M （1）HB （2）H????(1?xm)?0 （3）上面三式里的xm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，xm和μ的情况很不一样。
对于顺磁质，xm＞0，μ＞μ0；对于抗磁质，xm＜0，μ＜μ0。
这两类磁介质的磁性都很弱，它们的|xm|＜＜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xm和μ不再为常数。
而是H的函数，即xm=xm(H)，μ=μ(H)。
铁磁质的xm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。
铁磁材料居里温度的测定
铁磁材料居里温度的测定铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变，当温度上升至某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称为居里温度，以T c 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，几乎与晶粒的大小、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、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。
一、实验目的1. 初步了解铁磁性转变为顺磁性的微观机理；2. 学习高、低温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、仪器用具低温居里点：JLD-Ⅱ型居里温度测试仪，GOS-620型电子射线示波器高温居里点：自制仪器三、实验原理1. 基本理论在铁磁物质中，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，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域，这个区域的体积约为10-8m 3,称之为磁畴。
在没有外磁场作用时，不同磁畴的取向各不相同，如图1所示。
因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观区域的平均磁矩为零，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，且随着外磁场的增大而增大。
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，如图2所示，任何宏观区域的平均磁矩达到最大值，铁磁物质显示出很强的磁性，我们说铁磁物质被磁化了。
铁磁物质的磁导率μ远远大于顺磁物质的磁导率。
铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种强磁性是与温度有关的，随着铁磁物质温度的升高，金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴磁矩基本平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。
而当与k T （k 是玻尔兹曼常数，T 绝对温度）成正比的热运动能足以破坏磁畴磁矩的整齐排列时，磁畴被瓦解，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、磁滞回线、磁致伸缩等）全部消失，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率。
铁磁材料居里温度的测定
SUES大学物理选择性实验讲义磁学铁磁材料居里温度的测定∗磁性材料在电力,通讯,电子仪器,汽车,计算机和信息存储等领域有着十分广泛的应用,已成为促进高新技术发展不可或缺的材料,因此有必要通过实验了解磁性材料的基本特性.磁性材料可分为反铁磁性,顺磁性和铁磁性材料三种.铁磁性物质的磁性随温度的变化而变化,当温度上升到某一值时,铁磁材料就由铁磁状态转变为顺磁状态,这一特征温度称为居里温度.居里温度是表征铁磁性材料基本特征的物理量,它仅与材料的化学成分和晶体结构有关,几乎与晶粒大小,取向以及应力分布等因素无关.测定铁磁材料的居里温度不仅对磁性材料,磁性器件的研究和研制,而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义.本实验根据铁磁物质磁矩随温度变化的特性,采用交流电桥法测量铁磁物质自发磁化消失时的温度,即居里温度.一实验目的1.了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理;2.利用交流电桥法测定铁磁材料样品的居里温度;3.分析交流电桥输入信号频率对居里温度测量结果的影响.二实验设备铁磁材料居里温度测定仪:实验主机2台,实验箱∗修订于2010年8月28日三实验原理1铁磁质的磁化规律由于外加磁场的作用,物质中的状态发生变化,产生新的磁场的现象称为磁性.物质的磁性可分为反铁磁性(抗磁性),顺磁性和铁磁性三种.在铁磁质中由于相邻电子之间存在着很强的“交换耦合”作用,因此在无外磁场的情况下,它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发的”整齐排列起来而形成自发磁化小区域,称为磁畴.在未经磁化的铁磁质中,虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向,呈现出磁性,但大量磁畴的磁化方向各不相同而整个铁磁质不显磁性,如图1(a)所示.当铁磁质处于外磁场中时,那些自发磁化方向和外磁场方向成小角度的磁畴,其体积随着外磁场的增大而扩大,并使磁畴的磁化方向进一步转向外磁场方向.另一些自发磁化方向和外磁场成大角度的磁畴,其体积则逐渐缩小.这时铁磁质对外呈现宏观磁性,如图1(b)所示.当外磁场继续增大时,上述效应相应增大,直到所有磁图1.(a)未加磁场时磁畴的结构,(b)加磁场时磁畴的结构.畴都沿外磁场排列好,介质的磁化达到饱和.由于在每个磁畴中元磁矩已完全排列整齐,因此具有很强的磁性,这就是为什么铁磁质的磁性比顺磁质强得多的原因.铁磁性是与磁畴结构分不开的,当铁磁质受到强烈的震动或处在高温下时,磁畴便会瓦解,铁磁性就会消失,对于任何铁磁质都有这样一个临界温度,高过这个温度铁磁性就会消失,变为顺磁性,这个临界温度称为铁磁质的居里温度.在各种磁介质中最重要的是以铁为代表的一类磁性很强的物质,常用的铁磁质多数是铁和其他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).铁氧体具有适于在更高频率下工作,电阻率高,涡流损耗更低的特性.磁介质的磁化规律可用磁感应强度⃗B,磁化强度⃗M和磁场强度⃗H来描述,它们满足以下关系⃗B=µ(⃗H+⃗M)=(χm+1)µ0⃗H=µrµ0⃗H=µ⃗H(1) (1)式中,µ0=4π×10−7H/m为真空磁导率,χm为磁化率,µr为相对磁导率,µ为绝对磁导率.对于顺磁质,χm>0,µr略大于1,对于抗磁质,χm<0,其绝对值在10−4∼10−5之间,µr略小于1,而铁磁质χm≫1,所以µr≫1.对非铁磁性磁介质,⃗H和⃗B之间满足线性关系:⃗B=µ⃗H,而铁磁质的µ,⃗B和⃗H之间有着复杂的非线性关系,图2(a)是典型的铁磁质磁化曲线,可以看到µ是H的函数,从图2(b)中可以看到µ还是温度T的函数,当温度升高到某个值时,铁磁质由铁磁状态转变为顺磁状态,曲线突变点所对应的温度就是居里温度T C.图2.(a)铁磁体磁化曲线,(b)铁磁体µ∼T曲线.2用交流电桥测量居里温度铁磁质的居里温度可用任何一种交流电桥测量.大多数交流电桥可归结为如图3(a)所示的四臂阻抗电桥,电桥的四个臂可以是电阻,电容,电感的串联或并联的组合,调节电桥的桥臂参数,使得C,D两点间的电位差为零,电桥达到平衡,则有Z1 Z3=Z2Z4(2)若要(2)式成立,必须使该复数等式的模量和辐角分别相等,于是有|Z1||Z4|=|Z2||Z3|(3)ϕ1+ϕ4=ϕ2+ϕ3(4)由此可见,交流电桥平衡时,除了阻抗大小满足(3)式外,阻抗的相角还要满足(4)式,这是它和直流电桥的主要区别.本实验采用如图3(b)所示的RL交流电桥,在电桥中输入电源由信号发生器提供,在实验中应适当选择较高的输出频率,图3.(a)交流电桥基本电路,(b)RL交流电桥.ω为信号发生器的角频率,其中Z1和Z2为纯电阻,Z3和Z4为电感(包括电感的线性电阻r1和r2,测定仪中还接入了一个可调电阻R3),其复阻抗为Z1=R1,Z2=R2,Z3=r1+jωL1,Z4=r2+jωL2(5)当电桥平衡时有R1(r2+jωL2)=R2(r1+jωL1)(6)实部与虚部分别相等,有r2=R2R1r1,L2=R2R1L1(7)实验时选择合适的电气元件相匹配,在未放入铁氧体时,通过调节使电桥平衡.当其中一个电感放入铁氧体后,电感大小发生了变化,引起电桥不平衡.随着温度上升到某一值时,铁氧体的铁磁性转变为顺磁性,C,D两点间的电位差发生突变并趋于零,电桥又趋于平衡.这个突变点对应的温度就是居里温度,可通过电桥电压与温度的关系曲线,求其曲线突变处的温度.四实验内容1.将实验主机1(信号发生器和频率计)的“信号输出”通过Q9连线接到实验箱上的“接信号源”,“接交流电压表”通过Q9线连接到实验主机2(交流电压表和信号采集系统)的“电桥输出”,实验箱上的交流电桥按照“接线示意图”连接.2.打开实验主机,信号源频率取1500Hz,调节R2,R3的阻值使电桥平衡.3.移动电感线圈,在样品槽中放入铁氧体样品,并涂上导热硅脂,重新将电感线圈移动至原位置,使铁氧体样品处于线圈中心,记录电压表读数.4.打开加热器开关,调节加热速率电位器至合适位置,加热过程中,温度每升高5◦C,记录电压读数.当电压读数在5◦C温度间隔中变化较大时,再每隔1◦C记录电压读数,直到加热器温度升高到100◦C左右为止,关闭加热器开关.5.根据记录的数据作电压温度V∼T图,计算样品的居里温度.五注意事项1.样品架加热时温度较高,实验时勿用手触碰,以免烫伤.2.铁氧体样品上涂导热硅脂,使受热均匀.3.加热温度不允许超过120◦C,以免损坏仪器.4.实验过程中,不允许改变信号源的频率及幅度,不允许改变电感线圈的位置.5.加温速率不能过快,防止传感器测到的温度与铁氧体样品实际温度不同.六思考与讨论1.物体的磁性可分为几类,各有什么特征?2.为什么可以用RL交流电桥测量铁氧体样品的居里温度?3.测得的V∼T曲线,为什么与横坐标没有交点?七参考资料1.赵凯华陈熙谋《电磁学》第二版·下册高等教育出版社(1985)2.林木欣《近代物理实验教程》科学出版社(1992)。
铁磁材料居里温度测试
铁磁材料居里温度的测试1．实验数据表格表9-1磁滞回线消失时所对应的温度值：表9-2感应电动势积分值ε'及其对应的温度T值：样品编号1(室温)初始(输出)感应电压328mV，磁滞回线消失时所对应的温度值63.2℃样品编号2 (室温)初始(输出)感应电压425mV，磁滞回线消失时所对应的温度值91.7℃2.各样品的U~T曲线图1 样品1的U—T曲线I n d u c e d v o l t a g e (m v )示波器法测得Tc=图2 样品2的U —T I n d u c e d v o l t a g e (m V )示波器法测得Tc=91.7℃（室温25℃）；U~T 曲线用切线法测得Tc=92.8℃3.实验结果分析：从数据处理的结果可以看出，用示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定的居里点Tc 和通过感应电动势随温度变化的曲线来推断居里点温度略有出入，但基本上相等。
4.思考题：（1）、样品的磁化强度在温度达到居里点时发生的微观机理是什么？答：由于外加磁场的作用，物质中的状态发生变化，产生新的磁场的现象称为磁性，物质的磁性可分为反铁磁性（抗磁性）、顺磁性和铁磁性三种，一切可被磁化的物质叫做磁介质，在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦合”作用,在无外磁场的情况下，它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域，称为磁畴。
在未经磁化的铁磁质中，虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向，有很大的磁性，但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。
当铁磁体受到强烈的震动，或在高温下由于剧烈运动的影响，磁畴便会瓦解，这时与磁畴联系的一系列铁磁性质（如高磁导率、磁滞等）全部消失。
对于任何铁磁物质都有这样一个临界温度，高过这个温度铁磁性就消失，变为顺磁性，这个临界温度叫做铁磁质的居里点。
（2）、通过测定感应电动势随温度变化的曲线来推断居里点温度时，为什么要由曲线上斜率最大处的切线与温度轴的交点来确定T C，而不是由曲线与温度轴的交点来确定T C？答：因为温度升高到居里点时，铁磁性材料的磁性才发生突变，所以要在斜率最大处作切线；又因为在居里点附近时，铁磁性已基本转化为顺磁性，故曲线不可能与横坐标相交。
【正式版】铁磁材料居里点的测量PPT
/mV
Tc
T / 0C
实1 验通过内测容定磁滞回线消失时的温度测定居里温度
(1)连接 “加热炉” ；样品放入加热炉：温度传感 器、 降温风扇接插件对应相接； “B输出”、“H 输出” 分别与示波器上的 Y输入、X输入相连接;
(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，将“测量一设置”开关 打
向“设置”，适当设定炉温; (4)开关打向“测量”，将“升温一降温”开关打向 “升
温”，磁滞回线消失时数显表显示的温度值;
铁磁质 物质在外磁场中产生非常强的与外磁场同方向的附加磁场
实验目的:
• 初步了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的
微观机理； 测量样品的居里温度时，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。 3JL、D用—坐II型标居纸里画温出度测—试(T仪)曲线，并在其斜
• 学习JLD-II型居里温度测试仪测定居里温度 3学、习用JL坐D标-II纸型画居出里温度—测(T试)曲仪线测，定并居在里其温斜度
平节均”磁 旋矩钮随调温到度最升大高，而适减当小调。节示波器，其荧光屏 测1、定自装行置设必计须数具据备表四格个：功能：
的原理和方法； (的1)交通点过即观为察样样品品的的居磁里滞温回度线。设型定炉温;
本(4装)开置关可打通向过“两测种量途”径，来将判“断升样温品一的降铁温磁”性开消关失打：向“升 (2)通过测量感应电动势随温度变化的关系来推断 平均磁矩随温度升高而减小。
铁磁材料居里点测量
顺磁性物质的磁化率χ为正（ χ P > 0 ），其磁化强度 M 与磁化场 H 同向；χ P 的数值很 小，仅显示微弱磁性，在室温下， χ P 为 10-3~10-6 数量级。顺磁物质有一个固有原子磁矩， 磁矩受热骚动，在没有外磁场时，这些磁矩是杂乱分布的，当外加磁场时，这些磁矩就获
得或趋向于获得与外磁场相同方向的排列。具有顺磁性的物质很多，典型的有稀土金属和
和-Br（≈-Bm）两种不同的剩磁，矩磁材料常用作记忆元件，如电子计算机中存储器的芯片。
软磁材料和硬磁材料的根本区别在矫顽磁力 Hc 的差别。对于高磁导率的软磁材料，Hc 很小，只有 1~10A/m（10-2~10-1 奥）；对于高矫顽磁力硬磁材料，Hc 在 105A/m（1000 奥） 以上；矩磁材料的矫顽磁力 Hc 一般在 102A/m（1 奥）以下。可见，铁磁材料的磁化曲线和
ε2 ≈ I2 R2
（5）
但 R2 比 1/(2πf C)不能过大，过大了使 U2 值过小，显示也就困难了。 (2) 在满足上述条件下，U2 的振幅很小，如将它直接加在 Y 偏转板上，则不能绘出大小适 当需要的磁滞回线，为此，需将 U2 经过 Y 轴放大器增幅后输出至 Y 偏转板。这就要求在实 验磁场的频率范围内，示波器的放大器的放大系数必须稳定，不然会带来放大的相位畸变和
I1 成正比，即：
I1
=
HL N
，
U1
=
LR1 N
H
（2）
它表明，在交变磁场下，在任一瞬间 t，如果将电压 U1 接到示波器 X 轴输入端，则电子束
在水平方向偏转正比于励磁场强度 H。（ H ∝ U1 ）
为了获得跟样品中磁感应强度瞬时值 B 成正比的电压 U2，采用电阻 R2 和电容 C 组成的 积分电路，并将电容 C 两端的电压 U2 接到示波器 Y 轴输入端。因交变的磁场 H 在样品中
铁磁性材料居里点的测定
2.实验原理
在磁环上分别绕线圈A，B，并在A线圈上通激励电流，则B线圈上感应电动势的有效值为：
=4.44fNφm(1)
f为频率，N为线圈的匝数，φm为最大磁通。
四、实验装置
1.耐高温绝缘玻璃管2.加热电炉丝3.集成温度传感器4.铁氧铁（被测样品）5.固定架6.印刷板7.提供加热电流的电源部分8.测温显示部分9.激励电源10、感应电流测量部分
实验仪分测量部分和实验部分。
（1）实验部分：如上图所示，包括①被测样品和加热电炉丝；②集成温度传感器；③激励线圈和感应线圈，以上各部分都要装在一个底座上。
（3）集成温度传感器的手枪插头接到面板温度测量的接线柱上。
五、实验内容
对样品逐点测出 —T曲线，并从中求出居里温度TC。
六、实验步骤
1、参照仪器安装步骤，连好实验部分和测量部分。（加温电流暂不接）
2、 —T曲线的测量：
（1）合上测量部分的电源开关，“温度显示”显示出室温温度。“电压显示”显示激励电压或感应电压值。
铁磁性物质的磁化与温度有关，存在一临界温度TC称为居里温度（也称居里点）（如图3）。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，仅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律的排列。此时磁畴消失，铁磁性变为顺磁性。
铁磁材料居里点的测定
实验5-8 铁磁材料居里点的测定铁磁材料的居里温度特性在工程技术、家用电器上的应用比较广泛。
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T C 。
【实验目的】l ．通过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。
【实验原理】l ．基本物理原理根据磁化的效果，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。
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，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域。
自发磁化只发生在微小的区域（体积约为10 -8 m 3，其中含有1017～1021个原子）内，这些区域叫做磁畴。
铁磁材料居里点的测定2013
铁磁材料居里点的测定
B
H
4 磁畴 ( 10 m)
磁滞回线
1
物理实验教学中心
实验目的
1.了解物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理；
2.学会一种测量铁磁材料居里点的实验方法;
3.测定铁磁环样品的居里温度。
2
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物理实验教学中心
实验原理
一、磁介质与物质的磁性
在磁场的作用下发生变化并反过来影响磁场的物质叫磁介质。
R1 L1
R2
B
C
L2
H
由于H正比于L1的电流，因此可以用电流的信号代
表H的信号。
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物理实验教学中心
R1 L1
R2
B
C
L2
H
在励磁电路中串接采样电阻R1，将其两端的电压
讯号（与电流正比）经放大后， 送至示波器的X轴输
入以表示H。 B是通过副线圈L2中因磁通量变化而产生的感应电 动势来测定的。感应电动势：
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物理实验教学中心 原始数据表格 磁滞回线消失温度
样品编号 1 2 3
Tc（oC）
54
感应电动势——温度关系
样品一
Tc（oC）
Ɛ（mV）
30 34 38 42 44 46 48 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59
样品二 ...
样品三
...
25
物理实验教学中心
思考题
一、观察材料升温过程中磁滞回线消失及居里点
1.连线、放样品。连线加热炉与电源箱面板；样 品与电源箱专用线连接,放入加热炉；温度传感器、 降温风扇接插件与电源面板上传感器接插件相接。 2、接示波器、开电源。B输出接示波器Y输入，H 输出接X输入，示波器的扫描时间选择旋钮设定为X-Y 模式；“升-降温”开关打向“降温”，开电源，适当
01 铁磁材料磁化曲线及居里温度的测定
铁磁材料居里点温度测定
铁磁材料居里温度的测定摘要：铁磁质由于磁畴的存在，在外加交变磁场的作用下会产生磁滞现象。
关键词：铁磁材料、磁场、温度引言：铁磁性竺质的磁畴结构决定了攀磁性材料具有高的磁导率和在交变电场作用下的磁滞现象。
但随着温度的升高。
铁磁性物质的磁畴结构会在某一温度卞完全被热运动破坏而转变成顺磁性物质。
这一转变温度称为磁性材料的居里点。
居里点是…铁磁性材料的重要参数之二。
在居里点附近,一材料的跑导率、一比热、磁豁寻_率、杨氏模量等都会发生突变。
在磁性分析中常利用测居里点的数值和晶体中原子的配位数以计算交换积分。
所以,居里点的测定无论在理论上还是在实际应用中都具有重要的意义 实验目的1、了解铁磁质转变为顺磁质的微观机理。
2、了解磁感应强度与样品温度变化之间的关系。
3、测定铁磁样品的居里温度。
实验原理：铁磁质由于磁畴的存在，在外加交变磁场的作用下会产生磁滞现象。
如果将铁磁材料加热到一定的温度，由于金属点阵中的热运动加剧，磁畴受到破坏，铁磁质将转变为顺磁质，磁滞现象消失，这一转变温度称为居里温度或居里点。
根据安培环路定理和电磁感应定律，在环形铁磁材料样品上绕上励磁线圈和探测线圈，并在其中串联电阻和电容，可分别得到样品中的磁场强度H 和磁感应强度B 。
将相应的电压信号输入示波器即可观察到磁滞回线。
对样品进行加热，当温度达到居里点时，示波器上磁滞回线会消失，变为直线，利用温度传感器可以测得相应的居里温度。
铁磁质的自发磁化强度S M 与饱和磁化强度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。
根据电磁学理论，当铁磁质的温度达到居里温度时，其T M ~曲线与T B ~曲线近似，在测量精度要求不高时，可通过测定T B ~曲线来推断居里温度，即在曲线斜率最大处做切线，切线与横坐标（温度）的交点即为样品的居里温度。
y→实验仪器：JLD-II型居里点测试仪（电源箱，加热炉），示波器，铁磁样品环（5种）居里点测试仪主要参数：使用电压及频率220V AC，50Hz加热炉温度范围室温～120℃温度测量精度≤±1.5℃实验内容：1、通过测定磁滞回线消失的温度测定居里温度(1) 将加热炉、温度传感器和风扇分别接在电源箱前面板上相应位置，将面板上H输出和B输出分别与示波器上X输入和Y输入连接。
铁磁材料居里点的测定
d'
B r'
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
H 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
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：
B
c b oa
H
从未磁化到饱和磁化的这
段曲线 O a b c d，称为铁磁质
d
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：
B
Br
d
Hc o H c
图19 .— 1
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；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。
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优选
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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。
图19优—选 1
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在外磁场作用下，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；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。
d
Hc o Hc
d'
B r'
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
H 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。
优选
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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
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律的排列，此时磁畴消失，铁磁性变为
顺磁性。使铁磁质丧失其铁磁性的临界温度。叫做居里点。
磁畴的出现或消失，伴随着晶格结构的改变，所以是一个相变过程。居里点
(Hm
Bm )
式中Hm是磁场强度的幅值，当激励电流稳定且按正弦变化时， 则Hm恒定，由此得：
εeff (B)
当 0， eff (B) 0, 此时温度Tc称居里点。
注意：µ为介质的磁导率，是优选个反映介质磁化特性的物理11量。
显然，我们完全可用测出的 εeff（B）～T 曲线来确定温度TC 。 具体作法是，先根据实验数据做出
就是发生相变的温度，它和熔点一样，因物质的不同而不同。
优选
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(二) 实验原理 居里点的 测定
如图所示:用铁磁性材料(铁氧体) 做 I 成 的 磁环上分别绕线圈 A、 B，在A 线圈（初级)上通激励电流I，则B 线 A
圈（次级）上产生的 感应电动势的
B 有
有效值为：
εeff ( B)
4.44 fnsHm
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 。
（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、
图19-2 铁磁质磁化优时选磁畴的变化
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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：
B
c b oa
H
从未磁化到饱和磁化的这
段曲线 O a b c d，称为铁磁质
d
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。
优选
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（2）磁滞回线：
B
Br
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观机制进行研究。
优选
3
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
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，铁磁性就将消失。比如纯铁的居里温度是770 oC，纯镍是350 oC。 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T C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
优选
1
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数变化的微观机理。
2．用感应法测定磁性材料的ε ～ T 曲线， eff(B)
并求出其居里点。
优选
2
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
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。
优选
4
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。自发磁化只发生在微小的区域 (体积约为10 -8 m 3，其中含有1017一1021个原 子)内，这些区域叫做磁畴。