铁磁性材料居里温度的测试

实验九铁磁性材料居里温度的测试

铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。温度上升到某一温度时，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，这个温度称之为居里

表示。居里温度是磁性材料的本征参量之一，它仅与材料的化学成分和晶体结温度，以T

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构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等组织结构因素无关，为组织和结构不敏感参量。测定铁磁性材料的居里温度不仅对磁性材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术应用都具有十分重要的意义。

一、数据记录、处理及误差分析

1、实验前应列出记录数据的表格（参见表9—1、9—2），记录时准确定出有效数字位数。注意：要求记录不同样品的（室温）初始（输出）感应电压值。

表9-1磁滞回线消失时所对应的温度值及初始（输出）感应电压值

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3 (室温)初始(输出)感应电压332 mV，磁滞回线消失时所对应的温度值104.6 ℃

2、绘出每个样品的U~T曲线，按照图9—5的方法确定各自的居里点Tc，并与通过示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定居里点Tc方法得到的结果进行比较，并加以分析讨论。

图1-1 试样一的U~T曲线

示波器法测得Tc=65.9℃(室温25℃)

U~T曲线用切线法测得Tc=65.2℃

图1-2 试样二的U~T曲线示波器法测得Tc=104.7℃(室温25℃)

U~T曲线用切线法测得Tc=103.2℃

图1-3 试样三的U~T曲线

示波器法测得Tc=104.6℃(室温25℃)

U~T曲线用切线法测得Tc=103.5℃

答：从数据处理的结果我们可以看出，用示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定的居里点Tc比通过感应电动势随温度变化的曲线来推断居里点温度略大，但基本上相等。影响示波器测量结果的因素有（1）待测样品上的线圈L1、L2互绕在一起有一定的互感，始终存在一定感应电压，使示波器显示的磁滞回线不能准确地反映待测样品的真实磁滞回线的情况。（2）由于人眼的分辨率的影响，当磁滞回线变为一直线时，人们对形成直线的判断不同，因此在读取磁滞回线消失时的温度时造成误差。影响通过感应电动势随温度变化的曲线推断居里点温度结果的因素有（1）由于磁芯有温度滞后效应，所以加热速率的快慢对居里点Tc测试结果会略有影响。（2）在绘制U~T曲线后，切线作图的准确性和坐标点的读取也会对测试结果产生影响。

3、实验数据点在图中要明显点出，画曲线要求做到一笔落成，曲线要光滑、粗细要均匀。答：请见图1—1、1—2、1—3。

4、对实验现象和误差进行分析讨论。

答：在实验开始时，通过调节示波器，我们可以观察到B~H曲线为一闭合曲线，即磁滞回线。这是因为铁磁物质最大的特点是当它被外磁场磁化时，其磁感应强度B和磁场强度H 的关系不是非线性的，也不是单值的，而且磁化情况还与它以前的磁化历史有关。开始时，随着温度的升高，感应电动势缓慢降低，在50℃或60℃以后，感应电动势迅速降低，直至为0mV；而磁滞回线随温度的升高逐渐变扁变宽，在某一温度（居里温度）时，磁滞回线消失变成一条直线，这是因为铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时，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，这个温度就是居里温度。在实验数据处理后，用磁滞回线和U~T曲线做切线方法所得到的居里温度Tc不同，所造成的误差可能有，磁滞回线法：（1）待测样品上的线圈L1、L2互绕在一起有一定的互感，始终存在一定感应电压，使示波器显示的磁滞回线不能准确地反映待测样品的真实磁滞回线的情况。（2）由于人眼的分辨率的影响，当磁滞回线变为一直线时，人们对形成直线的判断不同，因此在读取磁滞回线消失时的温度时造成误差。U~T曲线做切线法：（1）由于磁芯有温度滞后效应，所以加热速率的快慢对居里点Tc测试结果会略有影响。（2）在绘制U~T曲线后，切线作图的准确性和坐标点的读取也会对测试结果产生影响。

二、思考题

1.样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是什么？试用磁畴理论进行解释。

答：样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是，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（也称为居里点）。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。

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Tc，而不是由曲线与温度轴的交点来确定Tc？

答：在εeff(B)～T曲线斜率最大处作切线，与横坐标轴（温度）相交的一点即为居里温度Tc，

这是因为温度升高到居里点时，铁磁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（虽然μ值较小，但仍大于0），故εeff(B)～T曲线不可能与横坐标相交，所以不是由曲线与温度轴的交点来确定Tc。

3.为什么尽可能选择高的“激励电压”，以得到尽可能高的（室温）初始（输出）感应电压（“电压测量”框中显示的数值），可以提高测试结果的精度？

答：因为高的“激励电压”有利于抵抗由互感引起的感应电压的影响，提高测试结果的精度。另外，由于随温度的升高，感应电动势是减小的，如果初始电压小，则不易观察到温度升高时，电压降低的幅度变化，影响居里温度的确定，因此选择高的“激励电压”有利于获得全面准确的数据，并在绘制U~T曲线时易观察到随温度的降低，感应电动势降低的幅度的变化，有利于作图的准确性和确定居里温度以提高测试结果的精度。

4. 温度升高过程中磁滞回线的变化。

答：随温度升高，磁滞回线逐渐变扁变宽，当达到居里温度时，饱和磁化强度Ms下降到0，铁磁性转变为顺磁性。温度升高使饱和磁感应强度Bs、剩余磁感应强度Br、矫顽力Hc减小，最终磁滞回线变为一条水平直线。

三、实验感想与体会

通过铁磁性材料居里温度的测试，我们通过示波器观察到了铁磁性材料的磁滞回线，并看到了磁滞回线随温度降低逐渐变扁变宽的趋势，在到达居里温度时，磁滞回线变成一条直线。在用感应法测定铁磁性材料的εeff(B)～T曲线，观察到感应电动势随温度升高而下降的现象，开始时感应电动势的下降速度较慢，在居里温度附近下降迅速。我掌握了如何用示波法和感应法测定铁磁性材料的居里温度，并初步了解了铁磁性材料在居里温度有铁磁性转变为顺磁性的微观机理。在试验过程中熟悉了JLD-III型居里点测试仪的操作。在实验过程中，我体会到了小组成员相互配合的重要性，一位负责观察，一位负责记录，并在为加热炉的冷却共同作出贡献，既提高了我们的动手和观察的能力，又提高了相互的默契程度。