铁磁性材料居里温度的测定

图（1）

外磁场方向 图（2） 铁磁性材料居里温度的测定

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征而转变顺磁性物质，这个温度称之为居里温度，以c T 表示。测量c T 不仅对磁性材料、磁性器件的研发、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。 一、[实验目的]

1、初步了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理

2、学习使用JLD -Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法

3、测定5个低温温敏磁环的居里温度 二、[仪器用具]

JLD -Ⅱ型居里点测试仪一套（主机一台，加温炉一台，样品5只）、J2458型教学示波器一台

三、[实验原理] 1、基本原理

在铁磁性物质中，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

3610cm -，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，所有磁畴沿着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。而当与T κ（κ是波尔兹曼常数，T 是绝对温度）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，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率。居里温度就是对应于这一转变时的温度。 对于铁磁物质来讲，由于有磁畴的存在，因此在外加的交变磁场的作用下将产生磁滞现象。磁滞回线就是磁滞现象的主要表现。如果将铁磁物质加热一定的温度，由于金属点阵中的热运动的加剧，磁畴遭到破坏时，铁磁物质将转变为顺磁物质，磁滞现象消失，铁磁物质这一转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观察示波管上显示的磁滞回线的存在与否来观察测量铁磁物质的这一转变温度的。 2、测量装置及原理 （1）测量装置

由居里温度的定义知，要测定铁磁物质的居里温度，其测定装置必须具备四个功能：提供使样品磁化的磁场；改变铁磁物质温度的温控装置；判断铁磁性是否消失的判断装置；测量铁磁物质磁性消失时所对应温度的测温装置，以上四个功能由图（3）所示的系统装置实现。

（2）测量原理

给绕在待测磁环上的励磁线圈1L 通一交变电流如图（4）所示，产生一交变磁场H ，使铁磁物质——磁环往复磁化，样品中的磁感应强度B 与H 的关系B ＝f （H ）为磁滞回线（如图（5）所示）。由于H 正比于i ，i 为通过1L 的电流，因此，可以用i 来代表H ，为此在励磁电路中串接一个采样电阻1R ，将其两端的电压讯号1R i 经适当的调节后送至示波管的x 偏转

板以表示H 。B 是通过副线圈2L 中由于磁通量变化而产生的感应电动势ε来测定的，其感应电动势为：

S dt d dt d β

φε-=-

= 式中的S 为线圈的截面积，将上式积分得： dt S

B ⎰-

=ε1

由此可见样品的磁感应强度与副线圈2L 的感应电动势的积分成正比，为此将2L 上的感应电动势经过2R 和C 的积分线路，从积分电容C 上

取出B 值，并加以放大后送至示波管的Y 偏转板。从而在示波管上得到了样品的磁滞回线。

当样品被加热到一定温度时，示波管上的磁滞回线消失，对于磁滞回线刚好消失的温度，即为该样品的居里温度——居里点。 四、[实验内容及方法] 1、定性测试

<1> 将加热炉的输入连线插头，插入JLD -Ⅱ型居里点测试仪主机箱后面板上对应的插座

图（3）

图（4） 图（5）

（注意！千万不要接入220V 的市电），将铁磁材料样品与电源箱，用专用线连接，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后面板上的四芯线上的接插件对应相接。

<2> 将B 输出与Y 输入，H 输出与X 输入用专用线相接，“升温——降温”开关打向“升温”，开启电源箱上的电源开关，并适当的调节Y 、X ，示波管上就显示出了磁滞回线。 <3> 关闭加热炉上的两风门（旋钮方向和加热炉的轴线方向垂直），将“测量——设置”开关打向“设置”，设定好炉温后，打向“测量”，加热炉工作，炉温逐渐升向设置的温度。 <4> 当炉温达到此样品的居里点时，磁滞回线消失成一条直线，记录下此时数显温度的温度表显示值——该样品的居里点。

<5> 打开加热炉上的两风门（风门旋钮方向和加热炉的轴线方向平行），把“升温——降温”开关打向降温，让加热炉降温后，换一样品重复上述过程，直到样品测完为止。 2、 定量测试

<1> 测量温度与感应电动势的关系，对应一个温度值，读出相应的感应电动势，测量感应电动势随温度变化的值，从而画出感应电动势——温度曲线。 <2>实验数据列表

注：根据感应电动势随温度变化的快慢合理选择时间间隔。 <3>实验数据处理

作感应电压——温度曲线图（见附图），在斜率最大处作切线，切线与横坐标的交点为所求的居里点Tc 。 附图：

100200300400500600700800900100011001200130014001500160017001800190020000246810121416182022242628303234363840424446485052545658606264666870

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