铁磁物质居里点温度的测定(包括高温居里点).docVIP

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Tc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 初步了解铁磁性转变为顺磁性的微观机理； 学习高、低温居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法； 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 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10-8m3,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T（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。与铁磁性消失时所对应的温度即为居里点温度。任何区域的平均磁矩称为自发磁化强度，用Ms表示。 同物质的熔点温度一样，对不同的材料其居里温度是不同的，有些高达1000K以上，有些则只有几十到几百开左右。例如钴、铁、镍的居里温度分别为1393K、1043K和631K，而铁氧化体的居里温度则在几十到几百开范围不等。本实验分别采用温区不同的两种装置来测定低、高温铁磁材料的居里温度。 测量装置及测量原理 由居里点温度的定义知，任何可测定Ms或可判断铁磁性消失的带有温控的装置都可用来测量居里温度。要测定铁磁材料的居里点温度，从测量原理上来讲，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；判断铁磁物质磁性是否消失的判断装置；测量铁磁物质性消失时所对应温度的测温装置。 低温居里点测量装置 JLD-Ⅱ居里点温度测试仪是通过图3-1所示的系统装置来实现以上四个功能的。 待测样品为一环形铁磁材料，其上绕有二个线圈L1和L2，其中L1为励磁线圈，给其中通一交变电流，提供使环形样品磁化的磁场。将绕有线圈的环形样品置于温度可控的加热炉中以改变样品的温度。将集成温度传感器置于样品旁边以测定样品的温度。 本装置可通过二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的关系不是线性的，也不是单值的，而且磁化的情况还与它以前的磁化历史有关，即其B（H）曲线为一闭合曲线，称之为磁滞回线，如图4所示。当铁磁性消失时，相应的磁滞回线也就消失了。因此，测出对应于磁滞回线消失时的温度，就测得了居里点温度。 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L2为感应线圈，当样品中的磁场发生变化时，在线圈L2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 (1) 式中为比例系数，与线圈的砸数和截面积有关。将（1）式积分得 (2) 可见，样品的磁感应强度B与L2上的感应电动势的积分成正比。因此，将L2上感应电动势经过R2C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