鐵磁材料居裏溫度試驗儀

當今社會磁性材料在電力、通訊、電子儀器、計算機和信息存儲等領域有十分廣泛的應用。居裏溫度是表征磁性材料的一個基本物理量，它表征磁性材料由鐵磁性轉變為順磁性的溫度。
本實驗采用感應法，測量感應電動勢值隨溫度變化的規律，從而得到居裏點Tc.本實驗具有結構簡單，易操作的特點，溫度測量采用集成溫度傳感器AD590，測溫靈敏度高,線性度好，熱響應快，溫度、電壓測量全采用數字顯示。

一、實驗目的

1．通過實驗現象的觀察，初步了解鐵磁性材料在居裏溫度點由鐵磁性變為順磁性，從而了解整個磁性材料參數變化的微觀機理。
2． 用感應法測定磁性材料的～T曲線並求出其居裏溫度。

二、實驗設備

THQJL-1居裏溫度測試儀

三、實驗原理

物質的磁化可分為抗磁性、順磁性和鐵磁性三種，具有鐵磁性的物質稱為鐵磁體。鐵（Fe）、　鎳(Ni)、鈷(Co)、釓(Gd)、鏑(Dy)等五種元素的多種合金就是鐵磁體。在鐵磁體中，相鄰原子間存在著非常強的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子的磁距平行排列起來，形成一個自發磁化達到飽和狀態的區域，自發磁化隻發生在微小的區域（體積約為10m,其中含有10-10個原子），這些區域稱為磁疇。在沒有外磁場作用時，在每個磁疇中原子的分子磁距均取向同一方位，但對不同的磁疇，其分子磁矩的取向各不相同，見圖1，磁疇的這種排列方式，使磁體能處於最小能量的穩定狀態。因此，對整個鐵磁體來說，任何宏觀區域的平均磁距為零，物體不顯示磁性。
 
 
 
 
 
 
 
 
在外磁場作用下，磁距與外磁場同方向排列時的磁能低於磁距與外磁場反向排列時的磁能，結果是自發磁化磁距與磁場成小角度的磁疇處於有利地位，磁疇體積逐漸擴大。而自發磁化磁距與外磁場成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇將向外磁場的方向旋轉，以後再繼續增加磁場，使所有磁疇沿外磁場方向整齊排列，這時磁化達到飽和，如圖2所示。
對非鐵磁性的各向同性的磁介質，H和B之間滿足線性關係，B=µH，而鐵磁性介質的µ、H、B之間有著複雜的非線性關係。一般情況下，鐵磁質內部存在自發的磁化強度，當溫度越低磁化強度越大，如圖3是典型的磁化曲線（B-H曲線），它反映了鐵磁質的共同磁化特點：隨著H的增加，開始時B緩慢的增加，此時µ較小；隨後隨H的增加B急劇的增加，µ也迅速的增加；最後隨H的增加，B趨向於飽和，而µ在到達值後又急劇的減小；圖3表明磁導率µ是磁場H的函數，圖4表明µ也是溫度的T的函數；當溫度升高到某個值時，鐵磁質由鐵磁狀態轉變為順磁狀態，在曲線上變化率的地方對應的溫度就是居裏溫度。
鐵磁物質的磁化與溫度有關，存在一臨界溫度Tc稱為居裏溫度（也稱居裏點）。當溫度增加時，由於熱擾動影響磁疇內磁距的有序排列，但在未達到居裏溫度Tc時，鐵磁體中分子熱運動不足以破壞磁疇內磁距基本的平行排列，此時物質仍具有鐵磁性，僅其自發磁化強度隨溫度升高而降低。如果溫度繼續升高達居裏點時，物質的磁性發生突變，磁化強度M（實為自發磁化強度）劇烈下降！因為這時分子熱運動足以使相鄰原子（或分子）之間的交換耦合作用突然消失，從而瓦解了磁疇內磁距有規律的排列，此時磁疇消失，鐵磁性變為順磁性。
 
磁疇的出現或消失，伴隨著晶格結構的改變，所以是一個相變過程。居裏點和熔點一樣，因物質不同而不同。例如鐵，鎳、鈷的居裏點分別是1043K、631K和1393K。
由居裏溫度的定義可知要測定鐵磁物質的居裏溫度，其測定裝置必須具備三個功能：提供使樣品磁化的磁場；判斷鐵磁性是否消失的判斷裝置；測量鐵磁物質磁性消失時所對應溫度的測量裝置。以上三個功能由圖5所示的係統裝置實現。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
圖5
 
在磁環上分別繞線圈A,B,並在A線圈上通激勵電流，則B線圈上感應電勢的有效值為：
=4.44fN                         (1)
f為頻率，N為線圈的匝數，為磁通。
                                   (2)
S是磁環的截麵積，Bm是磁感應強度，即磁感應強度正弦變化的幅值。又因為
                                     (3)
µ是磁導係數或磁導率，在SI製中單位為亨/米。
把（2）（3）式代入（1），得：
=4.44fNSµHm
當µ=0時，感應電勢=0，此時溫度Tc稱居裏點，該狀態有居裏點之稱。
顯然，蜜桃在线免费观看完全可用測出的~T曲線來確定溫度Tc。具體地說，在~T曲線斜率處作其切線，並與橫坐標相交的一點即為居裏溫度Tc。如圖（4）所示。這是因為有居裏點時，鐵磁材料的磁性才發生突變，所以要在斜率處作切線。又因為在居裏點以上時，鐵磁性已轉化為順磁性。

四、實驗內容與步驟

1.參照儀器使用說明書，連好實驗部分和測量部分。（加熱電源暫不接）
2.~T曲線的測量：
(1) 合上測量部分的電源開關，“溫度顯示”顯示出室溫溫度。“電壓顯示”通過顯示切換分別顯示激勵電壓或感應電壓值。（紐子開關在左邊顯示的是感應電壓）
（2）接上加熱電源，把電源調到較小狀態。（看發光二極管明暗指示）
（3）開始時溫度每升高5℃記錄1次相對應的值，在65℃以後每升高1℃記錄1次相對應的值直到其顯示值為零，讀數時要迅速而準確，將實驗數據記錄到下麵表格中。

溫度	30	35	40	45	50	55	60	65	66	67	68	69	70	71	72	73	74	75
電壓

（4）停止加熱（把加熱絲連接線去掉），讓其自然冷卻，並記錄值直到爐溫接近室溫，把實驗數據記錄下麵表格中。

溫度	75	74	73	72	71	70	69	68	67	66	65	60	55	50	45	40	35	30
電壓

注意：由於樣品鐵氧鐵被放於電感的繞阻中被線圈包圍，如果加熱速度過快，測量的溫度與鐵氧鐵的真實溫度不同，這種滯後現象在實驗中要重視，隻有在動態平衡的條件下磁性突變的溫度才等於居裏溫度，所以加熱時不宜太快。

五、實驗數據

1．根據實驗數據作出~T的曲線。
2. 作感應電壓—溫度的曲線圖，在斜率處作切線，切線與橫坐標（溫度）的交點即為該樣品的居裏點Tc。
3．對實驗現象和升溫降溫的測量誤差進行分析討論。