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
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。
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图1-1 试样一的U~T 曲线
示波器法测得Tc=85℃(室温26℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=85.2℃
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图1-2 试样二的U~T 曲线 示波器法测得Tc=130.6℃(室温25℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=130.2℃
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
通过磁滞回曲线的变化，我们测量出了铁磁材料的居里温度。在到达居里温度时磁滞回曲线变成一条直线。实验中我们掌握了示波器的使用以及JLD-III型居里点测试仪的操作。并且在试验中通过同学之间默契的配合测量到了比较准确的实验数据。这次实验不仅提高了我们的动手能力也锻炼了我们思考问题解决问题的能力。
铁磁材料居里点的测定实验报告
铁磁材料居里点的测定实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解示波器测量动态磁滞回线的原理和方法； （2）学会一种测量铁磁材料居里点的方法。 2.实验仪器 用于测量环状磁性介质样品的JLD-Ⅲ居里点测量仪（含五种样品）。 二、实验原理 1.铁磁材料和居里点 铁磁材料在很小的磁场作用下就被磁化到饱和，不但磁化率大于零，而且达到 χ~10 —106 数量级，当铁磁性物质的温度高于临界温度Tc（居里点温度）时，铁磁性物质
转变成为顺磁性。即在居里点附近，材料的磁性发生突变。 反复磁化铁磁材料时会出现磁滞现象。另一重要的特点就是磁滞。磁滞现象是材料磁化时，材料内部的磁感应强度B 不仅与当时的磁场强度 H 有关，而且与以前的磁化状态有关。 2.示波器测量磁滞回线的原理 如图所示，给待定铁心线圈（N匝）通50Hz交流电，次级线圈产生的感应电动势为 ε = - WS dB ,次级回路电压方程为ε = Ri + u C，dt
当R >> 1 2πfC 时，Ri >> u C,则 i = ε R =- WS R dB dt . t时刻， u C =q C = q0 C +1 C ∫idt t =(q0 C +WS RC B0 ) -WS RC B 上式中，前一项为t = 0 时，电容初始状态和铁芯初始状态决定的直流电压值，若其为0，则 u C = -WS RC B，即u C∝B，将u C输入示波器y轴，则水平方向偏转与B成正比。 在初级线圈中，u H = R H i H，而H = ni H，则u H = R H n H，将u H输入示波器x轴，则竖直方向偏转与H成正比。 综上，示波器上能够显示出稳定的B-H曲线。 三、实验步骤 测量环状磁性介质的居里点 1.接线：将加热接口与居里点测试仪接口用专线相连；将铁磁材料样品与居里点测试仪用专线
铁磁材料居里点的测量 作者（学生）名 （辽宁科技大学某某学院自动化10-2 千门公子昊）嘻嘻好东西要分享 摘要：本文利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，通过对测量结果的对比发现，采用定性测量和定量测量得到的居里点温度存在一定的差异，并对产生差异的原因进行了简要的分析。 关键词：铁磁材料；居里点；测量方法（3-5个，用分号隔开） 0引言 什么是铁磁材料。 铁磁材料的重要应用。 （先叙述铁磁材料的重要应用，不重要还研究什么意思）。本项研究利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，并对测量结果产生差异的原因进行了简要的分析。（再叙述本文你做什么了） 1实验原理 1.1磁滞回线 当H增加到一定值时，B的增加十分缓慢，磁化接近饱和。以H m和B m 表示饱和值，H从H m减小时，B随之减小，但不沿原曲线返回，而沿ab变化。当H减小为零时，铁磁材料中仍有一定剩磁B r，使磁场反向增加到-H c时，B 下降为零。继续增加反向磁场到-H m，B达到负向最大值-B m，使磁场从-H m减小到零，铁磁质中有负向剩磁-B r，再正向增大磁场到饱和值H m，则得到闭合曲线abcdefa，称为磁滞回线。铁磁质磁化状态的变化总是落后于外加磁场变化的性质称为磁滞。
图1 磁滞回线曲线图 1.2 铁磁质磁化过程的微观解释 铁磁质内相邻原子中的电子自旋磁矩自发地平行排列，形成一个个小的自发磁化区，无外磁场时各磁畴磁化方向杂乱无章，因而对外不显示磁性。若外加磁场较弱则自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大，反之则逐渐缩小(畴壁运动)；若磁场较强，缩小着的磁畴消失，其它磁畴的磁化方向转向外场方向，外场越强，转向越充分，当所有磁畴都沿外磁场方向排列时则达到饱和磁化状态，铁磁质表现出较强的磁性。去除外磁场时分裂成许多磁畴，由于掺杂和内应力等原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态，因而表现出磁滞现象。温度升高时，分子热运动加剧，T>T c时，磁畴全部被破坏，铁磁质转变为顺磁质。 磁化性质 一切可被磁化的物质叫作磁介质。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M、磁场强度H来描述，它们满足一定的关系 （1） 式中：x m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，x m和μ的情况很不一样。对于顺磁质，x m＞0，μ＞μ0；对于抗磁质，x m＜0，μ＜μ0。这两类磁介质的磁性都很弱，它们的|x m|＜＜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x m和μ不再为常数。而是H的函数，即x m=x m(H)，μ=μ(H)。铁磁质的x m和μ一般都很大，所以铁磁质属于强磁性介质。 1.4 用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线
磁性材料复习提纲 一、名词解释： 1、磁导率和起始磁导率： 磁导率：u=1+χ=B/（Hu ）是表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易难度的一 个磁学量；起始磁导率：u i =（lim B/H）/u 是磁中性状态下磁导率的极限值。 2.退磁场和退磁场能量： 退磁场——当一个有限大小的样品被外磁场磁化时，在它两端出现的自由磁极将产生一个与磁化强度方向相反的磁场，起减退磁场的作用，该磁场叫做退磁场。H d =-NM 退磁场能量——磁体在其自身产生的退磁场中具有一定的位能，即为退磁场能， F d ==0.5u NM2,只与磁体的几何形状有关，是一种形状各向异性能。 3.静磁场能：任何磁体被置于外磁场（稳恒磁场or交变磁场）中将处于磁化 状态，此时磁体具有静磁能量，F d =-u M?H=-u MHcosθ。 4.磁化曲线：表示磁感应强度B、磁化强度M与磁场强度H之间的非线性关系。磁化理论常用M-H关系，工程技术多采用B-H关系。 5.剩余磁化强度M r ：当材料磁化到饱和以后，逐渐减小外磁场，M或B值也随之减小，但并不沿着初始磁化曲线返回，当外部磁场减小到零时，材料仍保留一定大小的磁化强度或磁感应强度。 6.内禀矫顽力 M H? C ：在反方向增加磁场时达到一定数值时，满足M=0或B=0， 那么该磁场强度就称为矫顽力。表征磁性材料磁化后保持磁化状态的能力。 7.退磁曲线：磁滞回线在第二象限的部分称为退磁曲线。 8.磁能积和最大磁能积：退磁曲线上每一点的B和H得乘积（BH）称为磁能 积，是表征永磁材料中能量大小的物理量。磁能积的最大值称为最大磁能积。9.抗磁性：在外磁场的作用下，原子系统获得与外磁场方向反向的磁矩的现象。 11、亚铁磁性：在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，磁化率比铁磁性低一 些，仅为100～103数量级。 12、磁晶各向异性能：自发磁化强度矢量在铁磁体中所取不同方向时，随方向 改变的量。 13、磁滞伸缩现象：磁性材料由于磁化状态的改变，其长度和体积都要发生微 小的变化，这种现象称为磁致伸缩。 14、磁畴壁：磁畴壁是相邻两磁畴间磁矩按一定规律逐渐改变方向的过渡层。 15.技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和畴壁位移实现宏观磁化 的过程称为技术磁化。
铁磁材料居里温度测试实验 【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．分析实验时加热速率和交流电桥输入信号频率对居里温度测试结果的影响。 【实验仪器】 FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪，示波器检 【实验原理】 一、概述：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，近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料，因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。 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，居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量，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。 本实验仪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，该方法具有系统结构简单，性能稳定可靠等优点，通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统，可以通过计算机自动扫描分析， 二、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，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。如图1所示，给出了多晶磁畴结构示意图。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加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方向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。当外磁场增大时，上述效应相应增大，直到所有磁畴都沿外磁场排列好，介质的磁化就达到饱和。
钙钛矿锰氧化物居里温度的测定 物理学院 111120160 徐聪 摘要：本文阐述了居里温度的物理意义及测量方法，测定了钙钛矿锰氧化物样品 在不同实验条件下的居里温度，最后对本实验进行了讨论。 关键词：居里温度，钙钛矿锰氧化物，磁化强度，交换作用 1. 引言 磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。在磁性材料内部，交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是随着温度升高，原子热运动能量增大，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列，当升高到一定温度时，热运动能和交换作用能量相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料呈现顺磁性，此即居里温度。 不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 2.居里温度的测量方法 测量材料的居里温度可以采用许多方法。常用的测量方法有： （1）通过测量材料的饱和磁化强度的温度依赖性得到曲线，从而得到降为零时对应的居里温度。这种方法适用于那些可以用来在变温条件下直接测量样品饱和磁化强度的装置，例如磁天平、振动样品磁强计以及等。 （2）通过测定样品材料在弱磁场下的初始磁导率的温度依赖性，利用霍普金森效应，确定居里温度。 （3）通过测量其他磁学量（如磁致伸缩系数等）的温度依赖性求得居里温度。 （4）通过测定一些非磁学量如比热、电阻温度系数、热电势等随温度的变化，随后根据这些非磁学量在居里温度附近的反常转折点来确定居里温度。 3. 钙钛矿锰氧化物 钙钛矿锰氧化物指的是成分为(R是二价稀土金属离子，为一价碱土金属离子)的一大类具有型钙钛矿结构的锰氧化物。理想的型(为稀土或碱土金属离子，为离子)钙钛矿具有空间群为的立方结构，如以稀土离子作为立方晶格的顶点，则离子和离子分别处在体心和面心的位置，同时，离子又位于六个氧离子组成的八面体的重心，如图1(a)所示。图1(b)则是以离子为立
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。 （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。
钙钛矿锰氧化物居里温度的测定 摘要：居里温度是指材料可以在铁磁体（亚铁磁体）和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁磁性（亚铁磁性）转变成顺磁性的相变温度。不同材料的居里温度时不同的。本次实验是通过测定弱交变磁场下磁化强度随温度变化来测定样品的居里温度。本文阐述了居里温度的物理意义及测量方法，测定了钙钛矿锰氧化物样品在实验条件下的居里温度，最后对本实验进行了讨论 关键词：居里温度、钙钛矿锰氧化物、磁化强度 M-T曲线。 一、引言 磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。在磁性材料内部，交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是随着温度升高，原子热运动能量增大，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列，当升高到一定温度时，热运动能和交换作用能量相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料呈现顺磁性，此即居里温度。不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 二、实验目的 1．了解磁性材料居里温度的物理意义。 2．测定钙钛氧锰氧化物样品的居里温度。 三、实验原理 1.居里点 物体在外磁场下产生不同的磁矩，M=(1+χm)。根据其性质不同可分为抗磁性 （χm<0），顺磁性（χm>0），铁磁性（χm～10?106，自发磁化）等。此外还有反铁磁性和亚铁磁性等其他性质复杂的磁性物质。其中铁磁性物质的磁特性会随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时，铁磁性材料会由铁磁状态转变为顺磁状态，这个温度称之为居里温度，以T c表示，并且之后χm?T关系服从居里外斯定律，即χm=C/(T?T c)，其中C是居里常数。 2.居里温度的测量方法 通过测定材料的饱和磁化强度和温度依赖性得到Ms—T曲线，从而得打Ms降为零时所对应的居里温度。这种方法适用于那些可以用来在变温条件下直接测量样品饱和磁化强度的装置，例如磁天平、振动样品磁强计以及SQUID等。图1示出了纯Ni的饱和磁化强度的度依赖性。由图(1)可以确定Ni的居里温度。
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 c 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
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。 20 30 40 50 60 70 80 90 050100150200250300 350400 i n d u c e d v o l t a g e (m V ) temperature(℃) 图1-1 试样一的U~T 曲线 示波器法测得Tc=85℃(室温26℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=85.2℃ 050100150200250300 350400i n d u c e d v o l t a g e (m V ) temperature(℃) 图1-2 试样二的U~T 曲线 示波器法测得Tc=130.6℃(室温25℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=130.2℃
实验十一 居里温度的测量 居里温度是表征磁性材料性质和特征的重要参量，测量磁导率和居里温度的仪器很多，例如磁天平、振动样品磁强计、磁化强度和居里温度测试仪等，测量方法有感应法、谐振法、电桥法等． 【实验目的】 1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理． 2. 学习JZB-1型居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法． 3. 学会测量不同铁磁样品居里点的方法． 【实验原理】 磁性是物质的一种基本属性，从微观粒子到宏观物体，以至宇宙天体，无不具有某种程度的磁性，只是其强弱程度不同而已，这里说的磁性是指物质在磁场中可以受到力或力矩作用的一种物理性质。使物质具有磁性的物理过程叫做磁化，一切可以被磁化的物质都叫做磁介质．磁介质的磁化规律可用磁感应强度B 、磁化强度M 、磁场强度H 来描述，当介质为各向同性时，它们满足下列关系： ()()H H H M H B r m μμμχμμ==+=+=0001 （1） 其中m r χμ+=1，r μ称为相对磁导率，是个无量纲的量．为了简便，常把r μ简称为介质磁导率，m χ称为磁化率，m H /1047 0-?=πμ称为真空磁导率，r μμμ0=称为绝对磁导率．H M m χ=． 在真空中时0=M ，H 和B 中只需一个便可完全描述场的性质．但在介质内部，H 和B 是两个不同的量，究竟用H 还是用B 来作为描述磁场的本征量，根据磁场的性质有各种不同的表现来选择．因为H 和B 两者描述了不同情况下磁场的性质，它们都是描述磁场性质的宏观量，都是真正的物理量．在某些问题中，比如在电磁感应、霍尔效应、测量地磁水平分量等问题中，由于起作用的是磁通量的时间变化率，牵涉到的是B ；而如果考虑材料内部某处磁矩所受的作用时，起作用的就是H ，比如求退磁能及磁矩所做的功等。 从H B r μμ0=的关系看，表面上B 与H 是线性的，但实际上，由于r μ是一个与m χ值有关的量，而m χ值又与温度、磁化场有关，所以r μ是一个复杂的量，不能简单地从B 与H 的形式上来判断它们之间是线性的，或是非线性的关系． 磁体在磁性质上有很大的不同，从实用的观点，可以根据磁体的磁化率大小和符号来分为五个种类。 (1)抗磁性：是一种原子系统在外磁场作用下，获得与外磁场方向反向的磁矩的现象。某些物质当它们受到外磁场H 作用后，感生出与H 方向相反的磁化强度，其磁化率0
仪器使用指导 TEACHER'S GUIDEBOOK FD-FMCT-A 铁磁材料居里温度测试实验仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd.
FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪仪器说明 一、概述 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，近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料，因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。 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，居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量，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。 本实验仪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，该方法具有系统结构简单，性能稳定可靠等优点，通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统，可以通过计算机自动扫描分析，该仪器可以用于普通物理电磁学实验或者近代物理实验。 二、仪器简介 FD-FMCT-A型铁磁材料居里温度测试实验仪主要包括实验主机两台、手提实验箱一个，如下所示： 1 2 3 4 图1 实验主机（信号发生器和频率计）
铁磁材料居里温度的测量 一、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。 二、实验原理 1、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。磁介质在磁场作用下发生变化的过程叫磁化(任何物质都就是磁介质) 2、磁化的微观机制 安培的分子电流假说:每个分子内部电荷运动的总效果相当于一个圆形电流——分子电流 物质磁性的根源:原子内部电荷运动。 温度对磁性有显著影响。分子热运动,对磁畴磁矩有序排列有破坏作用,温度升高到一定数值,铁磁性消失。 居里点——铁磁材料失去磁性或者从铁磁相转变为顺磁相的温度(相变)。 测量原理: 给绕在待测样品磁环上的线圈L1通交变电流i(励磁电流),产生交变磁场H,使铁磁环反复磁化。样品中B与H的关系B=f(H)为磁滞回线。 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。 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就是通过副线圈L2中因磁通量变化而产生的感应电动势来测定的。 所以,磁环中B与L2上感应电动势积分成正比。将L2上经过R2C积分电路,从积分电容上取出B值,放大处理送至示波器Y轴输入。 示波器x轴输入反映H,Y轴输入反映B,示波器显示磁滞回线。当磁环被加热到一定温度,磁滞回线消失。对应温度即居里点。 三、实验仪器 JHD-Ⅱ型居里点测试仪: 1、电源箱(电源部分,温度设置控制,H、B信号处理部分); 2、加热炉 3、铁磁材料样品; 4、示波器。 四、注意事项 1、实验过程中适当调节X衰减,以显示较理想的磁滞回线。 2、每次须让加热炉降至常温再放入样品,以免温度传感器响应时间不同引起测量误差。 3、谨慎换放样品,不能拉扯金属插头外导线。 4、测800以上样品,小心高温烫伤。 5、观察磁滞回线时,两线圈有互感,故始终有感应电压。因此,当磁滞回线变为直线时,不能将Y轴输入衰减无限减小。 五、实验内容 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
课题四铁磁材料基本特性的测量与研究 一、课题意义 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．磁滞回线和居里温度是表征磁性材料的两个基本特性．磁滞回线反映磁性材料在外磁场中的磁化特性，而居里温度则是磁性材料由铁磁性转变为顺磁性的相变温度． 本实验通过对软磁铁氧体材料居里温度及动态磁滞回线的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解． 二、参考文献及资料 【1】自编. 普通物理电磁学实验讲义（内部用）. 【2】张兆奎.大学物理实验（第二版）.高等教育出版社. 【3】马文蔚.物理学教程.高等教育出版社. 【4】网选资料(自选). 三、提供仪器及材料 仪器：数字万用表1块，铂电阻数字温度计1块，加热装置1套，实验接线板，功率函数信号发生器1台，双踪示波器1台等． 材料：实验配件（包括精密电阻、磁性材料样品、短接桥、电容器、电阻、电位器、环型磁性材料样品线圈等）；导线若干。 四、开题报告及问题 学生作此课题时，要先查阅文献资料，对以下问题有初步了解，写出简要开题报告交教师审阅合格后，才能做此课题。 1、什么是四臂阻抗电桥？如何用交流电桥测量居里温度？ 2、测量铁磁物质的基本磁化曲线和磁滞回线各有什么意义？
3、如何用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线？ 4．通过实验后，能否说明在测量基本磁化曲线和磁滞回线必须先退磁的原因？ 5、简述研究此课题各子课题的设计方案。 五、课题的内容及要求 根据所给仪器及器件，要求设计实验方案和装置研究测量软磁铁磁性材料基本特性的实验。 1、测量软磁铁材料动态磁滞回线。 2、测量软磁铁氧体材料居里温度。 3、讨论磁性材料的基本特性和一些应用。 六、结题报告及论文 1、写明本课题的研究意义及目的。 2、阐述本课题的研究原理。 3、记录研究全过程的步骤及观察的现象。 4、列表处理数据，对结果进行分析研究。 5、介绍磁性材料在科研中的用途。 6、谈谈对本课题研究的体会及收获。 7、在本课题研究中你是否有创新的见解和方案。
铁磁材料居里温度测量 1、实验目的 1.了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的围观机理。 2.利用交流电桥法测定铁磁材料样品的居里温度。 3.分析实验时加热速率和交流电桥输入信号频率对居里温度测试结果的影响. 2、实验仪器 1.FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪； 2.多种居里温度点的铁氧体样品。 3.JLD-Ⅱ型居里温度测试仪 4.10M或20M示波器 3、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，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。如图1所示，给出了多晶磁畴结构示意图。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加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方向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。当外磁场增大时，上述效应相应增大，直到所有磁畴都沿外磁场排列好，介质的磁化就达到饱和。
图1 未加磁场多晶磁畴结构 图2 加磁场时多晶磁畴结构 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。介质里的掺杂和内应力在磁化场去掉后阻碍着磁畴恢复到原来的退磁状态，这是造成磁滞现象的主要原因。铁磁性是与磁畴结构分不开的。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。 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，在化学元素中，除铁之外，还有过度族中的其它元素（钴、镍）和某些稀土族元素（如镝、钬）具有铁磁性。然而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），铁氧体具有适于更高频率下工作，电阻率高，涡流损耗更低的特性。软磁铁氧体中的一种是以Fe2O3为主要成分的氧化物软磁性材料，其一般分子式可表示为MO·Fe2O3(尖晶石型铁氧体)，其中M为2价金属元素。其自发磁化为亚铁磁性。现在以Ni—Zn铁氧体等为中心，主要作为磁芯材料。
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 c 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，
标题：铁磁材料居里点的测量 作者： 摘要：介绍了通过转换出分别与磁化强度和磁场强度成正比的电压信号,来定性观察与定量测量居里点的一种方法。 关键词：铁磁材料；居里点；磁滞回线 引言：铁磁材料的磁性随温度的变化而改变，当温度上升到某一定值时，铁磁材料就失掉铁磁物质的特性而转变为顺磁性物质，这一 转变温度称为居里温度，以表示。对的测定不仅对磁性材料、磁性器件的研制、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。 正文：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。 1，铁磁材料居里点存在的基本原理 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)。 铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中的电子自旋磁矩可以在小范围内自发地排列起来,形成一个个小的自发磁化区。这种自发磁化区叫做磁畴。 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。 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。 但在外加磁场后将显示出宏观的磁性来。当外加的磁化场不断加大时,磁畴的磁化方向在不同程度上转向磁化场的的磁方向,当所有畴都按磁化场的方向排列好,介质的磁化就达到饱和。饱和时的磁化强度是很大的。介质掺杂和内应力在磁化场去掉后阻碍着磁畴
图 1 铁磁性材料居里点的测定 一实验目的 1.通过实验，对感应电压输出随温度升高而下降的现象进行观察，初步了解铁磁性材料在居里温度点由铁磁性变为顺磁性，从了解整个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)(B eff ε—T 曲线并求出其居里温度。 二实验设备 居里点实验仪 （QS —CT 型） 三实验原理 1． 基本原理 物质的磁化可分为抗磁性，顺磁性和铁磁性三种。具有铁磁性的物质称为铁磁体。铁、镍、钴、镝等元素的多种合金就是铁磁体。在铁磁体中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这种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8 10-m 3,其中含有1017－1021个原子），这些区域称为磁畴。在没有外磁场作用时，在每个磁畴中，原子的分子磁矩均取向同一方位，但对不同的磁畴，其分子磁矩的取向各不相同，见图1，其中图1（a ）为单晶磁畴结构示意图，图1（b ）为多晶磁畴结构示意图。磁畴的这种排列方式，使磁体能量处于最小的稳定 状态。因此，对整个铁磁体来说，任何宏观区域的平均磁矩为零，物体不显示磁性。 在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能低于磁矩与外磁场反向排列时的磁能。结果是自发磁化磁矩与磁场成小角度的磁畴处于有利地位，磁畴体积逐渐扩大；而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后再继续增加磁场，使所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，这是磁化达到饱和，图2是某单晶结构磁体磁化过程的示意图。 铁磁性物质的磁化与温度有关，存在一临界温度T C 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，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。 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。居里点和熔点一样，因物质不同而不同。例如铁、镍、钴的居里点分别为1043K 、631K 、1393K 。 (a) (b)
概述:磁性是物质的基本属性之一.磁性现象是与各种形式的电荷运动相关联的,由于物质内部的电子运动和自旋会产生一定大小的磁场,因而产生磁性.一切物质都具有磁性.自然界的按磁性的不同可以分为顺磁性物质,抗磁性物质,铁磁性物质,反铁磁性物质,以及亚铁磁性物质,其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质,通常将这两类物质统称为磁性材料. 磁性材料的分类,性能特点和用途: 1铁氧体磁性材料,一般是指氧化铁和其他金属氧化物的符合氧化物.他们大多具有亚铁磁性. 特点:电阻率远比金属高,约为1-10(12次方)欧/厘米,因此涡损和趋肤效应小,适于高频使用.饱和磁化强度低,不适合高磁密度场合使用.居里温度比较低. 2 铁磁性材料:指具有铁磁性的材料.例如铁镍钴及其合金, 某些稀土元素的合金.在居里温度以下,加外磁时材料具有较大的磁化强度. 3 亚铁磁性材料:指具有亚铁磁性的材料,例如各种铁氧体,在奈尔温度以下,加外磁时材料具有较大的磁化强度. 4 永磁材料:磁体被磁化厚去除外磁场仍具有较强的磁性,特点是矫顽力高和磁能积大.可分为三类,金属永磁,例,铝镍钴,稀土钴,铷铁硼等. 铁氧体永磁,例,钡铁氧体,锶铁氧体,其他永磁,如塑料等. 5软磁材料:容易磁化和退磁的材料.锰锌铁氧体软磁材料,其工作频率在1K-10M之间.镍锌铁氧体软磁材料,工作频率一般在1-300MHZ 金属软磁材料:同铁氧体相比具有高饱和磁感应强度和低的矫顽力,例如工程纯铁, 铁铝合金, 铁钴合金,铁镍合金等,常用于变压器等. 术语: 1 饱和磁感应强度:(饱和磁通密度)磁性体被磁化到饱和状态时的磁感应强度.在实际应用中, 饱和磁感应强度往往是指某一指定磁场(基本上达到磁饱和时的磁场)下的磁感应强度. 2 剩磁感应强度:从磁性体的饱和状态,把磁场(包括自退磁场)单调的减小到0的磁感应强度. 3 磁通密度矫顽力, 他是从磁性体的饱和磁化状态,沿饱和磁滞回线单调改变磁场强度, 使磁感应强度B减小到0时的磁感应强度. 4内禀矫顽力:从磁性体的饱和磁化状态使磁化强度M减小到0的磁场强度. 5磁能积:在永磁体的退磁曲线上的任意点的磁感应强度和磁场强度的乘积. 6 起始磁导率:磁性体在磁中性状态下磁导率的极限值. 7 损耗角正切:他是串联复数磁导率的虚数部分与实数部分的比值,其物理意义为磁性材料在交
铁磁材料居里点的测量 辽宁科技大学 机械工程与自动化学院 机械设计11-A1 毕帅 [摘要]：本文利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，通过对测量结果的对比发现，采用定性测量和定量测量得到的居里点温度存在一定的差异，并对产生差异的原因进行了简要的分析。 [关键词]：铁磁材料；居里点；测量方法 引言；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。本项研究利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，并对测量结果产生差异的原因进行了简要的分析。 一、实验原理 1.1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 图 1 无外磁场作用的磁畴 图 2 在外磁场作用下的磁畴