磁性材料的磁性测量 一、实验目的 1. 了解固体磁性的来源。 2. 学习使用振动样品磁强计（VSM）测量材料的磁性。 二、实验原理概述 1. 目的意义 磁性是物质普遍存在的性质，任何物质在磁场作用下都有一定的磁化强度。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。本实验通过对磁性材料磁性能的测量，加深对磁性材料基本特性的理解。 2. 固体的磁性 按磁性进行分类，大体可分为下述五种 （1）顺磁性。这类物质具有相互独立的磁矩，在没有外场作用下相互杂乱取向，故不显示宏观磁性。而在外场作用下，原来相互独立杂乱分布的磁矩将在一定程度上沿磁场方向取向，使这类物质表现出相应的宏观磁性。磁场越强则宏观磁性越强，而当外磁场去除后，其宏观磁性消失。 （2）抗磁（逆磁）性。此类物质无固有磁矩，在外磁场作用下产生感应磁性。磁场消失则宏观磁性随之消失。 （3）反铁磁性。此类物质内具有两种大小相等而反向取向的磁矩，故合成磁矩为零，使物质无宏观磁性。 （4）亚铁磁性。此类物质内存在两种大小不相等但反向耦合在一起的磁矩，故不能相互完全抵消，使该类物质表现出强磁特性。 （5）铁磁性。此类物质内的磁矩均可互相平行耦合在一起，因而表现出强磁特性。 3．磁特性的检测方法 振动样品磁强计可以测出在不同的环境下材料多种磁特性。由于其具有很多优异特性而被磁学研究者们广泛采用，使VSM成为检测物质内禀磁特性的标准通用设备。设被测样品的体积为V，由于样品很小，当被磁化后，在远处可将其
视为磁偶极子：如将样品按一定方式振动，就等同于磁偶极场在振动。于是，放置在样品附近的检测线圈内就有磁通量的变化，产生感生电压。将此电压放大并记录，再通过电压-磁矩的已知关系，即可求出被测样品的磁化强度。 三、实验设备及材料 1. 仪器：振动样品磁强计Lake Shore 7404型VSM 2. 材料：磁性样品 四、实验内容及步骤 1. 实验步骤 （一）校准系统 1．磁矩偏移量校准（Moment Offset） ①将空杆装在振动头上； ②从“calibration”菜单中点击“Moment Offset”； ③按照对话框提示进行Moment Offset的校准。 注意：在进行该项校准时不能选中“atuorange”栏。 2．磁矩增益量校准（Moment Gain） ①在样品杆上装入含有镍标准样品的样品杯，打开振动头； ②从“calibration”菜单中点击“Moment Gain”； ③在Moment Gain Calibration类型中选择“Single point calibration”； ④对话框中在相应的栏输入“6.92”emu 和“5000”G； ⑤调节样品鞍点； ⑥按照对话框提示步骤进行校准。 注意：在进行该项校准时不需要选中“atuorange”栏。 （二）测量样品 1. 根据所测试样品性质和形状选择相应的样品杆和样品杯；并将含有样品的样品杆安装在振动头上； 2. 调节样品鞍点； 3. 为该测量样品选择合适的量程或选中“atuorange”栏； 4. 从“experiments”菜单中选择“News experiment”，对实验进行命名，根据所需测量的数据（曲线）选择实验类型和实验条件；
1 磁性基本测量方法 磁性测量 组织结构不敏感量（内禀参量、本征参量） 组织结构敏感量（非本征参量） 物质结构与相关现象 交变磁场条件下的磁参数测量 M S 、T C 、K 1、λS 等 M r 、B r 、H C 、μ、χ等 磁畴结构、磁矩取向、各种磁效应（磁热、磁光、磁电、磁致伸缩、磁共振等）
2 冲击法测磁性材料参数 O ：标准环形试样； N ：磁化线圈； n ：测量线圈；G ：冲击检流计； A ：直流电流表；M ：标准互感器； K 1、K 2：双掷开关；R 1、R 2：可变电阻 Ni H =在N 线圈中通以电流i ，则在N 中产生磁场： N ：磁化线圈匝数 ：试样平均周长 试样被磁化，磁感应强度为B K 1突然换向(在极短时间τ秒内) H H H B B B →+→+：-：-B S φ=磁通量： S ：试样的截面积 冲击法测磁原理图 （磁化曲线和磁滞回线）
3 r ：测量回路中的总折合电阻 磁通量的变化，引起线 圈n （匝数为n ）中产生 感生电动势： d dB n nS d d φε=-=-ττ在测量回路（由n 、M 、G 、R 3、R 4组成）中产生瞬时电流： 0i r ε=由冲击检流计测出其电量Q ： B 000B nS Q i d d dB 2nSB/r r r Q C τ τ-ε?=τ=τ=-=-???=α????Cr B 2nS α=-α：冲击检流计的偏转角； C ：冲击检流计常数
4 Cr 的求法： di M d 'ε=-τ K 2合上标准互感器M 的线路，M 主线圈上的电流i ： 其副线圈两端产生的感应电动势为： 0i '→M ：互感器的互感系数 测量回路中的感生电流： 0i r 'ε'=通过检流计的电量（相应偏转角为α0）： i 00000M M Q C i d d d i r r r 'ττ'ε'''=α=τ=τ=-τ=-???0Mi Cr '=-αCr ：测量回路的冲击常数 在不同H 条件下，测出B ，可绘出磁化曲线。 测量磁滞回线的基本原理与此相同。
实验三、磁性材料的VSM 测量 一、实验目的 1．了解VSM 仪器的测量原理。 2．了解VSM 的操作要领和注意事项。 3．了解样品磁性测量的方法。 二、实验设备 天平、VSM 等。 三、原理说明 VSM 系统的主体部件是由直流线绕磁铁、振动器和感应线圈组成。装在振动杆上的样品位于磁极中央感应线圈中心连线处，在感应线圈的范围内垂直磁场方向振动。图1是VSM 的结构简图，图2是VSM 的实物图。振动样品磁强计的原理就是将一个小尺度的被磁化了的样品视为磁偶极子并使其在原点附近作等幅振动，利用电子放大系统，将处于上述偶极场中的检测线圈中的感生电压进行放大检测，再根据已知的放大后的电压和磁矩关系求出被测磁矩。 图2 VSM 实物图 设磁化场沿x 轴向，而样品S 沿z 向作等幅振动。在磁铁极头端面处对称放置匝数为N 、截面为S 的检测线圈，其对称轴垂直于z 轴。则可得到穿过第n 匝内dsn 面积元的磁通为： 5n n n n n z r 4Z MX 3ds )r (H d π= =φ 而n n φ∑=φ，由此可得出检测线圈内的总感生电压为： n 7n n 2 n n n 0ds r )z 5r (X ∑t ωcos ωa π4M 3dt φd )t (ε∫== 其中a 0为样品的振幅，ω为振动频率。从方程可以得到，检测线圈中的感生电势正比于样品总磁矩M 及其振动频率ω和振幅a 0，同时和线圈的匝数、大小形状及线圈和样品间的距离有
关。因此，将线圈的几何因素及与样品的间距固定，样品的振幅和频率也固定，则感生电压仅和样品的总磁矩成正比。经过定标以后，就可根据感生电压的大小推知样品的总磁矩：将该磁矩除以样品体积或质量，就可得出该样品的单位质量或单位体积的磁矩。如果将高斯计的输出信号和感生电压分别输入到X-Y记录仪的两个输入端，就可以得到样品的磁滞回线。 四、实验步骤 1.开机预热30分钟 ①打开电源，打开电脑，启动VSM软件。 ②观察了解仪器的结构。 ③学习仪器的原理和测量方法。 2.仪器校准 ①取下样品，磁矩调零。 ②磁场对中，使得正向加磁场的剩磁约80 Oe，反向磁场的剩磁约-80 Oe。 ③用已知质量、磁矩的纯镍球定标。 3.样品测量 ①增加磁场，将待测样品反复磁化多次。 ②将样品固定到样品杆，粗测磁矩。 ③确定所用磁场大小、磁矩量程。 ④测量样品的磁滞回线。 4.根据测量结果，绘出样品的磁滞回线，由此确定样品饱和磁化强度、矫顽力等参数。 五、思考题 1．VSM如何实现磁矩测量的？ 2. 正是测试前磁矩是如何定标的？ 3．为何要进行磁场零点调节？如果不调零，对测量结果有何影响？
近代物理实验讲义BH特性测量 南京理工大学 物理实验中心
2009.1.20 BH特性测量 引言 磁性材料是我们广泛使用的一类材料，它与我们的生产生活紧密相关。许多生产设备上都安装有由磁性材料制成的部件，比如发电机中的永磁体、电动机中的转子、各类电磁铁中的铁芯、用于密封润滑的磁性液体，还有磁性液体选矿。近年来兴起的纳米技术更是使磁性材料研究和应用达到了新的高度。纳米磁性材料由于具有单畴结构导致的高矫顽力或者尺度小于磁畴而导致的超顺磁状态而在高密度磁存储和生物医学方面展现出了诱人的应用前景。 我们使用的磁性材料根据其矫顽力的大小可以分成三类，即硬磁材料、半硬磁材料、软磁材料。其中硬磁材料具有很高的矫顽力，适合用于需要永久磁场的场合，比如电机定子中的磁瓦、扬声器中的永磁体等等。 磁性参数的测试是评价一种磁性材料应用潜力的一个重要手段，因此我们有必对各种磁性材料的次性能进行测量。 一、实验目的 A 掌握磁化曲线和磁滞回线中涉及的各类物理量的物理含义，及其对于应 用的参考价值； B掌握HT610 B-H硬磁材料测量系统的结构和测量原理；
C 掌握利用该系统研究硬磁材料（AlNiCo合金）的退磁曲线、磁滞回线； 研究被测材料的磁特性，即B r（剩磁）、H c（矫顽力）、（BH）max （最大磁能积）、Rs（矩形比）等几项基本磁性能参数的方法。 二、实验设备 HT610 B-H硬磁材料磁特性测量仪，计算机，待测的硬磁样品（AlNiCo合金） 三、实验原理 在铁磁性材料中由于磁矩之间的交换作用，它们会自发的沿平行方向进行排列。由于磁体本身具有一定的几何尺寸，当所有原子的磁矩都同向排列时将会导致磁体表面产生表面磁极。表面磁极会在磁体内部产生退磁场，磁体内的原子磁矩与退磁场相互作用，具有退磁场能。为了降低退磁场能磁体会由单畴结构转变为多畴结构，即由整个磁体内部所有原子磁矩一致取向转变为由一系列小的区域构成，在每个小的区域内部原子磁矩取向基本相同，但是不同区域内部的原子磁矩取向具有随机性。我们把原子磁矩取向基本相同的小区域称为磁畴。磁畴与磁畴之间存在磁矩取向的过渡层，这就是畴壁。畴壁具有畴壁能。磁畴大小的分布主要是由畴壁能和退磁场能之和的极小值决定的。当外磁场由零逐步增大时，处 于其中的磁体对外磁场做出响应， 原子磁矩发生转动使其沿外磁场方 向排列，主要表现为磁畴畴壁的移 动，即磁矩与外磁场方向相同的磁 畴的畴壁向外扩张，磁矩与外磁场 不同的磁畴的磁畴收缩，或者表现 为磁畴的转动。通过畴壁的移动或 者磁畴的转动，使磁体内部的磁化 强度随外磁场的增强而逐步增强， 当所有的原子磁矩都沿外磁场方向图 1 磁化曲线和磁滞回线
磁性物理实验 讲义 磁性物理课程组编写 电子科技大学微电子与固体电子学院 二O一二年九月
目录 一、起始磁导率温度特性测量和居里温度测试计算分析 (1) 二、电阻率测试及磁损耗响应特性分析 (3) 三、磁致伸缩系数测量与分析 (6) 四、磁化强度测量与分析 (9) 五、磁滞回线和饱和磁感应强度测量 (11) 六、磁畴结构分析表征 (12)
一、起始磁导率温度特性测量和居里温度测试计算分析 (一) 、实验目的： 了解磁性材料的起始磁导率的测量原理，学会测量材料的起始磁导率，并能够从自发磁化起源机制来分析温度和离子占位对材料起始磁导率和磁化强度的影响。 (二）、实验原理及方法： 一个被磁化的环型试样，当径向宽度比较大时，磁通将集中在内半径附近的区域分布较密，而在外半径附近处，磁通密度较小，因此，实际磁路的有效截面积要小于环型试样的实际截面。为了使环型试样的磁路计算更符合实际情况，引入有效尺寸参数。有效尺寸参数为：有效平均半径r e ，有效磁路长度l e ，有效横截面积A e ，有效体积V e 。矩形截面的环型试样及其有效尺寸参数计算公式如下。 ???? ??-=21 1 211ln r r r r r e （1） ???? ??-=21 12 11ln 2r r r r l e π （2） ???? ??-=2112 211ln r r r r h A e （3） e e e l A V = （4） 其中：r 1为环型磁芯的内半径，r 2为环型磁芯的外半径，h 为磁芯高度。 利用磁芯的有效尺寸可以提高测量的精确性，尤其是试样尺寸不能满足均匀磁化条件时，应用等效尺寸参数计算磁性参数更合乎实际结果。材料的起始磁导率（i μ）可通过对环型磁心施加线圈后测量其电感量（L ）而计算得到。计算公式如式（5）所示。 2 0i e e A N L l μμ= （5）
磁性测量实验 软磁直流静态磁性测量 （用冲击/扫描法测量磁性材料的磁化曲线及磁滞回线） 一、 实验原理 1、 静态磁性参数 如果不计及磁化时间效应，磁性材料在稳恒磁场作用下所定义和测量得到的磁参数就是所谓的静态磁参数。磁化曲线记录了材料磁化过程的磁化信息，而磁滞回线则表征和包含了磁性材料的全部磁性信息，有磁性材料身份证之称。下左图C 为磁化曲线，A 和B 为初始和最大磁化率，M 和H 分别为磁化强度和外磁场。下右图为典型磁性材料的磁滞回线，B s 、B r 、B r /B s 、H c 、(BH)max 、μ0和μM 分别为饱和磁感应强度、剩余磁感应强度、矩形比、矫顽力、最大磁能积、初始磁导率和最大磁导率。 2、 测量方法 本实验课采用冲击法和磁场扫描法这两种方法来进行。两种方法由于磁化速度的不同，在磁场方面数据稍有不同，而磁感方面的数据则差不多。在进行一些饱和场不高或矫顽力小的试样测试时用冲击法；而矫顽力较大的磁滞材料是用扫描法。本实验中提供两种不同矫顽力大小的磁性材料。整个测量过程完全由微机控制，实验者可根据自己的要求选择不同的测量方法和输入参数来完成测量。 二、 实验内容及步骤 1、 直流冲击法 A. 启动测量程序，进入测量程序主菜单。 B. 测量前的准备工作 H H B M B A C
在进行正式测量之前，用户必须输入样品的有关参数。主要包括“样品参数” 和“测试条件”。样品参数有“截面积、磁路长度、磁化匝数和测量匝数”。由于输 入参数随测量磁性材料变化而不同，因此具体的输入参数可向实验指导老师咨询。 C.正式测量 如果步骤B中设定的参数无误，就可以开始测量了。通过点击相应功能模块就可以完成测量工作。 2、磁场扫描法 磁场扫描法与冲击法类似，材料参数和测量参数的选择可参考冲击法类似步骤。 三、实验结果 1．直流冲击法 实验样品为坡莫合金。由测量所得数据绘出样品的磁化曲线，如下图： μm =133.279 m?/m 实验所得曲线为S型，符合经验。实验测得样品初始磁导率μ0=30.789m?/m，最大磁导率μm=133.279m?/m。 2．磁场扫描法 实验样品为铁氧体。扫描法测出的是样品的磁滞回线，本实验共测两组。其中一组从B=0起测，另一组在测量前没有退磁，获得了饱和磁滞回线。如下图所示。
大学物理实验教案 实验名称：磁性材料磁滞回线测定 1 实验目的 1)了解用示波器测量动态磁滞回线的原理和方法； 2)了解磁性材料的基本磁化特性； 3)掌握磁化曲线和磁滞回线的测量方法； 4)进一步熟悉数字示波器的使用。 2 实验仪器 DM-1型磁滞回线测试仪 数字示波器 微型计算机 3 实验原理 磁性材料在工程、电力、信息、交通等领域有着广泛的应用，测定磁滞回线是电磁学中的一个重要内容，是研究和应用磁性材料最有效的方法之一。 铁磁物质具有保持原先磁化状态的性质，铁磁体在反复磁化的过程中，它的磁感应强度的变化总是滞后于它的磁场强度，这种现象叫磁滞。这是铁磁物质的一个重要特征。 铁磁材料被磁化后，磁场强度H 减小时，磁感应强度B 的不沿原曲线变化，当磁场强度H 减少到零时，磁感应强度B 仍保留一定的数值，这称之为剩磁r B 。继续减小磁场强度H ，当H 达到某一负值时，磁感应强度B 变为零，此时的磁场强度H 称为矫顽力C H 。在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示。当磁化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线（如图38-1所示），它表示铁磁材料的一个基本特征。它的形状、大小，均有一定的实用意义。比如材料的磁滞损耗就与回线面积成正比磁滞回线所包围的面积表示在铁磁物质通过一个磁化循环过程中所消耗的能量，叫做磁滞损耗。 当从初始状态H =0、B =0开始改变磁场强度H ，在磁场强度H 从小到大的单调增加过程中，不同磁化电流所对应的磁滞回线正顶点的连线叫基本磁化曲线。 退磁方法，从理论上分析，要消除剩磁r B ，只要通一反向电流，使外加磁场刚好等于铁磁材料的矫顽力C H 就可以了，但是通常不知道矫顽力C H 的大小，所以无法确定所通反向电流的大小。我们可以从磁滞回线中得到启示，如果是铁磁材料磁化达到饱和，然后不断改变磁化电流的方向，与此同时逐渐减小磁化电流，一直减小到零，这样就可以达到退磁的目的。 图 38 –1磁滞回线 利用示波器测动态磁滞回线的原理电路如图38-2所示。将样品制成闭合的环形，其上均匀地绕以磁化线圈1N 及副线圈2N 。交流电压1u 加在磁化线圈上，线路中串联了一取样电阻1R 。将1R 两端地电压1u 加到示波器的X 输入端上。副线圈2N 与电阻2R
磁测量导论 磁性测量的范围不仅仅局限于磁性材料测试或磁场测量。直接或间接测量磁性参数，例如磁场强度H、磁感应强度B、磁导率μ、磁化系数Χ、磁致伸缩系数λ，常用于科学和技术的其他领域中，像古地磁学、磁考古学、矿山探测、位移或距离检测、电流检测、材料无损检测和医学诊断等。磁场测量实际应用是无限的，例如可以使用磁致伸缩传感器测试其他物质的数量，如酸度pH值、血凝固度、蓖麻油（蓖麻毒素）浓度甚至沙门氏菌的存在。 尽管磁和电的测量需要类似的“工具”（两者都是通过电压或电流确定），但磁场测量通常更加复杂甚至更加不明确。多年来，仍假设磁性材料磁化由磁场强度H和磁感应强度B两个参数表示。然而，几年前的公认结论（国际标准紧随其后）是与磁感应强度相比，为少数人熟知的名词——极化强度J(J=B-μ0H)能更准确地描述材料的磁化状态。此外，现在有些专家认为更好的采用磁化强度M来描述磁性材料。在磁性材料磁场测量上有两个学派：一个是通过应用安培定律（通过测量励磁电流）间接测量；另一个通过测量线圈（应用法拉第电磁感应定律）直接测量。在真正选择测量磁场的传感器时，目前仍在讨论是测量磁场强度H还是磁感应强度B。因此，与建立了明确术语的电参量测量相比，磁性测量有许多基本问题仍在讨论中。 在电气测量方面，电流与电压之间存在简单关系，可表达为欧姆定律。如图1.1所示测试样品，电势差由供电电压V表示，电流用I表示，电流值取决于材料的电阻率ρ，电阻为R=ρL/A（L是样品长度，A是横截面积）。根据欧姆定律，电流为I=V/R，在电场E作用情况下，更精确地反映材料电阻率ρ的是电流密度J。 由图1.1还可得出，磁性材料的响应由磁场强度H作用下的磁导率μ表示，流过线圈的电流I产生H，也就是线圈中产生了磁通Φ。换句话说，磁场强度H作用下材料的磁导率μ可由磁通量密度（即磁感应强度）B=Φ/A表示。磁感应强度通常由二次侧n 匝线圈感应电压来测量——电压值取决于磁感应强度的导数。在励磁磁场强度H和响应磁感应强度B之间，有相对简单的关系B=μH……（1.2），但是通常磁性材料的测量
磁性材料B-H 特性的测量 摘要： 关键词：B-H 磁滞回线 剩磁B r 最大磁能积（BH ）m 退磁曲线 矫顽力B H c 一、引言 磁性材料，一般只具有铁磁性或亚铁磁性并具有实际应用价值的磁有序材料。广义的磁性材料也包括具有实际应用价值或可能应用的反铁磁材料或其他弱磁性材料。 磁性材料种类很多，磁特性参量不少。从技术应用角度出发，常关注材料的B-H 特性。从B-H 磁滞回线上可以方便地得到这样一些参量：（1）剩余磁感应强度B r （简称剩磁），其意义在于磁性材料被饱和磁化后，材料内部磁化场下降到零时，材料内所保存的磁感应强度值，通常M r 实验讲义-用VSM测量磁性测量磁性能(吉林大学)
实验讲义 用振动样品磁强计测量 铁氧体永磁磁性能 吉林大学物理实验中心
第一节 预备知识 一 物质磁性 磁性是在自然界所有物质中广泛存在的一种物理性质。任何物质放在磁场H 中，都会或多或少地被磁化。通常用磁极化强度J 或磁化强度M （J 、M 为单位体积内的磁矩，M J 0μ=）表示磁化状态，即磁化的方向和磁化程度的大小。H M χ=，χ为磁化率。磁感应强度H J B 0μ+=或)(0H M B +=μ。 依据χ的正负和大小，物质磁性体可以分为抗磁性，顺磁性，铁磁性，反铁磁性，亚铁磁性和磁性玻璃等。 1.抗磁性 抗磁性物质没有固有的原子磁矩，磁矩是被磁场感应出来的，所以磁矩方向与磁场方向 相反，即磁化率χ是负的。抗磁性物质磁化率χ的数值很小，约为10-6。在一般实验室条件下，χ与H 和温度T 无关。在超导体内，0)(0=+=M H B μ，因此1?=χ。这个现象称为Meissner 效应。 2．顺磁性 顺磁性物质中原子或离子具有固有磁矩，磁矩间相互作用很弱，没有外磁场时，磁矩在热扰动作用下混乱排列，宏观磁化强度为零。在磁场中，磁矩受到力矩的作用向磁场方向转动，在磁场方向显现出宏观的磁化强度，所以顺磁性磁化率为正。然而由于磁矩在外磁场中的位能远比热能小，磁化很弱，χ大小约为5610~10??。在一般实验室的磁场中，χ与H 无关，但与温度满足Curie 定律T C =χ 或Curie-Weiss 定律C T C θχ?=，C 和C θ分别为Curie 常数和顺磁Curie 温度。 3. 铁磁性 铁磁性物质具有固有磁矩，并且磁矩之间存在较强的相互作用，虽然不存在外磁场，所有的磁矩也都沿着同一方向排列，形成自发磁化。为了降低退磁场能，铁磁体内部分成多个磁畴。在磁畴内，所有磁矩平行排列，自发磁化到饱和值s J 。不同磁畴的磁化方向不同，没有磁化的样品总体磁化强度为零。磁畴之间存在畴壁，在畴壁内沿着厚度方向磁矩从一个磁畴的磁化方向逐步过渡到近邻磁畴的磁化方向。铁磁体的磁化主要是通过畴壁位移和磁矩转动两个过程进行。 铁磁性的磁化率χ大的多，约为7 10~10。χ对H 和T 的依赖关系很复杂，一般用J (或M 、B )与H 的关系 )(H J （或)(H M 、)(H B )描写其磁性。 由图1可以看出，J 不是H 的单值函数，而是与H 变化的历史有关；存在磁滞现象，J 的变化落后于H 的变化。热退磁的样品按曲线a （称为初始磁化曲线）磁化饱和后，减小磁化场H ，磁极化矢量J 并不按原路返回，而是比磁场H 的变化滞后（曲线b ）。当H 减小到零时，样品还保留着一定的磁极化强度r J ，r J 称为剩磁。只有在反向加上一定的磁场 c i H ，磁极化强度才降为零，c i H 称为内禀矫顽力。继续增大反向磁场，样品逐渐在反向 趋近饱和。改变磁场从负的最大值到正的最大值，J 按着与曲线b 对称的曲线c 变化，曲线b 和c 构成的闭合曲线叫磁滞回线。在第二象限(J >0, H <0)，从（0，r J ）到（c i H ?，0）的一段曲线称为退磁曲线。由公式H J B 0μ+=或)(0H M B +=μ可以得到与)(H J 相似 的)(H B 曲线。在)(H B 的初始磁化曲线上，H B =μ称为磁导率。磁导率是衡量软磁材料
磁性材料B-H 特性的测量 摘要: 关键词：B-H 磁滞回线剩磁B r 最大磁能积（BH ）m 退磁曲线矫顽力 一、引言 磁性材料，一般只具有铁磁性或亚铁磁性并具有实际应用价值的磁有序材料。 性材料也包括具有实际应用价值或可能应用的反铁磁材料或其他弱磁性材料。 磁性材料种类很多，磁特性参量不少。从技术应用角度出发，常关注材料的 从B-H 磁滞回线上可以方便地得到这样一些参量： （1 ）剩余磁感应强度 B r 意义在于磁性材料被饱和磁化后， 材料内部磁化场下降到零时， 材料内所保 存的磁感应强度 值，通常M r 磁化率的测定实验报告
华 南 师 范 大 学 实 验 报 告 课程名称 结构化学实验 实验项目 磁化率的测定 一、【目的要求】 1．掌握古埃（Gouy ）磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。 2．通过对一些配位化合物磁化率的测定，计算中心离子的不成对电子数．并判断d 电子的排布情况和配位体场的强弱。 二、【实验原理】 （1）物质的磁性 物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H(A ·m-1)的作用下，产生附加磁场。这时该物质内部的磁感应强度B 为： B =H +4πI = H +4πκH (1) 式中,I 称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩。式中κ=I/H 称为物质的体积磁化率。I 和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ=I/ρ称为克磁化强度；χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。χm=Κm/ρ称为摩尔磁化率。这些数据是宏观磁化率。在顺磁、反磁性研究中常用到χ和χm ，帖磁性研究中常用到I 、σ。 物质在外磁场作用下的磁化有三种情况 1．χm ＜o ，这类物质称为逆磁性物质。 2．χm ＞o ，这类物质称为顺磁性物质。 （2）古埃法测定磁化率 古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。简单的装置包括磁场和测力装置两部分。调节电流大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。测力装置可以用分析天平。 样品放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，另一端则在磁场为零处。 样品在磁场中受到一个作用力。 df=κHAdH 式中，A 表示圆柱玻璃管的截面积。 样品在空气中称重，必须考虑空气修正，即 dF=(κ-κ0)HAdH κ0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是积分问题： F= )()(2 1d )(202000 H H A H HA H H --= -? κκκκ (2) 因H 0＜＜H,且可忽略κ0，则 F= 22 1 AH κ (3) 式中，F 可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。 F= g )m -m (空样?
关于磁致伸缩系数λ的测量 一、目的意义 能源、材料和信息并列为现代科学技术的三大支柱,这三大支柱是现代社 会赖以生存和发展的基本条件之一,其中材料科学显得尤为重要。磁致伸缩材料(Magnetostrictive Material)是自20世纪70年代迅速发展起来的新型功能材料，目前已被视为21世纪提高国家高科技综合竞争力的战略性功能材料，由于它在室温下具有机械能—电能转换率高、能量密度大、响应速度快、可靠性好、驱动方式简单等优点，引发了传统电子信息系统、传感系统、振动系统等的革命性变化。磁致伸缩系数是标志磁致伸缩材料性能优劣的关键参数，磁致伸缩系数越大其材料的能量密度越大，获取较大的磁致伸缩系数也是研究人员的目的之一，因此,获得精确的GMM的磁致伸缩系数,对材料的开发应用具有重要意义。本文主要以铁镍合金为例来说明磁致伸缩系数这一性能参数的测量。目前典型的GMM为Terfenol—D,它的磁致伸缩系数一般微米级,因此磁致伸缩系数的测量属于微位移测量范围，对测量的要求较高。 二、原理与测试方法 1、磁致伸缩效应原理 铁磁体在外磁场的作用下被磁化后，其长度及体积发生了变化，，这种现象称为磁致伸缩效应。磁致伸缩现象是1842年由著名物理学家焦(Joule)发现的,故又称为焦耳效应。 图一磁畴磁化与磁致伸缩效应 当磁致伸缩材料未被磁化时，其内部的磁畴取向是随机的，由于材料内部磁畴的
方向和大小在宏观上相互抵消，所以其总体上的磁场强度H 为0.如图一（a ）所示。以长方形磁致伸缩材料为研究对象，当材料沿其L 边被磁化后，它的内部磁畴取向基本一致，如图一（b ）所示。这时，在宏观上对外其磁场强度为H1.但是，在材料被磁化的同时，材料本身的外形也发生了变化，沿磁化方向伸长了?L ，沿垂直磁化方向缩短了?W ，这就是磁致伸缩效应。 磁致伸缩现象的大小用磁致伸缩系数表示。在磁化过程中,磁体沿磁化方向 单位长度发生的伸缩量称为线磁致伸缩系数,用λ表示,表达式为 L L ?=λ 式中:L ?此为材料长度变化量；L 为材料原始长度。λ符号为正时,表示材料随磁场强度增强材料的长度是伸长的，称为正磁致伸缩；元符号为负时,表示材料随磁场强度增强材料的长度是缩短的,称为负磁致伸缩。 2、磁致伸缩系数的测量方法 目前国内外测量磁致伸缩系数的方法有电阻应变片法、电容法、光杠杆法、 干涉法等。其中电阻应变片法和电容法是比较完善的测量方式,另外,根据不同的测量原理,还有磁矩转动法、铁磁共振法、位移传递法等测量方式。下面以电阻应变法为例来说明磁致伸缩系数的测量。 图2 单臂工作电桥 将电阻应变片粘贴在超磁致伸缩材料上,再把贴有应变片的样品放入磁场中，在磁场的作用下样品产生磁致伸缩L L ?，磁致伸缩引起应变片的电阻R 发生
实验五 地磁场测定 一．概述 地磁场作为一种天然磁源，在军事、航空、航海、工业、医学、探矿等科研中有着重要用途。本仪器采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场的重要参量，通过实验可以掌握磁阻传感器定标以及测量地磁场水平分量和磁倾角的方法，了解测量弱磁场的一种重要手段和实验方法，本仪器与其他地磁场实验仪(如正切电流计测地磁场实验仪)相比具有以下优点： 1．实验转盘经过精心设计，可自由转动，方便地调节水平和铅直。内转盘相隔ο180，具有两组游标，这样既提高了测量精度，又消除了偏心差。 2．新型磁阻传感器的灵敏度高达50V/T ，分辨率可达8710~10--T ，稳定性好。用本仪器做实验，便于学生掌握新型传感器定标，及用磁阻传感器测量弱磁场的方法，测量地磁场参量准确度高； 3．本仪器不仅可测地磁场水平分量，而且能测出地磁场的大小与方向，这是正切电流计等地磁场实验仪所不能达到的。 本仪器可用于高校、中专的基础物理实验、综合性设计性物理实验及演示实验。 二．仪器技术要求 1．磁阻传感器 工作电压 6V ，灵敏度50V/T 2．亥姆霍兹线圈 单只线圈匝数N=500匝，半径10cm. 3．直流恒流源 输出电流0—200.0mA 连续可调 4．直流电压表 量程0—19.99mV ，分辨率0.01mV
5．测量地磁场水平分量不确定度小于3% 6．测量磁倾角不确定度小于3% 7．仪器的工作电压AC 220±10V 三．仪器外型
FD-HMC-2型 磁阻传感器与地磁场实验仪 (以下实验讲义和实验结果由复旦大学物理实验教学中心提供) 一．简介 地磁场的数值比较小，约510-T 量级，但在直流磁场测量，特别是弱磁场测量中，往往需要知道其数值，并设法消除其影响，地磁场作为一种天然磁源，在军事、工业、医学、探矿等科研中也有着重要用途。本实验采用新型坡莫合金磁阻传感器测量地磁场磁感应强度及地磁场磁感应强度的水平分量和垂直分量；测量地磁场的磁倾角，从而掌握磁阻传感器的特性及测量地磁场的一种重要方法。由于磁阻传感器体积小，灵敏度高、易安装，因而在弱磁场测量方面有广泛应用前景。 二．实验原理 物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。对于铁、钴、镍及其合金等磁性金属，当外加磁场平行于磁体内部磁化方向时，电阻几乎不随外加磁场变化；当外加磁场偏离金属的内部磁化方向时，此类金属的电阻减小，这就是强磁金属的各向异性磁阻效应。 HMC1021Z 型磁阻传感器由长而薄的坡莫合金(铁镍合金)制成一维磁阻微电路集成芯片(二维和三维磁阻传感器可以测量二维或三维磁场)。它利用通常的半导体工艺，将铁镍合金薄膜附着在硅片上，如图1所示。薄膜的电阻率)(θρ依赖于磁化强度M 和电流I 方向间的夹角θ，具有以下关系式 θρρρθρ2cos )()(⊥⊥-+=∥ （1） 其中∥ρ、⊥ρ分别是电流I 平行于M 和垂直于M 时的电阻率。当沿着铁镍合金带的
磁性材料基本磁化曲线的测量 一、实验目的 1. 通过实验了解铁磁材料基本磁化曲线测试的原理，熟悉磁锻、去磁的过程，以及用数字 磁通计测量磁通的方法，掌握用冲击法测量铁磁材料基本磁化曲线的方法； 2、通过实验熟练掌握数字磁通计的使用方法。 二、磁性材料的静态磁特性的测量原理 1.原理 磁性材料静态磁特性的测试，主要包括基本磁化曲线和磁滞回线及有关磁参量的测试。 静态磁特性测量的基本原理式根据电磁感应原理，当磁化回路中的磁化电流改变时，试样中的磁通量随之改变，在测量线圈两端产生感应电动势，根据冲击检流计偏转和磁化电流确定试样的直流磁性参数。 磁轭由高导磁材料制成，其截面积大于试样截面积50倍。磁轭与试样间的气隙极小，因此磁轭与试样构成的磁路中，可近似地认为磁势全部降落在试样上。根据磁路中的安培环路定律。试样中的磁场强度H 为 L I W H 1= （1） 式中L 为试样的有效长度。 根据电磁感应定理可知，当磁化电流增加I ?时，试样中的磁通量增加?Φ，则测试线圈W 2中的磁通链增加??，即?Φ=?2W ?。??将使数字磁通计产生偏转，其最大偏转值??。因此磁感应强度B 的增量为： S W S B 2? φ?= ?= ? （2） 式中S 为试样的截面积。 常用的测量装置见图1所示，图中： T ～220——去磁用交流调压器220/0~250V ，500V A ； A ——监视去磁电流用的交流安培表，选用量程1A ； E ——直流稳压电源； R 2——多档可选电阻； a.——磁轭。截面积为4900 mm 2； b.——试样。截面积S=100mm 2，试样的有效长度L=230 mm ； W 1——试样的磁化绕组。2000匝（由红色接线柱引出）； W 2——磁测试线圈。30匝（由黑色接线柱引出）； mA ——直流毫安表； Φ——数字磁通计，选用量程10mWb ； K 1、K 2、K 3一双刀双向开关；
0 HAdH ） （3） m m m m 磁化率的测定 一、实验目的 （1）掌握古埃磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。 （2）通过对一些配位化合物磁化率的测定，计算中心离子的不成对电子数，并 判断 d 电子的排布情况和配位体场的强弱。 二、实验原理 2.1 物质的磁性 物质在磁场中被磁化，在外磁场强度 H 的作用下，产生附加磁场。该物质 内部的磁感应强度 B 为： B=H+4 πI=H+4π H （1） 式中，I 称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩。式中 =I/H 称为 物质的体积磁化率。I 和 分别除以物质的密度 ρ可以得到 σ和 χ，σ=I/ρ称为克 磁化强度；χ= /ρ称为克磁化率或比磁化率。χ= M/ ρ称为摩尔磁化率（M 是 物质的摩尔质量）。这些数据都可以从实验测得，是宏观磁性质。在顺磁、反磁 性研究中常用到 χ和 χ，铁磁性研究中常用到 I 、σ。 不少文献中按宏观磁性质，把物质分成反磁性物质。顺磁性物质和铁磁性物 质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质积累。其中，顺磁性物质 χ>0 而反磁性物 质的 χ<0。 2.1 古埃法测定磁化率 古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。简单的装置包括磁场和 测力装置两部分。调节电流大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。测 力装置可以用分析天平。为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装 置。 样品放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处， 另一端则在磁场强度为零处。 样品在磁场中受到一个作用力。 dF= HAdH （2） 式中，A 表示圆柱玻璃管的截面积。 样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即 dF=（ - 0 表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是积分问题： （4） 因 H 0 H ，且忽略 ，则 （5）
磁性材料测量——历史背景 磁性和磁场时最早通过测量研究的物理现象之一。古代人类从冶铁开始，就已经知道了两块磁石之间吸引力（或排斥力）的影响。此外，人们观察到小磁石沿南北方向自发旋转，因此，无疑这种效果应用到指向北边方向的指南针——文字记载公元前300至公元前200年，中国古代就已经使用指南针（司南）。 根据其他文献记载，“哲学之父”泰勒斯时期的米利都（Miletus ）（公元前640—前546年）研究了磁石和铁之间的吸引力。苏哥拉底（Socrates ）（公元前470—前399年）写道：“铁磁石不仅仅吸引铁环，而且赋予他们一个类似的磁力”（Keithley 1999年）。 一个更详细记载磁性和指南针的研究是由德·马里孔特（Pierre de Maricourt ）又名彼得·皮埃尔（Peter Peregrinus ）完成的。1269年，他出版了《磁石书信（Epistola demagnete ）》。在这部作品中，首次描述了磁铁极性（也证实了两种磁极——当磁铁分裂成两个较小部分之后，极性仍被保留）。他很可能是首次提出在机械结构中使用磁铁以获得永恒活动的人。威利·姆吉尔伯特（1544—1603年）继续了皮埃尔的工作，他第一次在著作《论磁石（De magnete ）》（1600年出版）中，描述了一个由地球磁场引起的指南针运动——得出地球是一个巨大球形磁铁的结论。 夏尔·奥古斯丁·库仑（Charles-Augustin de Coulomb,1736—1806年）构建了一个扭秤（利用扭力测量微力的一种仪器），研究了静电和磁力之间的吸引力【约翰·米切尔（John Michell ）1750年也独立完成】。他提出了库仑定律，用数学方法描述了距离为r 的假象磁极m 1、m 2之间的库仑力F （磁偶极子如图2.1a 所示）。 F = 221041 r m m πμ ……………………………………………（2.1） 式中，μ0是真空磁导率（μ0 = 4π×10-7Wb/Am ）。 磁场产生促使磁偶极子平行方向的磁场转矩τ：τ = M × B …………………………（2.2） 1820年，汉斯·克里斯蒂安·奥斯特（Hans Christian Oersted ）发现当一个磁针靠近一个带电流的金属线圈时，线圈周围会产生磁场。这个革命性的发现启发安德烈·玛丽·安培（Andre Marie Ampere ）（1775—1836年）得出假设，任何磁场的产生可以来源于电流（也可由磁场产生）（见图2.1b ）。1820年，他证明了两个并行载流导线相互吸引。 同年，让·巴蒂斯特（Jean-Baptiste Biot ）和费利克斯·比（Felix Savart ）提出了毕奥-萨伐尔定律，确定了通电导线周围磁场强度和电流的关系。一个通过电流为i 的无穷小长度δL 的导体，在径向距离a 处产生的磁场强度δH 为： δH = u l i a ?δπ241 ……………………………………………（2.3） 式中，u 是沿半径的单位矢量。因此，电流回路C 所生产的磁场强度H 为： H = ??c a u dl I 2 41π……………….………………………..…………（2.4）
magnetic field 磁场elementary magnetic dipole 基本磁偶极子Magnetically hard material 永磁/硬磁材料electrical steel电工钢Magnetically soft material 软磁材料semi-processed半加工remanence 剩磁(Jr. Br) maximum polarization 最大磁极化强度Remanent flux density 剩余磁通密度domain wall畴壁 coercivity 矫顽力(HcB) Coercive field strength-矫顽力 intrinsic coercivity内禀矫顽力(HcJ) field strength磁场强度Magnetic induction 磁感应强度B electric potential 电位maximum energy product最大磁能积BH(max) moment磁矩 J(H)退磁曲线B(H)磁滞回线polarisation 磁极化强度magnetic flux density磁通密度magnetic hysteresis磁滞fluxmeter 磁通计manometer压力计comunication interface 通讯接口gausser高斯计(磁强计) coercimeter矫顽磁力计vibrometer测振仪permeameter 磁导计feebly magnetic material弱磁材料saturation magnetization饱和磁化强度fixture 固定装置saturation magnetic polarization 饱和磁极化强度 Saturation magnetization (mass) density 饱和磁化(质量)密度 Specific saturation magnetization 比饱和磁化强度 Magnetic dipole moment 磁偶极矩incremental loop增量回线gnetic moment磁矩magnetic potential磁位eddy current loss涡流损耗curve曲线loop回线commutation curve换向曲线