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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划磁性材料居里点表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。型居里温度测试仪或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、顺磁性和铁磁性三种，一切可被磁化的物质叫做磁介质
2、，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
3、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
4、中，除铁之外，还有过度族中的其它元素和某些稀土族元素具有铁磁性。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MOFe2O3(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NiZn铁氧体等为中心，主要作为磁芯材料。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M和磁场强度H来描述，它们满足以下关系(转载于:写论文网:磁性材料居里点表)B?0(H?M)?(?m?1)?0H?r?0H?H式中，?H/m为真空磁
5、导率，?m为磁化率，?r为相对磁导率，是一个无量纲的系数?为绝对磁导率。对于顺磁性介质，磁化率?m?0，?r略大于1；对于抗磁性介质，?m?0，一般?m的绝对值在10?410?5之间，?r略小于1；而铁磁性介质的?m?1，所以，?r?1。对非铁磁性的各向同性的磁介质，H和B之间满足线性关系:B?H，而铁磁性介质的?、B与H之间有着复杂的非线性关系一般情况下，铁磁质内部存在自发的磁化强度，当温度越低自发磁化强度越大图3是典型的磁化曲线，它反映了铁磁质的共同磁化特点：随着H的增加，开始时B缓慢的增加，此时?较小；而后便随H的增加B急剧增大，?也迅速增加；最后随H增加，B趋向于饱和，而此时的?值在到
6、达最大值后又急剧减小图3表明了磁导率?是磁场H的函数从图4中可看到，磁导率?还是温度的函数，当温度升高到某个值时，铁磁质由铁磁状态转变成顺磁状态，在曲线突变点所对应的温度就是居里温度TC。图3磁化曲线和?H曲线图4?T曲线2用交流电桥测量居里温度铁磁材料的居里温度可用任何一种交流电桥测量交流电桥种类很多，如麦克斯韦电桥、欧文电桥等，但大多数电桥可归结为如图5所示的四臂阻抗电桥，电桥的四个臂可以是电阻、电容、电感的串联或并联的组合调节电桥的桥臂参数，使得CD两点间的电位差为零，电桥达到平衡，则有Z1Z3?Z2Z4若要上式成立，必须使复数等式的模量和辐角分别相等，于是有Z1Z2?Z3Z4?1?4?
7、2?3由此可见，交流电桥平衡时，除了阻抗大小满足式外，阻抗的相角还要满足式，这是它和直流电桥的主要区别。本实验采用如图6所示的RL交流电桥，在电桥中输入电源由信号发生器提供，在实验中应适当选择较高的输出频率，?为信号发生器的角频率其中Z1和Z2为纯电阻，Z3和Z4为电感，其复阻抗为Z1?R1，Z2?R2，Z3?r1?j?L1，Z4?r2?j?L2当电桥平衡时有R1(r2?j?L2)?R2(r1?j?L1)实部与虚部分别相等，得r2?R2Rr1，L2?2L1R1R1选择合适的电子元件相匹配，在未放入铁氧体时，可直接使电桥平衡，但当其中一个电感放入铁氧体后，电感大小发生了变化，引起电桥不平衡随着温
8、度的上升到某一个值时，铁氧体的铁磁性转变为顺磁性，CD两点间的电位差发生突变并趋于零，电桥又趋向于平衡，这个突变的点对应的温度就是居里温度可通过桥路电压与温度的关系曲线，求其曲线突变处的温度，并分析研究在升温与降温时的速率对实验结果的影响由于被研究的对象铁氧体置于电感的绕组中，被线圈包围，如果加温速度过快，则传感器测试温度将与铁氧体实际温度不同，这种滞后现象在实验中必须加以重视只有在动态平衡的条件下，磁性突变的温度才精确等于居里温度。实验内容及主要步骤图71.用交流电桥测量空心线圈电感，按图7连接导线。2.将“加热选择”开关置于“断”位置，右侧空心电感线圈中不要插入铁氧体待测样品。铁磁材料居里
9、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2.各样品的UT曲线图1样品1的UT曲线Inducedvoltage(mv)示波器法测得Tc=图2样品2的UTInducedvoltage(mV)示波器法测得Tc=；UT曲线用切线法测得Tc=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
10、出入，但基本上相等。4.思考题：、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、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
11、时与磁畴联系的一系列铁磁性质全部消失。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。、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：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。、为什么尽可能选择高的“激励电压”，以得到尽可能高的初始感应电压，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
12、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UT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。铁磁材料居里温度的测定摘要：铁磁质由于磁畴的存在，在外加交变磁场的作用下会产生磁滞现象。关键词：铁磁材料、磁场、温度引言：铁磁性竺质的磁畴结构决定了攀磁性材料具有高的磁导率和在交变电场作用下的磁滞现象。但随着温度的升高。铁磁性物质的磁畴结构会在某一温度卞完全被热运动破坏而转变成
13、顺磁性物质。这一转变温度称为磁性材料的居里点。居里点是铁磁性材料的重要参数之二。在居里点附近,一材料的跑导率、一比热、磁豁寻_率、杨氏模量等都会发生突变。在磁性分析中常利用测居里点的数值和晶体中原子的配位数以计算交换积分。所以,居里点的测定无论在理论上还是在实际应用中都具有重要的意义实验目的1、了解铁磁质转变为顺磁质的微观机理。2、了解磁感应强度与样品温度变化之间的关系。3、测定铁磁样品的居里温度。实验原理：铁磁质由于磁畴的存在，在外加交变磁场的作用下会产生磁滞现象。如果将铁磁材料加热到一定的温度，由于金属点阵中的热运动加剧，磁畴受到破坏，铁磁质将转变为顺磁质，磁滞现象消失，这一转变温度称为居
14、里温度或居里点。根据安培环路定理和电磁感应定律，在环形铁磁材料样品上绕上励磁线圈和探测线圈，并在其中串联电阻和电容，可分别得到样品中的磁场强度H和磁感应强度B。将相应的电压信号输入示波器即可观察到磁滞回线。对样品进行加热，当温度达到居里点时，示波器上磁滞回线会消失，变为直线，利用温度传感器可以测得相应的居里温度。铁磁质的自发磁化强度MS与饱和磁化强度M很接近，可用饱和磁化强度近似代替自发磁化强度，并根据饱和磁化强度随温度变化的特性来判断居里温度。根据电磁学理论，当铁磁质的温度达到居里温度时，其MT曲线与BT曲线近似，在测量精度要求不高时，可通过测定BT曲线来推断居里温度，即在曲线斜率最大处做切
15、线，切线与横坐标的交点即为样品的居里温度。?y实验仪器：JLD-II型居里点测试仪，示波器，铁磁样品环居里点测试仪主要参数：使用电压及频率220VAC，50Hz加热炉温度范围室温120温度测量精度实验内容：1、通过测定磁滞回线消失的温度测定居里温度(1)将加热炉、温度传感器和风扇分别接在电源箱前面板上相应位置，将面板上H输出和B输出分别与示波器上X输入和Y输入连接。把样品磁环接在专用导线上，接入面板上“样品”插口，并把样品放入加热炉。(2)将“升温降温”开关置于“降温”，接通电源开关，将“H调节”旋钮调到最大，适当调节示波器，可以观察到磁滞回线。(3)关闭加热炉的两风门，将“测量设置”开关置于“设置”，适当设定炉温。(4)将“测量设置”开关置于“测量”，将“升温降温”开关置于“升温”，“加热速度”置于“快”。炉温开始升高，观察示波器上的磁滞回线的变化，在磁滞回线接近直线时，可将“加热速度”置于“慢”。记下磁滞回线消失时的温度值
