居里點實驗研究

1、居里點實驗研究 鄭新飛一、實驗目的（1） 初步了解鐵磁物質由鐵磁性轉為順磁性的微觀原理。（2） 學習JLD-2型的居里點溫度測試儀測定居里點溫度的原理和方法。（3） 測定鐵磁樣品的居里點溫度。二、實驗儀器JLD-2居里點溫度測試儀；樣品；1OMAK或2OM示波器；加熱爐。三、實驗原理1. 基本理論在鐵磁性物質中，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間的磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的區(qū)域，這個區(qū)域的體積約為10-8m3，稱之為磁疇，在沒有外磁場的作用時，不同磁疇的取向各不相同。因此對整個鐵磁物質來說，任何宏觀區(qū)域的平均磁矩等于零，鐵磁物質不顯磁性。當有

2、外磁場的作用時，不同磁疇的方向趨于外磁場的方向，任何宏觀區(qū)域的下半場磁矩不在為零，且隨外磁場的增大而增大，當外磁場增大到某一數(shù)值時，所有磁疇沿外磁場方向均勻排列，任何宏觀區(qū)域的平均磁矩達到最大值，鐵磁物質顯現(xiàn)出很大的磁性，我們說鐵磁物質被磁化了。鐵磁物質的磁導率遠遠大于順磁物質的磁導率。鐵磁物質被磁化后具有很強的磁性，但這種磁性與溫度是有關的。隨著鐵磁物溫度的升高，金屬點陣熱運動的加劇會影響磁疇矩的排列，此時任何區(qū)域內(nèi)的平均磁矩仍然不等于零，物質仍具有磁性，只是平均磁矩隨溫度的升高而減小。而當與Kt成正比的熱運動能足以破壞磁疇磁矩的整齊排列時，磁疇被瓦解，平均磁矩變?yōu)榱?，鐵磁物質的磁性消失變?yōu)?/p>

3、順磁物質，與順磁物質相聯(lián)系的一系列鐵磁物質(如高磁導率，磁滯回線，磁致伸縮）等全部消失，相應的鐵磁物質的磁導率轉化為順磁物質的磁導率。與鐵磁性消失時所對應的溫度為居里點溫度。任何的平均磁矩稱為自發(fā)磁化強度，用Ms表示。2. 測量裝置及原理由居里點溫度的定義知，任何可測的Ms或可判斷磁性消失的帶有溫控的裝置都可用來測量居里點溫度，要測定鐵磁材料的居里點溫度，從測量點上來講，其測量裝置必須具備以下4個功能：提供使樣品磁化的磁場；改變鐵磁物質溫度的溫控裝置；判斷鐵磁物質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溫裝置。JLD-2居里點溫度測試儀是通過圖4所示的裝置來實現(xiàn)以上4個功能

4、的。待測樣品為一環(huán)形鐵磁材料，其上繞有兩個線圈L1和L2，其中L1為勵磁線圈，給其中一個通以交變電流，提供使環(huán)形樣品磁化的磁場，將其繞有線圈的環(huán)形樣品置于溫度可控的加熱爐中以改變樣品的溫度，將集成溫度傳感器置于樣品旁邊以測定樣品的溫度。本裝置可通過兩種途徑來判斷樣品的磁性是否消失：（1） 通過觀察樣品的磁滯曲線是否消失來判斷。鐵磁物質最大的特點是當它被外磁場磁化時，其磁感應強度B和磁場強度H的關系不是非線性的，也不是單值的，而且磁化的情況還與它以前的磁化歷史有關，即B（H）曲線為一閉合曲線，稱之為磁滯回曲線，如圖5所示。當鐵磁性消失時，相應的磁滯回線也就消失了，就測的了居里點溫度。為了獲得樣品

5、的磁滯回線，可在勵磁線圈回路中串聯(lián)一個采樣電阻R，由于樣品中的磁場強度H正比于勵磁線圈中通過的電流I，而電阻R兩端的電壓U也正比于電流I，可用U代表磁場強度H，將其放大后送入示波器的X軸，樣品線圈上的L2會產(chǎn)生感應電動勢，由法拉第電磁感應定律知，感應電動勢的大小為 （1）式中k為比例系數(shù)，與線圈的匝數(shù)和截面積有關。將式（1）積分得 （2）可見，樣品的磁感應強度B與L2上的感應電動勢的積分成正比。因此將L2上的感應電動勢經(jīng)過R2C積分電路積分加以放大處理并送入示波器的Y軸，這樣在示波器的熒光屏上即可觀察到樣品的磁滯回線。（2） 通過測定磁感應強度隨溫度變化的曲線來推斷。一般自發(fā)磁化強度Ms與飽和

6、磁化強度M很接近，可以用飽和磁化強度近似代替自發(fā)磁化強度，并根據(jù)包和強度隨溫度的變化的特性來判斷居里點溫度，其M(T)的變化曲線與B(T)曲線相似，因此在測量精度不高的情況下，可通過測定B（T)曲線來判斷居里點溫度，即測出感應電動勢的積分電壓U隨溫度T變化的曲線，并在其斜率最大處做切線，切線與橫坐標（溫度）的交點即為樣品的居里溫度點。四、實驗內(nèi)容1. 通過測定磁滯回線消失時的溫度測定居里點溫度。（1） 用連線將加熱爐與電源箱前面板上的（加熱爐）相連；將鐵磁材料樣品與電源箱前的（樣品）的插孔用專用線連接起來，并把樣品放入加熱爐；將溫度傳感器，降溫風扇的接插件與接在電源箱前面板的“傳感器”接插件相

7、連接；將電源箱前面板的“B輸出”“H輸出”分別與示波器的Y，X用專用線相連接。（2） 將升溫-降溫開關打向降溫，接通電源箱前面板上的電源開關，將電源箱面板上的“H調(diào)節(jié)”旋鈕調(diào)到最大，適當調(diào)節(jié)示波器，其熒光屏上就顯示出了磁滯回線。關閉加熱爐上的兩風門（旋鈕方向和加熱爐的軸線方向垂直）。將測量-設置開關打向設置，適當設定爐溫。將測量設置開關打向測量，將升溫降溫開關打向升溫，這時爐子開始升溫，在此過程中注意觀察示波器上的磁滯回線，記下磁滯回線消失時顯示的溫度值，即測量了居里點溫度。將升溫降溫開關打向降溫，并打開加熱爐上的兩風門，使加熱爐降溫。2. 測量感應電動勢隨溫度變化的關系（1） 根據(jù)以上測得的

8、居里點溫度設置爐溫，并比以上測得的溫度低10度左右。（2） 將測量設置開關打向測量，升溫降溫開關打向升溫，這時爐子開始升溫，同時在數(shù)據(jù)記錄表格中記下溫度和對應的感應電動勢的值。五，數(shù)據(jù)處理表一 磁滯回線消失時所對應的溫度值樣品編號1347889110樣品一樣品1：磁帶回線消失時所對應的的溫度T=78，T()556065707580859095U(mv)876836781675298111543019 由圖像可知斜率最大處切線與橫坐標的交點（72.9,0）所以測得此樣品的居里點溫度為78相對誤差E=樣品2：磁帶回線消失時所對應的的溫度T=89T()65707580859095100105U(mv

9、)82280874160821791513121 由圖像可知斜率最大處切線與橫坐標的交點（88,0）所以測得此樣品的居里點溫度為88相對誤差E=樣品3：磁帶回線消失時所對應的的溫度T=110.8T()80859095100105110115120U(mv)1862178717001587142011071955725 由圖像可知斜率最大處切線與橫坐標的交點（110.7,0）所以測得此樣品的居里點溫度為110.7相對誤差E=誤差分析：1.讀數(shù)存有偏差。2.鐵磁與爐存有溫度差。六，注意事項（1） 測量樣品的居里點溫度時，一定要讓爐溫從低溫開始升高，即每次要讓加熱爐降溫再加入樣品，這樣可避免由于樣品和溫度傳感器響應時間的不同而引起的居里點測量值的不同。（2） 在測量80攝氏度以上的樣品時，溫度很高，小心燙傷。七，思考題通過測定感應電動勢隨溫度變化的曲線來推斷居里點溫度時，為什么要由