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文档简介

1、东 南 大 学物 理 实 验 报 告姓 名 林海 学 号 10309102 指导教师 寇朝霞 日 期 2012-04-06 座位号 报告成绩 实验名称 纳米软磁铁氧体低频磁导率的测量 一实验目的1、了解交变磁场下铁磁物质的磁性质2、测量磁性纳米颗粒复数磁导率3、对比纳米尺度和大块体材料的区别二实验原理在交变磁场的作用下,铁磁物质的磁性质与它在静磁场作用下的磁性质有很大不同。首先,在静磁场中,铁磁材料的磁导率是一实数,但是在交变磁场中,由于存在磁滞效应、涡流效应、磁后效、畴壁共振、自然共振等,它在交变磁场中的磁感应强度比外加的交变磁场落后一个相位,因而其磁导率是一复数。其次,各向同性的铁磁物质在

2、交变磁场中的复数磁导率不仅随外磁场的幅值和外加磁场的频率变化,而且在不同的频段,决定复数磁导率的物理机制也是很不同的。再次,各项同性的铁磁物质在交变场中(尤其是在高频交变场中)往往处于交变磁场和交变电场的同时作用,而铁磁物质又往往也是电介质(例如铁氧体),因而处在交变场中的铁磁物质往往同时显示其铁磁性和介电性。将交变磁场加在各向同性的铁磁物质上,交变磁场为: (1)由于存在阻碍磁矩运动的各种阻尼作用,磁感应强度B将落后于外加磁场H某一相位角: (2)则该磁铁物质在交变磁场中的复数磁导率为:其中, (3)由于复数磁导率虚部的存在,使得磁感应强度落后于外加磁场,这将引起铁磁物质在交变磁化过程中不断

3、消耗外加能量。处于均匀交变磁场中的单位体积的铁磁体,单位时间的平均能量损耗(称为磁损耗功率密度)为:可见单位体积的铁磁体内的磁损耗功率与复数磁导率的虚部构成正比,与实部无关,而实部与它在交变磁场中的储能密度有关。通常希望高,低,但是有些场合,如吸收式雷达隐身、波阻抗匹配降低反射率,反倒希望高些,甚至希望。在低频弱磁场时,相应于稳恒磁场中所测定的起始磁导率,但是随着频率升高,与就有着明显的差别。磁导率随频率变化的现象称为磁谱。通常,随着频率 升高,磁导率下降,达到某一截止频率时,急剧下降,而急剧上升。通常定义下降到时所对应的频率为截止频率。这就限制了软磁材料使用频率的上限。截止频率的高低主要取决

4、于畴壁位移的弛豫与共振,以及磁畴转动所致的自然振动。将待测样品制成环状,在其上面均匀绕城螺旋环。环形磁芯实际上可以等效为一个纯电感和一个损耗电阻的串联电路,或是并联电路。这里我们用等效串联电路。通过电动力学和电磁学的知识,我们知道绕组中磁感应强度是绕组两端电压U的函数,环形绕圈中的磁场是电流的函数。于是我们可以推导出磁芯线圈的阻抗和磁感应强度,磁场的函数关系。进而得出磁芯线圈的复数磁导率的电感和损耗电阻的函数。通过4284A型精密LCR测量仪可以测出磁芯线圈的电感和损耗电阻,利用复数磁导率和、的关系式可以得出磁导率的实部和虚部。三实验步骤1、阅读4284A型精密阻抗仪的说明书,了解其面板及各按

5、钮的功能;2、将测试引线短接、调零;3、将待测材料通过测试引线连接;4、选择“More 3/6”,选择:LsRs模式;5、移动光标至“FREQ”字段,使用INCR ,从20Hz到1MHz,记录数据。6、将数据输入计算机,处理后,用Origin绘出关系图。四实验数据处理及分析根据公式和选取参数,使得,将三种样品的参数a计算如表一。表一 三种样品的参数a匝数N高度h/mm外径r2/mm内径r1/mma/H钙钛矿604.115.36.62.481991945锰锌铁氧体769.925.114.726.103200298四氧化三铁666.220103.743992907代入源数据,则有表二。表二(1)

6、钙钛矿的复数磁导率测量值表频率/HzLs/HRs/200.224960.000010.0906368780.20145109725-0.31530.00006-0.1270350620.966965265301.8518400.7461103990400.428940.000240.1728208672.417413163500.715450.000140.2882563751.128126143600.48181-0.000060.194122306-0.402902194800.225010.000090.0906570230.453264968100-0.069730.0001-0.02

7、8094370.4029021941200.144320.00010.0581468450.335751828150-0.087140.00011-0.0351088970.295461609200-0.035730.0001-0.0143956950.2014510972500.000350.000350.0001410160.5640630713000.00010.00014.02902E-050.1343007314000.020110.000030.0081023630.0302176655000.004020.00010.0016196670.080580439600-0.00562

8、0.00016-0.002264310.1074405858000.006030.000130.00242950.06547160710000.003420.00030.0013779260.12087065812000.008120.000070.0032715660.02350262815000.0020.000080.0008058040.02148811720000.005750.000120.0023166880.02417413225000.004050.000130.0016317540.02095091430000.004320.000140.0017405370.018802

9、10240000.004320.000130.0017405370.01309432150000.005450.000170.0021958170.01369867560000.009050.000070.0036462650.00470052680000.00730.000120.0029411860.00604353310000-0.01282.23342-0.00515714889.98498178120000.008520.000360.0034327270.012087066150000.008310.000380.0033481170.010206856200000.00620.0

10、00180.0024979940.00362612250000.0063-0.00040.002538284-0.006446435300000.0065-0.000010.002618864-0.000134301400000.00810.000130.0032635080.001309432500000.00405-0.002330.001631754-0.018775242600000.1275-0.007850.05137003-0.052713037800000.07064-0.745650.028461011-3.755300261100000-0.49312-1.53032-0.

11、19867913-6.1656928531200000.36089-0.456810.145403373-1.533747927150000-0.429940.47819-0.1732237691.284425334200000-0.844770.72646-0.3403596861.463461639250000-1.220230.76141-0.4916333441.227095038300000-1.815880.87109-0.7316220361.16988024400000-3.1759-3.46859-1.279577078-3.493756302500000-0.3647-12

12、.2691-0.14693843-9.8864946146000001.01738-7.787350.409904634-5.2292339998000000.77922-4.043150.313949448-2.03624250610000000.50945-2.130680.205258523-0.858455646表二(2) 锰锌铁氧体的复数磁导率测量值表频率/HzLs/HRs/200.224960.000010.0906368780.20145109725-0.31530.00006-0.1270350620.966965265301.8518400.7461103990400.428

13、940.000240.1728208672.417413163500.715450.000140.2882563751.128126143600.48181-0.000060.194122306-0.402902194800.225010.000090.0906570230.453264968100-0.069730.0001-0.028094370.4029021941200.144320.00010.0581468450.335751828150-0.087140.00011-0.0351088970.295461609200-0.035730.0001-0.0143956950.2014

14、510972500.000350.000350.0001410160.5640630713000.00010.00014.02902E-050.1343007314000.020110.000030.0081023630.0302176655000.004020.00010.0016196670.080580439600-0.005620.00016-0.002264310.1074405858000.006030.000130.00242950.06547160710000.003420.00030.0013779260.12087065812000.008120.000070.003271

15、5660.02350262815000.0020.000080.0008058040.02148811720000.005750.000120.0023166880.02417413225000.004050.000130.0016317540.02095091430000.004320.000140.0017405370.01880210240000.004320.000130.0017405370.01309432150000.005450.000170.0021958170.01369867560000.009050.000070.0036462650.00470052680000.00

16、730.000120.0029411860.00604353310000-0.01282.23342-0.00515714889.98498178120000.008520.000360.0034327270.012087066150000.008310.000380.0033481170.010206856200000.00620.000180.0024979940.00362612250000.0063-0.00040.002538284-0.006446435300000.0065-0.000010.002618864-0.000134301400000.00810.000130.003

17、2635080.001309432500000.00405-0.002330.001631754-0.018775242600000.1275-0.007850.05137003-0.052713037800000.07064-0.745650.028461011-3.755300261100000-0.49312-1.53032-0.19867913-6.1656928531200000.36089-0.456810.145403373-1.533747927150000-0.429940.47819-0.1732237691.284425334200000-0.844770.72646-0

18、.3403596861.463461639250000-1.220230.76141-0.4916333441.227095038300000-1.815880.87109-0.7316220361.16988024400000-3.1759-3.46859-1.279577078-3.493756302500000-0.3647-12.2691-0.14693843-9.8864946146000001.01738-7.787350.409904634-5.2292339998000000.77922-4.043150.313949448-2.03624250610000000.50945-

19、2.130680.205258523-0.858455646表二(3) 四氧化三铁的复数磁导率测量值表频率/HzLs/HRs/10000000.43053-2.599170.114992205-0.6942240728000000.06437-1.752620.017192874-0.585144004600000-0.576850.94305-0.1540734760.419805817500000-0.671723.98103-0.1794127332.1266226194000000.736742.734040.1967792191.8256177753000000.556150.247

20、870.1485446190.2206823982500000.55345-0.16360.147823464-0.1747866562000000.3364-0.156660.089850598-0.209215141500000.13312-0.052040.035555623-0.0926639931200000.2393-0.239580.063915719-0.533254215100000-0.4828-1.61193-0.128953236-4.305376746800000.039320.265280.0105021570.885685439600000.024380.0012

21、30.0065117640.005475438500000.001920.000040.0005128210.000213676400000.00445-0.000050.001188571-0.000333868300000.0052-0.000060.001388892-0.000534189250000.00567-0.000070.001514426-0.000747865200000.0057800.0015438060150000.006040.000130.0016132510.002314819120000.00570.000130.0015224390.00289352410

22、000-0.010720.00018-0.0028632530.00480770180000.006810.000070.0018189140.00233707760000.007420.000050.0019818410.00222578850000.00650.000080.0017361140.00427351240000.00480.000060.0012820540.00400641830000.005850.000070.0015625030.00623220625000.007130.000070.0019043840.00747864720000.009060.000080.0

23、024198760.01068378115000.005440.000040.0014529940.00712252112000.008320.000030.0022222260.00667736310000.006950.000260.0018563070.0694445768000.002560.000070.0006837620.0233707716000.01080.000150.0028846210.0667736315000.019910.000040.0053178520.0213675624000.02234-0.000030.005966892-0.020032089300-0.024070.00006-0.0064289650.053418905250-0.048040.00011-0.0128312210.11752159200-0.014220.00009-0.0037980840.120192535150-0.057450.00001-0.015344580.0178063021200.1638900.0437741210100-0.017520.0001-0.004

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