铁磁材料居里温度测试实验课件

《磁性材料》实验

一、实验目的和任务；二、实验项目；三、参考资料：教材及参考书：1.《现代磁性材料原理和应用》主编：R.C.O’Handley化学工业出版社20022.《磁学基础与磁性材料》主编：严密等出版社：浙江大学出版社2006实验指导书：自编《磁性材料》实验指导书。磁性材料》实验实验一基本磁化曲线和动态磁滞回线的测量

1．实验目的1)认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型铁磁物质的动态磁化特性。2)测定样品的基本磁化曲线，并作出μ-H曲线。3)测定样品的HD、Br、Bs等参数。4)学会用示波器测绘基本磁化曲线和动态磁滞回线。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验2．实验原理1)磁滞回线图1铁磁质起始磁化曲线和磁滞回线图2同一铁磁材料的一簇磁滞回线图3铁磁材料µ与H关系曲线南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图4为常见的两种典型的磁滞回线，其中软磁材料的磁滞回线狭长、矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料的磁滞回磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来制造永磁体。

图4不同铁磁材料的磁滞回线南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验3)示波器显示B-H曲线的原理和线路图5实验线路南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验根据安培环路定律，样品的磁化场强为：式中N为励磁绕组，R1为励磁电流取样电阻，U1是交流励磁电压，Ｌ为样品的平均磁路长度。根据法拉第电磁感应定律，在交变磁场下样品的磁感应强度B是测量绕组n和R2C2电路给定的：

式中U2为积分电容C2两端电压，S为样品的截面积。

南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验4．实验内容及步骤1)电路连接：选择样品，按实验仪上所给的电路接线图连接好线路。令R1＝2.5Ω，置励磁电压U于0位。UH和UB分别接示波器的“X输入”和“Y输入”，插孔“⊥”为接地公共端。2)样品退磁：开启仪器电源开关，对样品进行退磁，顺时针方向转动电压U的调节旋钮，观察数字电压表可看到U从0逐渐增加增至最大，然后逆时针方向转动电压U的调节旋钮，将U逐渐从最大值调为0，这样做的目的是消除剩磁，确保样品处于磁中性状态，即B＝H＝0，如图7所示。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验图7退磁示意图图8U2和B的相位差等因素引起的畸变3)观察样品在50HZ交流信号下的磁滞回线：开启示波器电源，调节示波器上“X”、“Y”位移旋钮，使光点位于坐标网格中心，调节励磁电压U和示波器的X和Y轴灵敏度，使显示屏上出现大小合适、美观的磁滞回线图形（若图形顶部出现编织状的小环，如图8所示，这时可降低U予以消除）。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验4)观察基本磁化曲线：按步骤2对样品进行退磁，从U=0开始，逐渐提高励磁电压，将在显示屏上得到面积由小到大一个套一个的一蔟磁滞回线。这些磁滞回线顶点的连线，就是样品的基本磁化曲线，借助长余辉示波器，便可观察到该曲线的轨迹。5)测绘基本磁化曲线，并据此描绘μ-H曲线：接通实验仪的电源，对样品进行退磁后，依次测定U=0，0.2，0.4，0.6…3.0V时的若干组H和B值，作B-H和μ-H曲线。6)令U=3.00V，R1＝2.5Ω测定样品的BS、Br、HD等参数：从已标定好的示波器上读取UX(UH)、UY(UB)值（峰值），计算相应的H和B，逐点描绘作B-H曲线。再由磁滞回线测定样品的BS、Br、HD等参数。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验实验二铁磁相变和居里温度的直接观测1．实验目的1)了解铁磁物质在居里温度点由铁磁物质（铁磁相）转变为顺磁物质（顺铁磁相）的相变过程微观机理。2)测定铁磁材料样品的居里温度。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验2．实验原理由于外加磁场的作用，物质中状态发生变化，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。图1和图2分别是加磁场前后的多晶磁畴结构。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验图1未加磁场多晶磁畴结构图2加磁场时多晶磁畴结构南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验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Tc。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，如铁、镍、钴的居里点分别为1043K、631K、1393K。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验

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：B=0(H+M)=(Xm+1)

0H=r0H=H式中，0＝4π×10-7亨利/米为真空磁导率，Xm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Xm>0，r略大于1；对于抗磁性介质，Xm<0，一般Xm的绝对值在10-4～10-5之间，r略小于1；对于铁磁性介质，Xm>>1，所以r>>1。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验图3磁化曲线和μ-H曲线图4μ-T曲线南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验在居里温度Tc以下，对铁磁材料磁化可得到磁滞回线。对磁体加热，磁滞回线收缩。当温度达到Tc时，磁滞回线消失，铁磁相转变为顺磁相。在Tc附近，磁化强度M和温度T的关系可用下式描述：M(T)=K(Tc-T)βlnM=lnK+βln(Tc-T)其中β的典型值在0.3-0.4之间。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验3．实验仪器磁滞回线实验仪、数字万用表、示波器、加热炉、水银温度计等。4．实验内容及步骤1)电路连接：选择样品，按实验仪上所给的电路接线图连接好线路。令R1＝2.5Ω，置励磁电压U于0位。UH和UB分别接示波器的“X输入”和“Y输入”，插孔“⊥”为接地公共端。2)样品退磁：开启仪器电源开关，对样品进行退磁，顺时针方向转动电压U的调节旋钮，观察数字电压表可看到U从0逐渐增加增至最大，然后逆时针方向转动电压U的调节旋钮，将U逐渐从最大值调为0，这样做的目的是消除剩磁，确保样品处于磁中性状态，即B＝H＝0。南京理工大学材料科学与工程系磁性材料》实验3)退磁后，令R1＝2.5Ω，观察样品的在50HZ交流信号下的磁滞回线：开启示波器电源，调节示波器上“X”、“Y”位移旋钮，使光点位于坐标网格中心，调节励磁电压U和示波器的X和Y轴灵敏度，使显示屏上出现大小合适、美观的磁滞回线图形（若图形顶部出现编织状的小环，这时可降低U予以消除），从已标定好的示波器上读取UX(UH)、UY(UB)值（峰值），计算相应的H、B和M。4)用电炉加热样品，并用水银温度计测量温度。磁滞回线随着温度的升高而缩小，在居里温度时