铁磁材料居里温度测试实验
【实验目的】
1．了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理。
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。
【实验仪器】
FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪，示波器检
【实验原理】
一、概述：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，近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料，因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。
铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变，当温度上升至某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称为居里温度，居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量，它仅与材料的化学成分和晶体结构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关，因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。
本实验仪根据铁磁物质磁矩随温度变化的特性，采用交流电桥法测量铁磁物质自发磁化消失时的温度，该方法具有系统结构简单，性能稳定可靠等优点，通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统，可以通过计算机自动扫描分析，
二、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（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。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（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。
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，在化学元素中，除铁之外，还有过度族中的其它元素（钴、镍）和某些稀土族元素（如镝、钬）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），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Fe 2O 3为主要成分的氧化物软磁性材料，其一般分子式可表示为MO·Fe 2O 3(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Ni—Zn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
H H H )1()M H (B 000μμμμχμ==+=+=r m （1）
式中，
μ0 = 4π?10?7H/m为真空磁导率，m χ为磁化率，r μ为相对磁导率，是一个无量纲的系数．μ为绝对磁导率。对于顺磁性介质，磁化率0>m χ，r μ略大于1；对于抗磁性介质，0
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:H B μ=，而铁磁性介质的μ、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（B-H 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μ较小；而后便随H 的增加B 急剧增大，μ也迅速增加；最后随H 增加，B 趋向于饱和，而此时的μ值在到达最大值后又急剧减小．图3表明了磁导率μ是磁场H 的函数．从图4中可看到，磁导率μ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。
C T
图3 磁化曲线和H ~μ曲线 图4 T ~μ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
4
321Z Z Z Z = （2） 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
4321
Z Z Z Z = （3）
3241????+=+ （4）
由此可见，交流电桥平衡时，除了阻抗大小满足（3）式外，阻抗的相角还要满足（4）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，ω为信号发生器的角频率．其中和为纯电阻，和为电感（包括电感的线性电阻和，FD-FMCT-A 型铁磁材料居里温度测试实验仪中还接入了一个可调电阻），其复阻抗为
1Z 2Z 3Z 4Z 1r 2r 3R 2241132211 L j r Z L j r Z R Z R Z ωω+=+===，，， （5）
当电桥平衡时有
)( )(112221L j r R L j r R ωω+=+ （6） 实部与虚部分别相等，得
112211
22 L R R L r R R r ==， （7） 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（加温时，铁氧体样品温度可能低于传感器温度），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。
三、仪器简介
FD-FMCT-A 铁磁材料居里温度测试实验仪主要包括主机两台，手提实验箱壹台。
图7 实验主机（信号发生器和频率计）
面板说明：（1）数字频率计：显示信号发生器的输出频率，“输入”（红黑接线座）——可以外部接入，测量信号频率（如正弦波）。（2）信号发生器：“输出”——正弦波信号输出端，用Q9连接线连接实验箱，“频率调节”——调节正弦波频率，右旋增大。“幅度调节”——调节正弦波信
号的幅度，右旋增大。
图8 实验主机（交流电压表和信号采集系统）
面板说明：（1）交流电压表：测量交流电桥输出的电压信号，“输入”（红黑接线座）——外部信号接入，可以测量交流电压（如正弦波电压）。（2）信号采集系统：“样品温度”——将温度传感器测得的样品温度信号通过Q9连接线接入信号采集系统，作为测量曲线的横坐标。“电桥输出”——将电桥输出的交流信号接入信号采集系统，作为测量曲线的纵坐标，同时将电桥输出的交流信号接入交流电压表。“串口输出”——通过串口连接线与电脑相连。
图9 实验箱（交流电桥和加热器、温度显示装置）
面板说明：“加热开关”——控制加热器是否开始加热，“温度输出”——通过Q9连接线与图2实验主机中的“样品温度”连接，“加热速率调节”——控制加热器的加热速率，右旋加热速率增大。右边两个线圈和电阻以及电位器可以按照左下“接线示意图”接成交流电桥。“接交流电压表”——通过Q9线与图2中“电桥输出”相连，“接信号源”——用Q9线与图1中信号发生器“输出”端相连。
实验仪器相关参数
1．信号发生器 频率调节 500Hz－1500Hz
幅度调节 2V-10V（峰－峰值）
2．数字频率计 分辨率 1Hz
量程 0－9999Hz
3．交流电压表 分辨率 0.001V
量程 0－1.999V
4．数字温度计 量程 0 o C－150o C
分辨率 0.1 o C
5．铁磁样品 居里温度分别为 60 o C±2 o C和80 o C±2 o C
【实验过程】
1、将两个实验主机和手提实验箱按照前面的仪器说明连接起来，并将实验箱上的交流电桥按照“接线示意图”连接，用串口连接线将实验主机与电脑连接。
2、打开实验主机，调节交流电桥上的电位器使电桥平衡。
3、移动电感线圈，露出样品槽，将实验测试铁氧体样品放入线圈中心的加热棒中，并均匀涂上导热脂，重新将电感线圈移动至固定位置，使铁氧体样品正好处于电感线圈中心，此时电桥不平衡，记录此时交流电压表的读数。
4、打开加热器开关，调节加热速率电位器至合适位置，观察温度传感器数字显示窗口，加热过程中，温度每升高，记录电压表的读数，这个过程中要仔细观察电压表的读数，当电压表的读数在每变化较大时，再每隔左右记下电压表的读数，直到将加热器的温度升高到左右为止，关闭加热器开关。
C o 5C o 5C o 1C o 1005、根据记录的数据作V~T 图，计算样品的居里温度。
6、测量不同的样品或者分别用加温和降温的办法测量，分析实验数据。
7、用计算机进行实时测量，通过电脑自动分析测试样品的居里温度，改变加热速率和信号发生器的频率，分析加热速率和信号频率对实验结果的影响。
【实验数据记录及处理】
按照上面实验过程记录数据如下：
测量条件：
（1）室温＿＿＿＿。
C o （2）信号频率1500Hz 。
（3）升温测量。
（4）测量样品：铁氧体样品，居里温度参考值80。
C o C o 2±表1 铁氧体样品交流电桥输出电压与加热温度关系
T(0C) 30
35 40 45 50 55 60 65 70 75 U(V)
T(0C) 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 U(V)
T(0C) 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 U(V)
作出铁氧体样品的居里温度测量曲线，横坐标为温度T ，纵坐标为电压V 。
从上面的测量曲线上判断该铁氧体样品的居里温度。
同样的方法，可以测量不同的样品在不同的信号频率下，不同的加热速率条件以及升温和降温套间下的曲线。
应用计算机进行实时测量具体操作见软件使用说明。
【注意事项】
1．样品架加热时温度较高，实验时勿用手触碰，以免烫伤。
2．放入样品时需要在铁氧体样品棒上涂上导热脂，以防止受热不均。
3．实验时应该将输出信号频率调节在500Hz以上，否则电桥输出太小，不容易测量。
4．加热器加热时注意观察温度变化，不允许超过120 o C，否则容易损坏其他器件。
5．实验测试过程中，不允许调节信号发生器的幅度，不允许改变电感线圈的位置。
【思考题】
1、铁磁物质的三个特性是什么？
2、用磁畴理论解释样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是什么？
3、测出的V～T曲线，为什么与横坐标没有交点？
JLD-II 型居里点测试仪使用说明书
一、组成：
1．电源箱（示波管及电源供给部份，温度设置、控制、显示部分、及H、B信号处理部分）。
2．加热炉
3．铁磁材料样品
二、主要技术参数：
1．使用电压及频率220V AC 50HZ
2．加热炉温度范围室温~120℃
3．加热电压0~27VDC
4．温度显示数显
5．测量精度≤±1.5℃
6．铁磁材样品5种
三、原理：
对于铁磁物质来讲，由于有磁畴的存在，因此在外加的交变磁场的作用上将产生磁滞现象。
磁带回线就是磁滞现象的主要表现。如果将铁磁物质加热到一定的温度，由于金属点阵中的热运动的加剧，磁畴遭到破坏时，铁磁物质将转变为顺磁物质，磁滞现象消失，铁磁物质这一转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观察示波管上显示的磁滞回线的存在与否来观察测量铁磁物质的这一转变温度的。给绕在待测样品上的线圈L1通一交变电流，产生一交变磁场H，使铁磁物质往复磁化，样品中的磁感应强度B与H的关系B=f (h)为磁带回线（如图所示）
B
H
图1 图2
由于H 正比于i, i 为通过L 1的电流，称为励磁电流，因此可以用i 的讯号代表H 的讯号，为此在励磁电路中串接一个采样电阻R 1 ，将其两端的电压讯号经过放大后送至示波管的X 偏转板以表示H 。B 是通过付线圈L 2中由于磁通量变化而产生的感应电动势来测定的。其感应电动势为ε=?=Φ?dt
d a dt dB 式中a 为线圈截面积，将上式积分得B=?∫??
1dt 由此可见样品的磁感应强度与付线圈L 2上的感应电动势的积分成正比，为此将L 2上的感应电动势经过R 2C 积分线路，从积分电容C 上取出B 值，并加以放大处理后送至示波管的y 偏转板。于是示波管上显示出了样品的磁滞回线。当样品被加热到一定温度时，示波管上的磁滞回线即行消失。对于磁滞回线刚好消失时样品的温度，即为该样品的居里点。
四．使用方法：
1．将加热炉的铁磁材料样品与电源箱，用专用线连接，并把样品放入加热炉。将温度传感器、降温风扇的接插件与接在电源箱后面板上的四芯线上的接插件对应相接。
2． 将B 输出与Y 输入，H 输出与X 输入用专用线相连接，“升温——降温”开关打向升温，
开启电源箱上的电源开关，并适当调节Y 、X 调节，示波管上就显示出了磁滞回线。
3．关闭加热炉上的两风门（旋扭方向和加热炉的轴线方向垂直），将“测量----设置” 开关打向“设置”，设定好炉温后，打向“测量”，加热炉工作，炉温逐渐升向
设置的温度。
4． 当炉温达到该样品的居里点时，磁滞回线消失成一条直线，记录下此时数显温度表显示的
温度值——该样品的居里点。
5．打开加热炉上的两风门（风门上的旋扭方向和加热炉的轴线方向平行），把“升温——降温”开关打向降温，让加热炉降温后，换一样品重复上述过程，直到样品测完为止。
五．注意事项
1．当样品放入炉内加热过程中，随着炉温的升高，L 1的电感量在不断减少，从电阻R 1上取出
的H 信号相对的在不断的升高，所以在实验过程中应适当的调节X 调节，使其在示波管上显现出比较理想的磁滞回线。
2．测量样品的居里点时，一定要让炉温从低温开始升高，即每次要让加热炉降温后再放入样
品温量，这样可避免由于样品和温度传感器响应时间的不同而引起的居里点每次测量值的不同。
3．温度传感器可以调整，样品磁环磁在温度传感器边缘与传感器接触，采集温度
最佳。
4．在测80℃以上样品时，温度很高，小心烫伤。
铁磁材料居里点的测定实验报告
铁磁材料居里点的测定实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解示波器测量动态磁滞回线的原理和方法； （2）学会一种测量铁磁材料居里点的方法。 2.实验仪器 用于测量环状磁性介质样品的JLD-Ⅲ居里点测量仪（含五种样品）。 二、实验原理 1.铁磁材料和居里点 铁磁材料在很小的磁场作用下就被磁化到饱和，不但磁化率大于零，而且达到 χ~10 —106 数量级，当铁磁性物质的温度高于临界温度Tc（居里点温度）时，铁磁性物质
转变成为顺磁性。即在居里点附近，材料的磁性发生突变。 反复磁化铁磁材料时会出现磁滞现象。另一重要的特点就是磁滞。磁滞现象是材料磁化时，材料内部的磁感应强度B 不仅与当时的磁场强度 H 有关，而且与以前的磁化状态有关。 2.示波器测量磁滞回线的原理 如图所示，给待定铁心线圈（N匝）通50Hz交流电，次级线圈产生的感应电动势为 ε = - WS dB ,次级回路电压方程为ε = Ri + u C，dt
当R >> 1 2πfC 时，Ri >> u C,则 i = ε R =- WS R dB dt . t时刻， u C =q C = q0 C +1 C ∫idt t =(q0 C +WS RC B0 ) -WS RC B 上式中，前一项为t = 0 时，电容初始状态和铁芯初始状态决定的直流电压值，若其为0，则 u C = -WS RC B，即u C∝B，将u C输入示波器y轴，则水平方向偏转与B成正比。 在初级线圈中，u H = R H i H，而H = ni H，则u H = R H n H，将u H输入示波器x轴，则竖直方向偏转与H成正比。 综上，示波器上能够显示出稳定的B-H曲线。 三、实验步骤 测量环状磁性介质的居里点 1.接线：将加热接口与居里点测试仪接口用专线相连；将铁磁材料样品与居里点测试仪用专线
铁磁材料居里点的测量 作者（学生）名 （辽宁科技大学某某学院自动化10-2 千门公子昊）嘻嘻好东西要分享 摘要：本文利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，通过对测量结果的对比发现，采用定性测量和定量测量得到的居里点温度存在一定的差异，并对产生差异的原因进行了简要的分析。 关键词：铁磁材料；居里点；测量方法（3-5个，用分号隔开） 0引言 什么是铁磁材料。 铁磁材料的重要应用。 （先叙述铁磁材料的重要应用，不重要还研究什么意思）。本项研究利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，并对测量结果产生差异的原因进行了简要的分析。（再叙述本文你做什么了） 1实验原理 1.1磁滞回线 当H增加到一定值时，B的增加十分缓慢，磁化接近饱和。以H m和B m 表示饱和值，H从H m减小时，B随之减小，但不沿原曲线返回，而沿ab变化。当H减小为零时，铁磁材料中仍有一定剩磁B r，使磁场反向增加到-H c时，B 下降为零。继续增加反向磁场到-H m，B达到负向最大值-B m，使磁场从-H m减小到零，铁磁质中有负向剩磁-B r，再正向增大磁场到饱和值H m，则得到闭合曲线abcdefa，称为磁滞回线。铁磁质磁化状态的变化总是落后于外加磁场变化的性质称为磁滞。
图1 磁滞回线曲线图 1.2 铁磁质磁化过程的微观解释 铁磁质内相邻原子中的电子自旋磁矩自发地平行排列，形成一个个小的自发磁化区，无外磁场时各磁畴磁化方向杂乱无章，因而对外不显示磁性。若外加磁场较弱则自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大，反之则逐渐缩小(畴壁运动)；若磁场较强，缩小着的磁畴消失，其它磁畴的磁化方向转向外场方向，外场越强，转向越充分，当所有磁畴都沿外磁场方向排列时则达到饱和磁化状态，铁磁质表现出较强的磁性。去除外磁场时分裂成许多磁畴，由于掺杂和内应力等原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态，因而表现出磁滞现象。温度升高时，分子热运动加剧，T>T c时，磁畴全部被破坏，铁磁质转变为顺磁质。 磁化性质 一切可被磁化的物质叫作磁介质。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M、磁场强度H来描述，它们满足一定的关系 （1） 式中：x m是磁化率，M为磁化强度，H为磁场强度，B为磁感应强度，μ为磁导率，μ0为真空中磁导率。 磁介质大体可以分为顺磁质、抗磁质和铁磁质三类。但对于不同类型的磁介质，x m和μ的情况很不一样。对于顺磁质，x m＞0，μ＞μ0；对于抗磁质，x m＜0，μ＜μ0。这两类磁介质的磁性都很弱，它们的|x m|＜＜1，μ μ0，而且都是与H无关的常数。而铁磁质的情况要复杂一些，一般说来M与H不成比例，甚至没有单值关系，即M的值不能由H的值唯一确定，它还与磁化的历史有关，所以x m和μ不再为常数。而是H的函数，即x m=x m(H)，μ=μ(H)。铁磁质的x m和μ一般都很大，所以铁磁质属于强磁性介质。 1.4 用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线
铁磁材料居里温度测试实验 【实验目的】 1．了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理。 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。 【实验仪器】 FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪，示波器检 【实验原理】 一、概述：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，近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料，因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。 铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变，当温度上升至某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称为居里温度，居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量，它仅与材料的化学成分和晶体结构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关，因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。 本实验仪根据铁磁物质磁矩随温度变化的特性，采用交流电桥法测量铁磁物质自发磁化消失时的温度，该方法具有系统结构简单，性能稳定可靠等优点，通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统，可以通过计算机自动扫描分析， 二、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（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。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，直到所有磁畴都沿外磁场排列好，介质的磁化就达到饱和。
钙钛矿锰氧化物居里温度的测定 物理学院 111120160 徐聪 摘要：本文阐述了居里温度的物理意义及测量方法，测定了钙钛矿锰氧化物样品 在不同实验条件下的居里温度，最后对本实验进行了讨论。 关键词：居里温度，钙钛矿锰氧化物，磁化强度，交换作用 1. 引言 磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。在磁性材料内部，交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是随着温度升高，原子热运动能量增大，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列，当升高到一定温度时，热运动能和交换作用能量相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料呈现顺磁性，此即居里温度。 不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 2.居里温度的测量方法 测量材料的居里温度可以采用许多方法。常用的测量方法有： （1）通过测量材料的饱和磁化强度的温度依赖性得到曲线，从而得到降为零时对应的居里温度。这种方法适用于那些可以用来在变温条件下直接测量样品饱和磁化强度的装置，例如磁天平、振动样品磁强计以及等。 （2）通过测定样品材料在弱磁场下的初始磁导率的温度依赖性，利用霍普金森效应，确定居里温度。 （3）通过测量其他磁学量（如磁致伸缩系数等）的温度依赖性求得居里温度。 （4）通过测定一些非磁学量如比热、电阻温度系数、热电势等随温度的变化，随后根据这些非磁学量在居里温度附近的反常转折点来确定居里温度。 3. 钙钛矿锰氧化物 钙钛矿锰氧化物指的是成分为(R是二价稀土金属离子，为一价碱土金属离子)的一大类具有型钙钛矿结构的锰氧化物。理想的型(为稀土或碱土金属离子，为离子)钙钛矿具有空间群为的立方结构，如以稀土离子作为立方晶格的顶点，则离子和离子分别处在体心和面心的位置，同时，离子又位于六个氧离子组成的八面体的重心，如图1(a)所示。图1(b)则是以离子为立
铁磁材料居里温度的测试 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ε'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63.2℃ 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91.7℃ 2.各样品的U~T曲线 图1 样品1的U—T曲线
I n d u c e d v o l t a g e (m v ) 示波器法测得Tc= 图2 样品2的U —T I n d u c e d v o l t a g e (m V ) 示波器法测得Tc=91.7℃（室温25℃）；U~T 曲线用切线法测得Tc=92.8℃ 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出入，但基本上相等。
4.思考题： （1）、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（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。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。 （2）、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T C，而不是由曲线与温度轴的交点来确定T C？ 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。 （3）、为什么尽可能选择高的“激励电压”，以得到尽可能高的（室温）初始（输出）感应电压（“电压测量”框中显示的数值），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U~T 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。
钙钛矿锰氧化物居里温度的测定 摘要：居里温度是指材料可以在铁磁体（亚铁磁体）和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁磁性（亚铁磁性）转变成顺磁性的相变温度。不同材料的居里温度时不同的。本次实验是通过测定弱交变磁场下磁化强度随温度变化来测定样品的居里温度。本文阐述了居里温度的物理意义及测量方法，测定了钙钛矿锰氧化物样品在实验条件下的居里温度，最后对本实验进行了讨论 关键词：居里温度、钙钛矿锰氧化物、磁化强度 M-T曲线。 一、引言 磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。在磁性材料内部，交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是随着温度升高，原子热运动能量增大，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列，当升高到一定温度时，热运动能和交换作用能量相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料呈现顺磁性，此即居里温度。不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 二、实验目的 1．了解磁性材料居里温度的物理意义。 2．测定钙钛氧锰氧化物样品的居里温度。 三、实验原理 1.居里点 物体在外磁场下产生不同的磁矩，M=(1+χm)。根据其性质不同可分为抗磁性 （χm<0），顺磁性（χm>0），铁磁性（χm～10?106，自发磁化）等。此外还有反铁磁性和亚铁磁性等其他性质复杂的磁性物质。其中铁磁性物质的磁特性会随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时，铁磁性材料会由铁磁状态转变为顺磁状态，这个温度称之为居里温度，以T c表示，并且之后χm?T关系服从居里外斯定律，即χm=C/(T?T c)，其中C是居里常数。 2.居里温度的测量方法 通过测定材料的饱和磁化强度和温度依赖性得到Ms—T曲线，从而得打Ms降为零时所对应的居里温度。这种方法适用于那些可以用来在变温条件下直接测量样品饱和磁化强度的装置，例如磁天平、振动样品磁强计以及SQUID等。图1示出了纯Ni的饱和磁化强度的度依赖性。由图(1)可以确定Ni的居里温度。
实验十一 居里温度的测量 居里温度是表征磁性材料性质和特征的重要参量，测量磁导率和居里温度的仪器很多，例如磁天平、振动样品磁强计、磁化强度和居里温度测试仪等，测量方法有感应法、谐振法、电桥法等． 【实验目的】 1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理． 2. 学习JZB-1型居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法． 3. 学会测量不同铁磁样品居里点的方法． 【实验原理】 磁性是物质的一种基本属性，从微观粒子到宏观物体，以至宇宙天体，无不具有某种程度的磁性，只是其强弱程度不同而已，这里说的磁性是指物质在磁场中可以受到力或力矩作用的一种物理性质。使物质具有磁性的物理过程叫做磁化，一切可以被磁化的物质都叫做磁介质．磁介质的磁化规律可用磁感应强度B 、磁化强度M 、磁场强度H 来描述，当介质为各向同性时，它们满足下列关系： ()()H H H M H B r m μμμχμμ==+=+=0001 （1） 其中m r χμ+=1，r μ称为相对磁导率，是个无量纲的量．为了简便，常把r μ简称为介质磁导率，m χ称为磁化率，m H /1047 0-?=πμ称为真空磁导率，r μμμ0=称为绝对磁导率．H M m χ=． 在真空中时0=M ，H 和B 中只需一个便可完全描述场的性质．但在介质内部，H 和B 是两个不同的量，究竟用H 还是用B 来作为描述磁场的本征量，根据磁场的性质有各种不同的表现来选择．因为H 和B 两者描述了不同情况下磁场的性质，它们都是描述磁场性质的宏观量，都是真正的物理量．在某些问题中，比如在电磁感应、霍尔效应、测量地磁水平分量等问题中，由于起作用的是磁通量的时间变化率，牵涉到的是B ；而如果考虑材料内部某处磁矩所受的作用时，起作用的就是H ，比如求退磁能及磁矩所做的功等。 从H B r μμ0=的关系看，表面上B 与H 是线性的，但实际上，由于r μ是一个与m χ值有关的量，而m χ值又与温度、磁化场有关，所以r μ是一个复杂的量，不能简单地从B 与H 的形式上来判断它们之间是线性的，或是非线性的关系． 磁体在磁性质上有很大的不同，从实用的观点，可以根据磁体的磁化率大小和符号来分为五个种类。 (1)抗磁性：是一种原子系统在外磁场作用下，获得与外磁场方向反向的磁矩的现象。某些物质当它们受到外磁场H 作用后，感生出与H 方向相反的磁化强度，其磁化率0
仪器使用指导 TEACHER'S GUIDEBOOK FD-FMCT-A 铁磁材料居里温度测试实验仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd.
FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪仪器说明 一、概述 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，近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料，因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。 铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变，当温度上升至某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称为居里温度，居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量，它仅与材料的化学成分和晶体结构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关，因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。 本实验仪根据铁磁物质磁矩随温度变化的特性，采用交流电桥法测量铁磁物质自发磁化消失时的温度，该方法具有系统结构简单，性能稳定可靠等优点，通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统，可以通过计算机自动扫描分析，该仪器可以用于普通物理电磁学实验或者近代物理实验。 二、仪器简介 FD-FMCT-A型铁磁材料居里温度测试实验仪主要包括实验主机两台、手提实验箱一个，如下所示： 1 2 3 4 图1 实验主机（信号发生器和频率计）
铁磁性材料居里温度的测试 铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里 表示。居里温度是磁性材料的本征参量之一，它仅与材料的化学成分和晶体结温度，以T c 构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等组织结构因素无关，为组织和结构不敏感参量。测定铁磁性材料的居里温度不仅对磁性材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术应用都具有十分重要的意义。 一、数据记录、处理及误差分析 1、实验前应列出记录数据的表格（参见表9—1、9—2），记录时准确定出有效数字位数。注意：要求记录不同样品的（室温）初始（输出）感应电压值。 表9-1磁滞回线消失时所对应的温度值及初始（输出）感应电压值 表9-2感应电动势积分值ε'及其对应的温度T值
2、绘出每个样品的U~T 曲线，按照图9—5的方法确定各自的居里点Tc ，并与通过示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定居里点Tc 方法得到的结果进行比较，并加以分析讨论。 20 30 40 50 60 70 80 90 050100150200250300 350400 i n d u c e d v o l t a g e (m V ) temperature(℃) 图1-1 试样一的U~T 曲线 示波器法测得Tc=85℃(室温26℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=85.2℃ 050100150200250300 350400i n d u c e d v o l t a g e (m V ) temperature(℃) 图1-2 试样二的U~T 曲线 示波器法测得Tc=130.6℃(室温25℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=130.2℃
铁磁材料居里温度的测量 一、实验目的 1、了解物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理。 2、学会一种测量铁磁材料居里点的实验方法。 3、测定铁磁环样品的居里温度。 二、实验原理 1、磁介质与物质的磁性 在磁场的作用下发生变化并反过来影响磁场的物质叫磁介质。磁介质在磁场作用下发生变化的过程叫磁化(任何物质都就是磁介质) 2、磁化的微观机制 安培的分子电流假说:每个分子内部电荷运动的总效果相当于一个圆形电流——分子电流 物质磁性的根源:原子内部电荷运动。 温度对磁性有显著影响。分子热运动,对磁畴磁矩有序排列有破坏作用,温度升高到一定数值,铁磁性消失。 居里点——铁磁材料失去磁性或者从铁磁相转变为顺磁相的温度(相变)。 测量原理: 给绕在待测样品磁环上的线圈L1通交变电流i(励磁电流),产生交变磁场H,使铁磁环反复磁化。样品中B与H的关系B=f(H)为磁滞回线。 由于H正比于L1的电流,因此可以用电流的信号代表H的信号。 在励磁电路中串接采样电阻R1,将其两端的电压讯号(与电流正比)经放大后, 送至示波器的X轴输入以表示H。
B就是通过副线圈L2中因磁通量变化而产生的感应电动势来测定的。 所以,磁环中B与L2上感应电动势积分成正比。将L2上经过R2C积分电路,从积分电容上取出B值,放大处理送至示波器Y轴输入。 示波器x轴输入反映H,Y轴输入反映B,示波器显示磁滞回线。当磁环被加热到一定温度,磁滞回线消失。对应温度即居里点。 三、实验仪器 JHD-Ⅱ型居里点测试仪: 1、电源箱(电源部分,温度设置控制,H、B信号处理部分); 2、加热炉 3、铁磁材料样品; 4、示波器。 四、注意事项 1、实验过程中适当调节X衰减,以显示较理想的磁滞回线。 2、每次须让加热炉降至常温再放入样品,以免温度传感器响应时间不同引起测量误差。 3、谨慎换放样品,不能拉扯金属插头外导线。 4、测800以上样品,小心高温烫伤。 5、观察磁滞回线时,两线圈有互感,故始终有感应电压。因此,当磁滞回线变为直线时,不能将Y轴输入衰减无限减小。 五、实验内容 一、观察材料升温过程中磁滞回线消失及居里点 1、连线、放样品。连线加热炉与电源箱面板;样品与电源箱专用线连接,放入
实验九铁磁性材料居里温度的测试 铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里 表示。居里温度是磁性材料的本征参量之一，它仅与材料的化学成分和晶体结温度，以T c 构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等组织结构因素无关，为组织和结构不敏感参量。测定铁磁性材料的居里温度不仅对磁性材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术应用都具有十分重要的意义。 一、数据记录、处理及误差分析 1、实验前应列出记录数据的表格（参见表9—1、9—2），记录时准确定出有效数字位数。注意：要求记录不同样品的（室温）初始（输出）感应电压值。 表9-1磁滞回线消失时所对应的温度值及初始（输出）感应电压值 表9-2感应电动势积分值ε'及其对应的温度T值
样品编号3 (室温)初始(输出)感应电压332 mV，磁滞回线消失时所对应的温度值104.6 ℃ 2、绘出每个样品的U~T曲线，按照图9—5的方法确定各自的居里点Tc，并与通过示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定居里点Tc方法得到的结果进行比较，并加以分析讨论。 图1-1 试样一的U~T曲线 示波器法测得Tc=65.9℃(室温25℃) U~T曲线用切线法测得Tc=65.2℃
图1-2 试样二的U~T曲线示波器法测得Tc=104.7℃(室温25℃) U~T曲线用切线法测得Tc=103.2℃ 图1-3 试样三的U~T曲线 示波器法测得Tc=104.6℃(室温25℃)
U~T曲线用切线法测得Tc=103.5℃ 答：从数据处理的结果我们可以看出，用示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定的居里点Tc比通过感应电动势随温度变化的曲线来推断居里点温度略大，但基本上相等。影响示波器测量结果的因素有（1）待测样品上的线圈L1、L2互绕在一起有一定的互感，始终存在一定感应电压，使示波器显示的磁滞回线不能准确地反映待测样品的真实磁滞回线的情况。（2）由于人眼的分辨率的影响，当磁滞回线变为一直线时，人们对形成直线的判断不同，因此在读取磁滞回线消失时的温度时造成误差。影响通过感应电动势随温度变化的曲线推断居里点温度结果的因素有（1）由于磁芯有温度滞后效应，所以加热速率的快慢对居里点Tc测试结果会略有影响。（2）在绘制U~T曲线后，切线作图的准确性和坐标点的读取也会对测试结果产生影响。 3、实验数据点在图中要明显点出，画曲线要求做到一笔落成，曲线要光滑、粗细要均匀。答：请见图1—1、1—2、1—3。 4、对实验现象和误差进行分析讨论。 答：在实验开始时，通过调节示波器，我们可以观察到B~H曲线为一闭合曲线，即磁滞回线。这是因为铁磁物质最大的特点是当它被外磁场磁化时，其磁感应强度B和磁场强度H 的关系不是非线性的，也不是单值的，而且磁化情况还与它以前的磁化历史有关。开始时，随着温度的升高，感应电动势缓慢降低，在50℃或60℃以后，感应电动势迅速降低，直至为0mV；而磁滞回线随温度的升高逐渐变扁变宽，在某一温度（居里温度）时，磁滞回线消失变成一条直线，这是因为铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度就是居里温度。在实验数据处理后，用磁滞回线和U~T曲线做切线方法所得到的居里温度Tc不同，所造成的误差可能有，磁滞回线法：（1）待测样品上的线圈L1、L2互绕在一起有一定的互感，始终存在一定感应电压，使示波器显示的磁滞回线不能准确地反映待测样品的真实磁滞回线的情况。（2）由于人眼的分辨率的影响，当磁滞回线变为一直线时，人们对形成直线的判断不同，因此在读取磁滞回线消失时的温度时造成误差。U~T曲线做切线法：（1）由于磁芯有温度滞后效应，所以加热速率的快慢对居里点Tc测试结果会略有影响。（2）在绘制U~T曲线后，切线作图的准确性和坐标点的读取也会对测试结果产生影响。 二、思考题 1.样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是什么？试用磁畴理论进行解释。 答：样品的磁化强度在温度达到居里点时发生突变的微观机理是，铁磁性物质的磁化与温度有关，存在一临界温度Tc称为居里温度（也称为居里点）。当温度增加时，由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列，但在未达到居里温度Tc时，铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列，此时物质仍具有铁磁性，仅其自发磁化强度随温度升高而降低。如果温度继续升高达居里点时，物质的磁性发生突变，磁化强度M（实为自发磁化强度）剧烈下降，因为这时分子热运动足以使相邻原子（或分子）之间的交换耦合作用突然消失，从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列，此时磁畴消失，铁磁性变为顺磁性。 2.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：在εeff(B)～T曲线斜率最大处作切线，与横坐标轴（温度）相交的一点即为居里温度Tc，
课题四铁磁材料基本特性的测量与研究 一、课题意义 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．磁滞回线和居里温度是表征磁性材料的两个基本特性．磁滞回线反映磁性材料在外磁场中的磁化特性，而居里温度则是磁性材料由铁磁性转变为顺磁性的相变温度． 本实验通过对软磁铁氧体材料居里温度及动态磁滞回线的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解． 二、参考文献及资料 【1】自编. 普通物理电磁学实验讲义（内部用）. 【2】张兆奎.大学物理实验（第二版）.高等教育出版社. 【3】马文蔚.物理学教程.高等教育出版社. 【4】网选资料(自选). 三、提供仪器及材料 仪器：数字万用表1块，铂电阻数字温度计1块，加热装置1套，实验接线板，功率函数信号发生器1台，双踪示波器1台等． 材料：实验配件（包括精密电阻、磁性材料样品、短接桥、电容器、电阻、电位器、环型磁性材料样品线圈等）；导线若干。 四、开题报告及问题 学生作此课题时，要先查阅文献资料，对以下问题有初步了解，写出简要开题报告交教师审阅合格后，才能做此课题。 1、什么是四臂阻抗电桥？如何用交流电桥测量居里温度？ 2、测量铁磁物质的基本磁化曲线和磁滞回线各有什么意义？
3、如何用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线？ 4．通过实验后，能否说明在测量基本磁化曲线和磁滞回线必须先退磁的原因？ 5、简述研究此课题各子课题的设计方案。 五、课题的内容及要求 根据所给仪器及器件，要求设计实验方案和装置研究测量软磁铁磁性材料基本特性的实验。 1、测量软磁铁材料动态磁滞回线。 2、测量软磁铁氧体材料居里温度。 3、讨论磁性材料的基本特性和一些应用。 六、结题报告及论文 1、写明本课题的研究意义及目的。 2、阐述本课题的研究原理。 3、记录研究全过程的步骤及观察的现象。 4、列表处理数据，对结果进行分析研究。 5、介绍磁性材料在科研中的用途。 6、谈谈对本课题研究的体会及收获。 7、在本课题研究中你是否有创新的见解和方案。
铁磁材料居里点的测量 辽宁科技大学 机械工程与自动化学院 机械设计11-A1 毕帅 [摘要]：本文利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，通过对测量结果的对比发现，采用定性测量和定量测量得到的居里点温度存在一定的差异，并对产生差异的原因进行了简要的分析。 [关键词]：铁磁材料；居里点；测量方法 引言；铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变，当温度上升至某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称为居里温度，以T c 表示。居里温度是磁性材料的本征参数之一，它仅与材料的化学成分和晶体结构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关，因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。本项研究利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，并对测量结果产生差异的原因进行了简要的分析。 一、实验原理 1.1基本理论 在铁磁物质中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域，这个区域的体积约为10-8m 3 ,称之为磁畴。在没有外磁场作用时，不同磁畴的取向各不相同，如图1所示。因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观区域的平均磁矩为零，铁磁物质不显示磁性。当有外磁场作用时，不同磁畴的取向趋于外磁场的方向，任何宏观区域的平均磁矩不再为零，且随着外磁场的增大而增大。当外磁场增大到一定值时，所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，如图2所示，任何宏观区域的平均磁矩达到最大值，铁磁物质显示出很强的磁性，我们说铁磁物质被磁化了。铁磁物质的磁导率μ远远大于顺磁物质的磁导率。 铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种强磁性是与温度有关的，随着铁磁物质温度的升高，金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，但在未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴磁矩基本平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。而当与k T （k 是玻尔兹曼常数，T 绝对温度）成正比的热运动能足以破坏磁畴磁矩的整齐排列时， 磁畴被瓦解，平均磁矩降为零，铁磁物质的磁性消失而转变为顺磁物质，与磁畴相联系的一系列铁磁性 图 1 无外磁场作用的磁畴 图 2 在外磁场作用下的磁畴
标题：铁磁材料居里点的测量 作者： 摘要：介绍了通过转换出分别与磁化强度和磁场强度成正比的电压信号,来定性观察与定量测量居里点的一种方法。 关键词：铁磁材料；居里点；磁滞回线 引言：铁磁材料的磁性随温度的变化而改变，当温度上升到某一定值时，铁磁材料就失掉铁磁物质的特性而转变为顺磁性物质，这一 转变温度称为居里温度，以表示。对的测定不仅对磁性材料、磁性器件的研制、使用，而且对工程技术乃至家用电器的设计都具有重要的意义。 正文：铁磁材料(又称铁氧体)是铁和其它一种或多种适当的金属元素的复合氧化物.按磁滞回线的形状来分,有软磁材料,硬磁(又叫永久磁性)材料。 铁磁材料在工业上,尤其在电力工业上应用最为广泛,如制造发电机,电动机及电力输送变压器上的永久磁铁和硅钢片。我们日常用的家电里有收音机中的天线棒,中周变压器,电视机中的回扫变压器,录象机中的磁头,磁鼓。计算机中的记忆元件,逻辑元件,扬声器以及电话机中都有磁性材料。 铁磁材料在尖端技术和国防科技中应用也很多,如雷达,微波多路通讯,自动控制,射电天文望远镜,远程操纵等。 1，铁磁材料居里点存在的基本原理 以铁为代表的一类磁性很强的物质叫铁磁质。在纯化学元素中,
除铁之外,还有过渡族中的其它元素,如钴,镍和某些稀土族元素如钆,镝,钬都具有铁磁性.但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)。 铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中的电子自旋磁矩可以在小范围内自发地排列起来,形成一个个小的自发磁化区。这种自发磁化区叫做磁畴。 自发磁化只发生在微小的区域(体积约为10 -8 m 3，其中含有1017一1021个原子)内，这些区域叫做磁畴。 如图19-l，其中图19-l(a)为单晶磁畴结构示意图，图19-l(b)为多晶磁畴结构示意图。由图可见在没有外磁场作用时，在每个磁畴中，原子磁矩已经取向同一方位，但对不同的磁畴其分子磁矩的取向各不相同，磁畴的这种排列方式,使磁体处于最小能量的稳定状态.因此对整个铁磁体来说，任何宏观区域的总磁矩仍然为零，整个磁体不显磁性。线条为畴界，箭头为磁畴的磁化方向。 但在外加磁场后将显示出宏观的磁性来。当外加的磁化场不断加大时,磁畴的磁化方向在不同程度上转向磁化场的的磁方向,当所有畴都按磁化场的方向排列好,介质的磁化就达到饱和。饱和时的磁化强度是很大的。介质掺杂和内应力在磁化场去掉后阻碍着磁畴
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 1.FD-FMCT-A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。 3.JLD-Ⅱ型居里温度测试仪 4.10M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（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。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（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。 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，在化学元素中，除铁之外，还有过度族中的其它元素（钴、镍）和某些稀土族元素（如镝、钬）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），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MO·Fe2O3(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Ni—Zn铁氧体等为中心，主要作为磁芯材料。
图 1 铁磁性材料居里点的测定 一实验目的 1.通过实验，对感应电压输出随温度升高而下降的现象进行观察，初步了解铁磁性材料在居里温度点由铁磁性变为顺磁性，从了解整个磁性材料参数变化的微观机理。 2.用感应法测定磁性材料的)(B eff ε—T 曲线并求出其居里温度。 二实验设备 居里点实验仪 （QS —CT 型） 三实验原理 1． 基本原理 物质的磁化可分为抗磁性，顺磁性和铁磁性三种。具有铁磁性的物质称为铁磁体。铁、镍、钴、镝等元素的多种合金就是铁磁体。在铁磁体中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这种相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域。自发磁化只发生在微小的区域（体积约为8 10-m 3,其中含有1017－1021个原子），这些区域称为磁畴。在没有外磁场作用时，在每个磁畴中，原子的分子磁矩均取向同一方位，但对不同的磁畴，其分子磁矩的取向各不相同，见图1，其中图1（a ）为单晶磁畴结构示意图，图1（b ）为多晶磁畴结构示意图。磁畴的这种排列方式，使磁体能量处于最小的稳定 状态。因此，对整个铁磁体来说，任何宏观区域的平均磁矩为零，物体不显示磁性。 在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能低于磁矩与外磁场反向排列时的磁能。结果是自发磁化磁矩与磁场成小角度的磁畴处于有利地位，磁畴体积逐渐扩大；而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后再继续增加磁场，使所有磁畴沿外磁场方向整齐排列，这是磁化达到饱和，图2是某单晶结构磁体磁化过程的示意图。 铁磁性物质的磁化与温度有关，存在一临界温度T C 称为居里温度（也称居里点）（如图 3）。当温度增加时，由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列，但在未达到居里温度T C 时，铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列，此时物质仍具有铁磁性，仅其自发磁化强度随温度升高而降低。如果温度继续升高达居里点时，物质的磁性发生突变，磁化强度M （实为自发磁化强度）剧烈下降！因为这时分子热运动足以使相邻原子（或分子）之间的交换耦合作用突然消失，从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列。此时磁畴消失，铁磁性变为顺磁性。 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。例如铁、镍、钴的居里点分别为1043K 、631K 、1393K 。 (a) (b)
居里温度测量 侯建强 （南京大学匡亚明学院理科强化部2010级，学号：101242015） 摘要：温度是表征磁性材料性质和特征的重要参量，测量磁导率和居里温度的仪器很多，例如磁天平、振动样品磁强计、磁化强度和居里温度测试仪等，测量方法有感应法、谐振法、电桥法等。本实验测定了钙钛矿锰氧化物样品在不同实验条件下的居里温度，最后对本实验进行了讨论。 关键词：居里温度，磁化强度 1.引言 磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。在磁性材料内部，交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是随着温度升高，原子热运动能量增大，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列，当升高到一定温度时，热运动能和交换作用能量相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料呈现顺磁性，此即居里温度。 不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 2.实验目的 （1）初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理； （2）学习JZB-1型居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法； （3）学会测量不同铁磁样品居里点的方法。 3.实验原理 磁性是物质的一种基本属性，从微观粒子到宏观物体，以至宇宙天体，无不具有某种程度的磁性，只是其强弱程度不同而已，这里说的磁性是指物质在磁场中可以受到力或力矩作用的一种物理性质。使物质具有磁性的物理过程叫做磁化，一切可以被磁化的物质都叫做磁介质．磁介质的磁化规律可用磁感应强度{EMBED Equation.3 |B、磁化强度、磁场强度来描述，当介质为各向同性时，它们满足下列关系： （1） 其中，称为相对磁导率，是个无量纲的量．为了简便，常把简称为介质磁导率，称为磁化率，称为真空磁导率，称为绝对磁导率．． 在真空中时，和中只需一个便可完全描述场的性质．但在介质内部，和是两个不同的量，究竟用还是用来作为描述磁场的本征量，根据磁场的性质有各种不同的表现来选择．因为和两者描述了不同情况下磁场的性质，它们都是描述磁场性质的宏观量，都是真正的物理量．在某些问题中，比如在电磁感应、霍尔效应、测量地磁水平分量等问题中，由于起作用的是磁通量的时间变化率，牵涉到的是；而如果考虑材料内部某处磁矩所受的作用时，起作
南京大学 近代物理实验报告 12.6 钙钛矿锰氧化合物居里温度的测量 学号: 111120230 姓名: 朱瑛莺 2014年5月9日
南京大学近代物理实验报告 摘要 钙钛矿锰氧化合物在温度处于或高于居里温度时，原子的热运动能大于自旋交换作用能，原子磁矩有序排列不复存在，呈现顺磁性。本实验通过测量样品磁化强度随 曲线，得到材料的居里温度。 温度的变化并绘制M T 关键词：居里温度钙钛矿锰氧化物磁化强度补偿线圈
南京大学近代物理实验报告 1 引言 1、磁性材料的自发磁化来自磁性电子间的交换作用。在磁性材料内部，交换作用总是力图使原子磁矩呈有序排列：平行取向或反平行取向。但是随着温度升高，原子热运动能量增大，逐步破坏磁性材料内部的原子磁矩的有序排列，当升高到一定温度时，热运动能和交换作用能量相等，原子磁矩的有序排列不复存在，强磁性消失，材料呈现顺磁性，此即居里温度。 不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 居里温度的测量方法 （1）通过测定材料的饱和磁化强度和温度依赖性得到Ms —T 曲线，从而得打Ms 降为零时所对应的居里温度。这种方法适用于那些可以用来在变温条件下直接测量样品饱和磁化强度的装置，例如磁天平、振动样品磁强计以及SQUID 等。图1示出了纯Ni 的饱和磁化强度的度依赖性。由图可以确定Ni 的居里温度。 图1 Ni 的Ms —T 曲线 图2 镍锌铁氧体的μi —T 曲线 （2）通过测定材料在弱磁场下的初始磁导率μi 的温度依赖性，利用霍普金森效应，确定居里温度。霍普金森效应指的是一些软磁材料的初始磁导率在居里点附近，由于磁晶各向异性常数K1 随温度升高而趋于零的速度远快于饱和磁化强度随温度的变化，而初始磁导率μi∝Ms2/K1，因此在局里温度附近，μi 会显示一最大值，随后快速趋于零的现象。 图2示出了不同成分的镍锌铁氧体的初始磁导率随温度的变化，这些材料的霍普金森效应十分明显。由图也可以确定各样品的居里温度。 （3）通过测量其他磁学量（如磁致伸缩系数等）的温度依赖性求得居里温度。 （4）通过测定一些非磁学量如比热、电阻温度系数、热电势等随温度的变化，随后根据这些非磁学量在居里温度附近的反常转折点来确定居里温度。 2、钙钛矿锰氧化物 钙钛矿锰氧化物指的是成分为31MnO A R x x (R 是二价稀土金属离子，A 为一价碱土金属离子)的一大类具有ABO 3型钙钛矿结构的锰氧化物。理想的ABO 3型(A 为稀土或 碱土金属离子，B 为Mn 离子。钙钛矿具有空间群为立方结构，如以稀土离子A 作为立方晶格的顶点，则Mn 离子和离B 子分别处在体心和面心的位置，同时，Mn 离子又