实验报告
姓名：何振涛 学号：111050109 专业班级：应用物理1101
测量铁磁材料居里温度的方法很多，例如磁称法、感应法、电桥法和差值补偿法等。它们都是利用铁磁物质磁矩随温度变化的特性，测量自发磁化消失时的温度。本实验采用感应法。测量感应电动势随温度变化的规律，从而得到居里点T C 。
【实验目的】
1．通过实验，对感应电动势随温度升高而下降的现象进行观察，初步了解铁磁材料在居里温度点由铁磁性变为顺磁性的微观机理。
2．用感应法测定磁性材料的曲线ε～T 并求出其居里温度。 3．用示波器观测铁磁性材料的磁滞回线和居里温度。
【实验仪器】
居里点测定仪 附件盒 双踪示波器
【实验原理】
1． 基本原理
科学实践证明，铁磁物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，铁磁物质中相邻原子的电子磁矩具有非常强的交换耦合作用，这种相互作用促使相邻原子的电子自旋磁矩平行排列起来，形成一个个自发磁化达到饱和状态的区域，称为磁畴。磁畴的几何线度可以从微米量级到毫米量级，形状一般很不规则，在不同材料或同一材料的不同区域有很大的不同。
在没有外磁场作用时，不同磁畴的自发磁化方向各不相同，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，不同磁畴的磁矩方向趋于外磁场的方向，宏观区域的平均磁矩不再为零，这时铁磁物质显示出宏观的磁性，这一过程通常称为技术磁化。宏观区域的平均磁矩随着外磁场的增大而增大，当外磁场增大到一定值时，所有磁畴的磁矩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，这时铁磁材料的磁化就达到了饱和。由于在每个磁畴中电子自旋磁矩已完全整齐排列起来，所以铁磁物质的磁性要比顺磁材料的磁性要强的多，其磁导率u 远远大于顺磁材料的磁导率。并且，铁磁材料里的渗杂和内应力在外磁场去掉后阻碍着磁畴恢复到原来的退磁状态，因此在外加的
图（1） 图（2）
由上述铁磁性的微观机理可以看出，物质的铁磁性与磁畴结构是分不开的，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的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为
零，物质仍具有铁磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。而当与KT （k 是玻尔兹曼常数，T 是绝对温度）成正比的热运动能大到足以破坏磁畴内各原子的电子自旋磁矩的整齐排列时，磁畴被瓦解，这时与磁畴联系的一系列铁磁性质全部消失，铁磁物质便转变为顺磁物质，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率，并且磁滞现象消失，物质这一磁性转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观察示波器上显示的磁滞回线的存在与 否来定性观察这一转变过程，同时，通过作感应电压（对应于磁导率）--温度曲线图来定量测量铁磁物质的这一转变温度。 2． 测量装置
由居里温度的定义知道要测量铁磁物质的居里点，其测量装置必须具备四个功能：提供使样品磁化的磁场；改变铁磁物质温度的温控装置；判断铁磁性是否消失的判断装置；测量铁磁物质铁磁性消失时所对应温度的测量装置。以上四个功能是由图（3）所示的系统装置实现。
3．测量原理
给绕在待测铁磁样品上的线圈L 1通一交变电流，如图（4）所示，产生一交变磁场H ，使铁磁样品往复磁化，铁磁样品中的磁感应强度B 与磁场强度H 的关系B=f(H)为磁滞回线，如图（5）所示。
图（5）
由于H 正比于i ，i 为通过L 1的电流，称为激磁电流，因此可以用i 的讯号代表H 的讯号，为此在激励电路中串接一个采样电阻R 1，将其两端的电压讯号U R1送至示波器的X 轴输入以表示H 。B 是通过副线圈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= -N2d Φ /dt = -N2S dB/dt
式中的S 为线圈的截面积，N 2为次级线圈匝数，将上式积分得：
B =
1
S
⎰εdt
由此可见铁磁样品的磁感应强度与副线圈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器的Y 轴输入。于是示波器上显示出了铁磁样品的磁滞回线。当铁磁样品被加热到一定温度时，示波器上的磁滞回线即行消失。对应于磁滞回线刚好消失时铁磁样品的温度，即为铁磁样品的居里点T C 。
我们完全可以用测出的ε～T 曲线来确定居里温度T C 。在ε～T 曲线斜率最大处作切线，与横坐标轴相交的一点即为居里温度T C 。如图（6）所示。这是因为有居里点时，铁磁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ε～T 曲线不可能与横坐标相交。
ε
C
图（6）
【实验步骤】
测量环状磁性介质样品的居里点
１．先将三芯电源线插入仪器的电源插孔中（在仪器的右侧面），将加热炉的铁磁材料样品与电源箱，用专用线链接，并把样品放入加热炉。 ２．用实验连接线将“电热丝”与“加热输出”相连、“温度传感器”与“温度传感器输入”相连。居里点测定仪面板上X 轴、Y 轴分别与示波器的X 轴、Y 轴用两根专用屏蔽线相连，插好样品。
３．打开示波器及实验仪器的电源开关，将示波器打在X —Y 功能上，调出磁滞回线，调节示波器的放大倍数到适中，同时转动“激磁电源调节”和“X 轴调节”旋钮使样品的磁滞回线到最佳。
４．顺时针转动“加热控制”旋钮，指示灯亮，电阻丝开始加热。加热速度的快慢看指示灯闪烁快慢或温度显示数字上升的快慢。
５．温度T 每升高50C 记下对应的感应电动势ε值，直到示波器上的磁滞回线消失或电压显示到10mv 时停止加热，让其自然冷却。样品有温度滞后效应，所以，加热的快慢对居里点ΔT C 测试会略有差别。ε～T 陡降阶段须按每1℃作一次测量。 ６．换样品步骤同上。
７．实验完后，关闭电源，拆去各连接线。
【数据记录及处理】
1. 实验前应列出记录数据的表格。
表1 磁滞回线消失时所对应的温度值
2.. 以Ｔ为横坐标，感应电压为纵坐标做出曲线，在曲线斜率最大处作切线，与Ｔ轴相交点
既为样品的居里点。
样品起初曲线变化不大，快到居里点时迅速变化，过了居里点后变化又变慢。
【注意事项】
1． 转动“加热控制”与“激磁电源调节”旋钮时不能用力过猛而损坏仪器。
2． 不要频繁调节“加热控制”与“激磁电源调节”旋钮，以免减少它们的使用寿命。 3． 实验完毕一定要停止加热，以免温度过高损坏仪器。 4． 保持仪器清洁。
5． 保险管装在电源插座内，保险管为0.5A ，更换保险管时保险管选的不能过大，以
免起不到保护作用。
【实验总结】
实验过程重要小心加热炉温度会慢慢上升，不要烫伤。磁铁材料样品在加热过程中，随温度变化，感应电动势先慢慢变化，再迅速变化，然后又变平缓。实验中一定让温度竟可能的平静下来，这样实验结果才有意义。
实验报告
姓名：何振涛 学号：111050109 专业班级：应用物理1101
测量铁磁材料居里温度的方法很多，例如磁称法、感应法、电桥法和差值补偿法等。它们都是利用铁磁物质磁矩随温度变化的特性，测量自发磁化消失时的温度。本实验采用感应法。测量感应电动势随温度变化的规律，从而得到居里点T C 。
【实验目的】
1．通过实验，对感应电动势随温度升高而下降的现象进行观察，初步了解铁磁材料在居里温度点由铁磁性变为顺磁性的微观机理。
2．用感应法测定磁性材料的曲线ε～T 并求出其居里温度。 3．用示波器观测铁磁性材料的磁滞回线和居里温度。
【实验仪器】
居里点测定仪 附件盒 双踪示波器
【实验原理】
1． 基本原理
科学实践证明，铁磁物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，铁磁物质中相邻原子的电子磁矩具有非常强的交换耦合作用，这种相互作用促使相邻原子的电子自旋磁矩平行排列起来，形成一个个自发磁化达到饱和状态的区域，称为磁畴。磁畴的几何线度可以从微米量级到毫米量级，形状一般很不规则，在不同材料或同一材料的不同区域有很大的不同。
在没有外磁场作用时，不同磁畴的自发磁化方向各不相同，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，不同磁畴的磁矩方向趋于外磁场的方向，宏观区域的平均磁矩不再为零，这时铁磁物质显示出宏观的磁性，这一过程通常称为技术磁化。宏观区域的平均磁矩随着外磁场的增大而增大，当外磁场增大到一定值时，所有磁畴的磁矩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，这时铁磁材料的磁化就达到了饱和。由于在每个磁畴中电子自旋磁矩已完全整齐排列起来，所以铁磁物质的磁性要比顺磁材料的磁性要强的多，其磁导率u 远远大于顺磁材料的磁导率。并且，铁磁材料里的渗杂和内应力在外磁场去掉后阻碍着磁畴恢复到原来的退磁状态，因此在外加的
图（1） 图（2）
由上述铁磁性的微观机理可以看出，物质的铁磁性与磁畴结构是分不开的，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的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为
零，物质仍具有铁磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。而当与KT （k 是玻尔兹曼常数，T 是绝对温度）成正比的热运动能大到足以破坏磁畴内各原子的电子自旋磁矩的整齐排列时，磁畴被瓦解，这时与磁畴联系的一系列铁磁性质全部消失，铁磁物质便转变为顺磁物质，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率，并且磁滞现象消失，物质这一磁性转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观察示波器上显示的磁滞回线的存在与 否来定性观察这一转变过程，同时，通过作感应电压（对应于磁导率）--温度曲线图来定量测量铁磁物质的这一转变温度。 2． 测量装置
由居里温度的定义知道要测量铁磁物质的居里点，其测量装置必须具备四个功能：提供使样品磁化的磁场；改变铁磁物质温度的温控装置；判断铁磁性是否消失的判断装置；测量铁磁物质铁磁性消失时所对应温度的测量装置。以上四个功能是由图（3）所示的系统装置实现。
3．测量原理
给绕在待测铁磁样品上的线圈L 1通一交变电流，如图（4）所示，产生一交变磁场H ，使铁磁样品往复磁化，铁磁样品中的磁感应强度B 与磁场强度H 的关系B=f(H)为磁滞回线，如图（5）所示。
图（5）
由于H 正比于i ，i 为通过L 1的电流，称为激磁电流，因此可以用i 的讯号代表H 的讯号，为此在激励电路中串接一个采样电阻R 1，将其两端的电压讯号U R1送至示波器的X 轴输入以表示H 。B 是通过副线圈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= -N2d Φ /dt = -N2S dB/dt
式中的S 为线圈的截面积，N 2为次级线圈匝数，将上式积分得：
B =
1
S
⎰εdt
由此可见铁磁样品的磁感应强度与副线圈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器的Y 轴输入。于是示波器上显示出了铁磁样品的磁滞回线。当铁磁样品被加热到一定温度时，示波器上的磁滞回线即行消失。对应于磁滞回线刚好消失时铁磁样品的温度，即为铁磁样品的居里点T C 。
我们完全可以用测出的ε～T 曲线来确定居里温度T C 。在ε～T 曲线斜率最大处作切线，与横坐标轴相交的一点即为居里温度T C 。如图（6）所示。这是因为有居里点时，铁磁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ε～T 曲线不可能与横坐标相交。
ε
C
图（6）
【实验步骤】
测量环状磁性介质样品的居里点
１．先将三芯电源线插入仪器的电源插孔中（在仪器的右侧面），将加热炉的铁磁材料样品与电源箱，用专用线链接，并把样品放入加热炉。 ２．用实验连接线将“电热丝”与“加热输出”相连、“温度传感器”与“温度传感器输入”相连。居里点测定仪面板上X 轴、Y 轴分别与示波器的X 轴、Y 轴用两根专用屏蔽线相连，插好样品。
３．打开示波器及实验仪器的电源开关，将示波器打在X —Y 功能上，调出磁滞回线，调节示波器的放大倍数到适中，同时转动“激磁电源调节”和“X 轴调节”旋钮使样品的磁滞回线到最佳。
４．顺时针转动“加热控制”旋钮，指示灯亮，电阻丝开始加热。加热速度的快慢看指示灯闪烁快慢或温度显示数字上升的快慢。
５．温度T 每升高50C 记下对应的感应电动势ε值，直到示波器上的磁滞回线消失或电压显示到10mv 时停止加热，让其自然冷却。样品有温度滞后效应，所以，加热的快慢对居里点ΔT C 测试会略有差别。ε～T 陡降阶段须按每1℃作一次测量。 ６．换样品步骤同上。
７．实验完后，关闭电源，拆去各连接线。
【数据记录及处理】
1. 实验前应列出记录数据的表格。
表1 磁滞回线消失时所对应的温度值
2.. 以Ｔ为横坐标，感应电压为纵坐标做出曲线，在曲线斜率最大处作切线，与Ｔ轴相交点
既为样品的居里点。
样品起初曲线变化不大，快到居里点时迅速变化，过了居里点后变化又变慢。
【注意事项】
1． 转动“加热控制”与“激磁电源调节”旋钮时不能用力过猛而损坏仪器。
2． 不要频繁调节“加热控制”与“激磁电源调节”旋钮，以免减少它们的使用寿命。 3． 实验完毕一定要停止加热，以免温度过高损坏仪器。 4． 保持仪器清洁。
5． 保险管装在电源插座内，保险管为0.5A ，更换保险管时保险管选的不能过大，以
免起不到保护作用。
【实验总结】
实验过程重要小心加热炉温度会慢慢上升，不要烫伤。磁铁材料样品在加热过程中，随温度变化，感应电动势先慢慢变化，再迅速变化，然后又变平缓。实验中一定让温度竟可能的平静下来，这样实验结果才有意义。