1、THQJL-1 型居里溫度測試儀實驗指導書當今社會磁性材料在電力、通訊、電子儀器、計算機和信息存儲等領域有十分廣泛的應用。居里溫度是表征磁性材料的一個基本物理量，它表征磁性材料由鐵磁性轉變為順磁性的溫度。本實驗采用感應法，測量感應電動勢值隨溫度變化的規律，從而得到居里點Tc.本實驗具有結構簡單，易操作的特點，溫度測量采用集成溫度傳感器AD590，測溫靈敏度高,線性度好，熱響應快，溫度、電壓測量全采用數字顯示。一、實驗目的1通過實驗現象的觀察，初步了解鐵磁性材料在居里溫度點由鐵磁性變為順磁性，從而了解整個磁性材料參數變化的微觀機理。2 用感應法測定磁性材料的T曲線并求出其居里溫度。二、實驗設備T

2、HQJL-1居里溫度測試儀三、實驗原理物質的磁化可分為抗磁性、順磁性和鐵磁性三種，具有鐵磁性的物質稱為鐵磁體。鐵（Fe）、鎳(Ni)、鈷(Co)、釓(Gd)、鏑(Dy)等五種元素的多種合金就是鐵磁體。在鐵磁體中，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的磁距平行排列起來，形成一個自發磁化達到飽和狀態的區域，自發磁化只發生在微小的區域（體積約為10m,其中含有10-10個原子），這些區域稱為磁疇。在沒有外磁場作用時，在每個磁疇中原子的分子磁距均取向同一方位，但對不同的磁疇，其分子磁矩的取向各不相同，見圖1，磁疇的這種排列方式，使磁體能處于最小能量的穩定狀態。因此，對整個鐵磁

3、體來說，任何宏觀區域的平均磁距為零，物體不顯示磁性。 在外磁場作用下，磁距與外磁場同方向排列時的磁能低于磁距與外磁場反向排列時的磁能，結果是自發磁化磁距與磁場成小角度的磁疇處于有利地位，磁疇體積逐漸擴大。而自發磁化磁距與外磁場成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇將向外磁場的方向旋轉，以后再繼續增加磁場，使所有磁疇沿外磁場方向整齊排列，這時磁化達到飽和，如圖2所示。對非鐵磁性的各向同性的磁介質，H和B之間滿足線性關系，B=µH，而鐵磁性介質的µ、H、B之間有著復雜的非線性關系。一般情況下，鐵磁質內部存在自發的磁化強度，當溫度越低磁化強度越大，如圖3是典型的磁化曲線（B-H曲線

4、），它反映了鐵磁質的共同磁化特點：隨著H的增加，開始時B緩慢的增加，此時µ較小；隨后隨H的增加B急劇的增加，µ也迅速的增加；最后隨H的增加，B趨向于飽和，而µ在到達最大值后又急劇的減小；圖3表明磁導率µ是磁場H的函數，圖4表明µ也是溫度的T的函數；當溫度升高到某個值時，鐵磁質由鐵磁狀態轉變為順磁狀態，在曲線上變化率最大的地方對應的溫度就是居里溫度。鐵磁物質的磁化與溫度有關，存在一臨界溫度Tc稱為居里溫度（也稱居里點）。當溫度增加時，由于熱擾動影響磁疇內磁距的有序排列，但在未達到居里溫度Tc時，鐵磁體中分子熱運動不足以破壞磁疇內磁距基本的平行排列

5、，此時物質仍具有鐵磁性，僅其自發磁化強度隨溫度升高而降低。如果溫度繼續升高達居里點時，物質的磁性發生突變，磁化強度M（實為自發磁化強度）劇烈下降！因為這時分子熱運動足以使相鄰原子（或分子）之間的交換耦合作用突然消失，從而瓦解了磁疇內磁距有規律的排列，此時磁疇消失，鐵磁性變為順磁性。 磁疇的出現或消失，伴隨著晶格結構的改變，所以是一個相變過程。居里點和熔點一樣，因物質不同而不同。例如鐵，鎳、鈷的居里點分別是1043K、631K和1393K。由居里溫度的定義可知要測定鐵磁物質的居里溫度，其測定裝置必須具備三個功能：提供使樣品磁化的磁場；判斷鐵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

6、的測量裝置。以上三個功能由圖5所示的系統裝置實現。圖5在磁環上分別繞線圈A,B,并在A線圈上通激勵電流，則B線圈上感應電勢的有效值為：=4.44fN (1)f為頻率，N為線圈的匝數，為最大磁通。 （2）S是磁環的截面積，Bm是最大磁感應強度，即磁感應強度正弦變化的幅值。又因為 (3)µ是磁導系數或磁導率，在SI制中單位為亨/米。把（2）（3）式代入（1），得：=4.44fNSµHm當µ=0時，感應電勢=0，此時溫度Tc稱居里點，該狀態有居里點之稱。顯然，我們完全可用測出的T曲線來確定溫度Tc。具體地說，在T曲線斜率最大處作其切線，并與橫坐標相交的一點即為居里溫度T

7、c。如圖（4）所示。這是因為有居里點時，鐵磁材料的磁性才發生突變，所以要在斜率最大處作切線。又因為在居里點以上時，鐵磁性已轉化為順磁性。四、實驗內容和步驟1.參照儀器使用說明書，連好實驗部分和測量部分。（加熱電源暫不接）2.T曲線的測量：(1) 合上測量部分的電源開關，“溫度顯示”顯示出室溫溫度。“電壓顯示”通過顯示切換分別顯示激勵電壓或感應電壓值。（紐子開關在左邊顯示的是感應電壓）（2）接上加熱電源，把電源調到較小狀態。（看發光二極管明暗指示）（3）開始時溫度每升高5記錄1次相對應的值，在65以后每升高1記錄1次相對應的值直到其顯示值為零，讀數時要迅速而準確，將實驗數據記錄到下面表格中。溫度

8、303540455055606566676869707172737475電壓（4）停止加熱（把連接線去掉），讓其自然冷卻，并記錄值直到爐溫接近室溫，把實驗數據記錄下面表格中。溫度757473727170696867666560555045403530電壓注意：由于樣品鐵氧鐵被放于電感的繞阻中被線圈包圍，如果加熱速度過快，測量的溫度與鐵氧鐵的真實溫度不同，這種滯后現象在實驗中要重視，只有在動態平衡的條件下磁性突變的溫度才等于居里溫度，所以加熱時不宜太快。五、實驗數據處理1根據實驗數據作出T的曲線。2. 作感應電壓溫度的曲線圖，在斜率最大處作切線，切線與橫坐標（溫度）的交點即為該樣品的居里點Tc。

9、3對實驗現象和升溫降溫的測量誤差進行分析討論。居里點測試儀使用說明書為了配合高等院校的實驗教學，讓學生更加深入地了解磁性材料的溫度特性，從而達到解決磁性材料部分老師難講，學生難學的問題，我公司開發了居里溫度測試儀。該測試儀能基本上滿足各有關院校的實驗要求。一、儀器結構測試儀由實驗部分和測量部分組成。1 實驗部分主要由感應線圈，AD590溫度傳感器，加熱器等組成，如圖所示：（1）AD590溫度傳感器是采用激光修正的精密集成溫度傳感器。AD590M的測溫范圍是-50+150，最大非線性誤差為0.3，響應時間僅為20uS，重復性誤差低至±0.05，功耗約2mV。AD590等效于一個高阻抗的

10、恒流源。在工作電壓為+4+30V，測溫范圍是-55+150范圍之內，對應與熱力學溫度T每變化1K，就輸出1uA的電流。在298.2K（對應于25.2）時輸出電流恰好298.2uA。這表明，其輸出電流I（uA）與熱力學溫度T（K）嚴格成正比。（2）感應線圈的磁性材料為鐵氧體。該材料隨著溫度的上升，其導磁性能將發生改變。到某一溫度，鐵氧體將由鐵磁體變為順磁體，感應電壓輸出為零，此點溫度即為居里溫度點。（3）加熱器通過20W的加熱絲加熱，最高溫度可加到100。2、測量部分主要由一個毫伏表，一個溫度顯示表。（1）溫度顯示表：三位半數顯顯示，測溫范圍從-50150，加熱電壓可調，并有指示燈的明亮程度指示。指示燈亮，實驗時，建議不要使用太大的加溫電流，以免升溫速度過快，造成讀數不準。（在演示時可以調節比較大的加熱電壓）（2）毫伏表通過顯示切換，可測線圈原邊上電壓以及感應電壓的輸出。開關打到右邊即為測量原邊的電壓，相反既是測量感應電壓。毫伏表為三位半顯示，測量范圍為0200.0mV。（3）測量部分與實驗部分之間的連接：實驗者對照面板上接線柱和導線的顏色，以及相應的提示符號接線。 二、儀器的使用1.接線柱“接激勵線圈”為線圈A提供激勵電源，為使Hm穩定，激勵電源的輸出電流應穩定；2.接線柱：“接電熱絲”為電爐絲提供加熱電源；3.B線圈的感應電動勢從接線柱“接感應線圈”一端輸出