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 —10 6 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 𝑑𝐵1

ε = - WS,次级回路电压方程为ε = Ri + uC，当R >> 时，Ri >> uC,则

𝑑𝑡2𝜋𝑓𝐶𝜀𝑊𝑆𝑑𝐵i = = - . t时刻，

𝑅𝑑𝑡𝑅

1𝑡𝑞𝑞0𝑞0𝑊𝑆𝑊𝑆

uC = = + ∫𝑖𝑑𝑡 =( + B0 ) - B

𝐶𝐶𝐶𝑅𝐶𝑅𝐶 𝐶0

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uC = -

𝑊𝑆𝑅𝐶

B，即uC∝B，将uC输入示波器y轴，则水平方向偏转与B成正比。

𝑅𝐻𝑛

H，将uH输入示波器x轴，则竖

在初级线圈中，uH = RH iH，而H = niH，则uH = 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

专线相连，并把样品放入加热丝；面板上的温度传感器接插件对应相接；将 B 输出（感生电动势）与示波器的 Y 输入相连，H 输出（原线圈端电压）与示波器的 X 输入相连接。 2.将加热电流及激励电压调节钮左旋至最小，开启居里点测试仪电源箱上的电源开关，打

开示波器。

3.适当的调节示波器的 Y 轴衰减， X 轴衰减，调节激励电流，示波器上就显示出了磁滞回线，以图形大小始于观察来决定激励电流的大小，并保持稳定。

4.调节加热电流大小，当升温开始后，每隔5℃或3℃记录一次温度 t和电压值ueff. 当电压变化较快时，每升高约 1℃，记录一次数据。加热电流不要太大。

5.当炉温达到此样品的居里点时，磁滞回线消失成一条直线，记下此时的温度，再升高几度继续测几个点。

6.测试完成，令加热电流回零，拔掉电热丝连线，自然冷却至室温，关闭电源。 7.换样品再次测试。

四、数据处理

本次实验我们总共测量了1号、3号、5号共计三个铁磁材料的居里点，绘制的ueff~T曲线分别如下图，应用excel绘制曲线后，在利用matlab和origin的结合可以求得曲线上切线斜率绝对值最大点所在坐标，及其切线的斜率。则三个样品的居里点计算如下：

样品1：

14012010080604020ueff/mV1号样ueff-T曲线025.045.065.085.0105.0T/℃125.0 求得切线斜率最大点坐标为（108.3，62），切线斜率k = -19.9，则切线方程为：

u = -19.9T + 2217

当u = 0时，得T = 111.4，即1号样品的居里点为约TC=111.4℃. 样品3：

ueff/mV30025020015010050035.045.055.03号样ueff-T曲线T/℃65.075.085.095.0 求得切线斜率最大点坐标为（91.4，42），切线斜率k = -48.6，则切线方程为：

u = -19.9T + 1861

当u = 0时，得T = 93.5，即3号样品的居里点为约TC=93.5℃. 样品5：

ueff/mV35030025020015010050025.035.05号样ueff-T曲线T/℃45.055.065.075.0 求得切线斜率最大点坐标为（68.3，58），切线斜率k = -99.0，则切线方程为：

u = -99.0T + 6820

当u = 0时，得T = 68.9，即5号样品的居里点为约TC=68.9℃.

五、分析讨论

（提示：分析讨论不少于400字）

1.实验中我们主要利用了铁磁材料的磁滞回线，而关于磁滞回线是怎么产生的，通过查阅

物理实验书前一节的内容（2.8节，铁磁材料磁滞回线的测定）我得知磁滞回线的产生原因： 如图，设铁磁质在开始时没有磁化，如磁化场 H逐渐增加，B将沿oa增加，曲线oa叫做起始磁化曲线。当H增大到某一值时，B将达到饱和。若将磁化场H减小，则B并不沿原来的磁化曲线减小，而是沿图中ab曲线下降，即使H降到零（图中的 b 点）时，B≠0，B 的值仍接近饱和值，与b点对应的B值，称为剩余磁

感应强度 Br（剩磁）。当加反向磁化场H时，B 随之减小，当反向磁化场达到某一值时，

B=0，与oc相当的磁场强度Hc称为矫顽磁力。当反向场继续增加时，铁磁质中产生反向磁感应强度，并很快达到饱和。逐渐减小反向磁化场，减到零，再加正向磁化场时，则磁感应强度沿defa变化，形成一闭合曲线abcdefa，闭合曲线称为磁滞回线。

2.实验中我们通过曲线上斜率最大处的切线与横轴的交点来确定Tc，而不是由曲线与横轴的交点来确定Tc，这是因为接近居里点附近时，铁磁性已基本转化为顺磁性，虽然μ值较小，但仍大于0，故εeff～T曲线与横坐标没有相交，当温度高于居里点时，铁磁材料磁性突变，如果利用与横轴的交点会产生较大误差。

3.实验过程中我们发现起始时期由于不知道样品居里点的大致值，所以升温速率不好把握，通过三次实验我们认为开始时可将升温速率调快一些，约为3℃/min，每隔3℃记录一组数据，当发现电压值下降速率明显加快时，马上将升温速率降低，每隔1℃记录一组数据。

六、实验结论

1.本次实验通过对铁磁性材料居里点的测试，我发现铁磁材料的温度在到达居里点时，磁滞回线变成一条直线，这说明铁磁材料在温度高于居里点时由铁磁体转变为顺磁体。 2.通过绘制εeff～T曲线，发现感应电动势随温度升高而下降的现象，开始时感应电动势的下降速度较慢，在居里点附近下降迅速。

七、原始数据

（要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）