《磁性材料》實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)；二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；三、參考資料：教材及參考書：1.《現(xiàn)代磁性材料原理和應(yīng)用》主編：R.C.O’Handley化學(xué)工業(yè)出版社20022.《磁學(xué)基礎(chǔ)與磁性材料》主編：嚴(yán)密等出版社：浙江大學(xué)出版社2006實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書：自編《磁性材料》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。磁性材料》實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一基本磁化曲線和動(dòng)態(tài)磁滯回線的測(cè)量

1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)認(rèn)識(shí)鐵磁物質(zhì)的磁化規(guī)律，比較兩種典型鐵磁物質(zhì)的動(dòng)態(tài)磁化特性。2)測(cè)定樣品的基本磁化曲線，并作出μ-H曲線。3)測(cè)定樣品的HD、Br、Bs等參數(shù)。4)學(xué)會(huì)用示波器測(cè)繪基本磁化曲線和動(dòng)態(tài)磁滯回線。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)2．實(shí)驗(yàn)原理1)磁滯回線圖1鐵磁質(zhì)起始磁化曲線和磁滯回線圖2同一鐵磁材料的一簇磁滯回線圖3鐵磁材料μ與H關(guān)系曲線南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)磁化曲線和磁滯回線是鐵磁材料分類和選用的主要依據(jù)，圖4為常見(jiàn)的兩種典型的磁滯回線，其中軟磁材料的磁滯回線狹長(zhǎng)、矯頑力、剩磁和磁滯損耗均較小，是制造變壓器、電機(jī)、和交流磁鐵的主要材料。而硬磁材料的磁滯回磁滯回線較寬，矯頑力大，剩磁強(qiáng)，可用來(lái)制造永磁體。

圖4不同鐵磁材料的磁滯回線南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)3)示波器顯示B-H曲線的原理和線路圖5實(shí)驗(yàn)線路南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)根據(jù)安培環(huán)路定律，樣品的磁化場(chǎng)強(qiáng)為：式中N為勵(lì)磁繞組，R1為勵(lì)磁電流取樣電阻，U1是交流勵(lì)磁電壓，Ｌ為樣品的平均磁路長(zhǎng)度。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，在交變磁場(chǎng)下樣品的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是測(cè)量繞組n和R2C2電路給定的：

式中U2為積分電容C2兩端電壓，S為樣品的截面積。

南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)4．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1)電路連接：選擇樣品，按實(shí)驗(yàn)儀上所給的電路接線圖連接好線路。令R1＝2.5Ω，置勵(lì)磁電壓U于0位。UH和UB分別接示波器的“X輸入”和“Y輸入”，插孔“⊥”為接地公共端。2)樣品退磁：開(kāi)啟儀器電源開(kāi)關(guān)，對(duì)樣品進(jìn)行退磁，順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)電壓U的調(diào)節(jié)旋鈕，觀察數(shù)字電壓表可看到U從0逐漸增加增至最大，然后逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)電壓U的調(diào)節(jié)旋鈕，將U逐漸從最大值調(diào)為0，這樣做的目的是消除剩磁，確保樣品處于磁中性狀態(tài)，即B＝H＝0，如圖7所示。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)圖7退磁示意圖圖8U2和B的相位差等因素引起的畸變3)觀察樣品在50HZ交流信號(hào)下的磁滯回線：開(kāi)啟示波器電源，調(diào)節(jié)示波器上“X”、“Y”位移旋鈕，使光點(diǎn)位于坐標(biāo)網(wǎng)格中心，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓U和示波器的X和Y軸靈敏度，使顯示屏上出現(xiàn)大小合適、美觀的磁滯回線圖形（若圖形頂部出現(xiàn)編織狀的小環(huán)，如圖8所示，這時(shí)可降低U予以消除）。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)4)觀察基本磁化曲線：按步驟2對(duì)樣品進(jìn)行退磁，從U=0開(kāi)始，逐漸提高勵(lì)磁電壓，將在顯示屏上得到面積由小到大一個(gè)套一個(gè)的一蔟磁滯回線。這些磁滯回線頂點(diǎn)的連線，就是樣品的基本磁化曲線，借助長(zhǎng)余輝示波器，便可觀察到該曲線的軌跡。5)測(cè)繪基本磁化曲線，并據(jù)此描繪μ-H曲線：接通實(shí)驗(yàn)儀的電源，對(duì)樣品進(jìn)行退磁后，依次測(cè)定U=0，0.2，0.4，0.6…3.0V時(shí)的若干組H和B值，作B-H和μ-H曲線。6)令U=3.00V，R1＝2.5Ω測(cè)定樣品的BS、Br、HD等參數(shù)：從已標(biāo)定好的示波器上讀取UX(UH)、UY(UB)值（峰值），計(jì)算相應(yīng)的H和B，逐點(diǎn)描繪作B-H曲線。再由磁滯回線測(cè)定樣品的BS、Br、HD等參數(shù)。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二鐵磁相變和居里溫度的直接觀測(cè)1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?)了解鐵磁物質(zhì)在居里溫度點(diǎn)由鐵磁物質(zhì)（鐵磁相）轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾盼镔|(zhì)（順鐵磁相）的相變過(guò)程微觀機(jī)理。2)測(cè)定鐵磁材料樣品的居里溫度。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)2．實(shí)驗(yàn)原理由于外加磁場(chǎng)的作用，物質(zhì)中狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生新的磁場(chǎng)的現(xiàn)象稱為磁性。物質(zhì)的磁性可分為反鐵磁性（抗磁性）、順磁性和鐵磁性三種，一切可被磁化的物質(zhì)叫做磁介質(zhì)，在鐵磁質(zhì)中相鄰電子之間存在著一種很強(qiáng)的“交換耦合”作用，在無(wú)外磁場(chǎng)的情況下，它們的自旋磁矩能在一個(gè)個(gè)微小區(qū)域內(nèi)“自發(fā)地”整齊排列起來(lái)而形成自發(fā)磁化小區(qū)域，稱為磁疇。在未經(jīng)磁化的鐵磁質(zhì)中，雖然每一磁疇內(nèi)部都有確定的自發(fā)磁化方向，有很大的磁性，但大量磁疇的磁化方向各不相同因而整個(gè)鐵磁質(zhì)不顯磁性。圖1和圖2分別是加磁場(chǎng)前后的多晶磁疇結(jié)構(gòu)。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)圖1未加磁場(chǎng)多晶磁疇結(jié)構(gòu)圖2加磁場(chǎng)時(shí)多晶磁疇結(jié)構(gòu)南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)鐵磁性是與磁疇結(jié)構(gòu)分不開(kāi)的。當(dāng)鐵磁體受到強(qiáng)烈的震動(dòng)，或在高溫下由于劇烈運(yùn)動(dòng)的影響，磁疇便會(huì)瓦解，這時(shí)與磁疇聯(lián)系的一系列鐵磁性質(zhì)（如高磁導(dǎo)率、磁滯等）全部消失。對(duì)于任何鐵磁物質(zhì)都有這樣一個(gè)臨界溫度，高過(guò)這個(gè)溫度鐵磁性就消失，變?yōu)轫槾判?，這個(gè)臨界溫度叫做鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)Tc。磁疇的出現(xiàn)或消失，伴隨著晶格結(jié)構(gòu)的改變，所以是一個(gè)相變過(guò)程。居里點(diǎn)和熔點(diǎn)一樣，因物質(zhì)不同而不同，如鐵、鎳、鈷的居里點(diǎn)分別為1043K、631K、1393K。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)

磁介質(zhì)的磁化規(guī)律可用磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)強(qiáng)度H來(lái)描述，它們滿足以下關(guān)系：B=0(H+M)=(Xm+1)

0H=r0H=H式中，0＝4π×10-7亨利/米為真空磁導(dǎo)率，Xm為磁化率，r為相對(duì)磁導(dǎo)率，是一個(gè)無(wú)量綱的系數(shù)，為絕對(duì)磁導(dǎo)率。對(duì)于順磁性介質(zhì)，磁化率Xm>0，r略大于1；對(duì)于抗磁性介質(zhì)，Xm<0，一般Xm的絕對(duì)值在10-4～10-5之間，r略小于1；對(duì)于鐵磁性介質(zhì)，Xm>>1，所以r>>1。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)圖3磁化曲線和μ-H曲線圖4μ-T曲線南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)在居里溫度Tc以下，對(duì)鐵磁材料磁化可得到磁滯回線。對(duì)磁體加熱，磁滯回線收縮。當(dāng)溫度達(dá)到Tc時(shí)，磁滯回線消失，鐵磁相轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾畔?。在Tc附近，磁化強(qiáng)度M和溫度T的關(guān)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之間。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)3．實(shí)驗(yàn)儀器磁滯回線實(shí)驗(yàn)儀、數(shù)字萬(wàn)用表、示波器、加熱爐、水銀溫度計(jì)等。4．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1)電路連接：選擇樣品，按實(shí)驗(yàn)儀上所給的電路接線圖連接好線路。令R1＝2.5Ω，置勵(lì)磁電壓U于0位。UH和UB分別接示波器的“X輸入”和“Y輸入”，插孔“⊥”為接地公共端。2)樣品退磁：開(kāi)啟儀器電源開(kāi)關(guān)，對(duì)樣品進(jìn)行退磁，順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)電壓U的調(diào)節(jié)旋鈕，觀察數(shù)字電壓表可看到U從0逐漸增加增至最大，然后逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)電壓U的調(diào)節(jié)旋鈕，將U逐漸從最大值調(diào)為0，這樣做的目的是消除剩磁，確保樣品處于磁中性狀態(tài)，即B＝H＝0。南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系磁性材料》實(shí)驗(yàn)3)退磁后，令R1＝2.5Ω，觀察樣品的在50HZ交流信號(hào)下的磁滯回線：開(kāi)啟示波器電源，調(diào)節(jié)示波器上“X”、“Y”位移旋鈕，使光點(diǎn)位于坐標(biāo)網(wǎng)格中心，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓U和示波器的X和Y軸靈敏度，使顯示屏上出現(xiàn)大小合適、美觀的磁滯回線圖形（若圖形頂部出現(xiàn)編織狀的小環(huán)，這時(shí)可降低U予以消除），從已標(biāo)定好的示波器上讀取UX(UH)、UY(UB)值（峰值），計(jì)算相應(yīng)的H、B和M。4)用電爐加熱樣品，并用水銀溫度計(jì)測(cè)量溫度。磁滯回線隨著溫度的升高而縮小，在居里溫度時(shí)