1、實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告姓 名：王航 班 級(jí)：F0703028 學(xué) 號(hào)：5070309025 實(shí)驗(yàn)成績(jī)：同組姓名：無(wú) 實(shí)驗(yàn)日期：2008.11.15 指導(dǎo)教師：助教13 批閱日期：磁性材料基本特性的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解磁性材料的磁滯回線和磁化曲線概念，加深對(duì)鐵磁材料的主要物理量：矯頑磁力，剩磁，磁導(dǎo)率的理解；2. 對(duì)軟磁鐵氧體材料居里溫度及動(dòng)態(tài)磁滯回線的測(cè)量，加深對(duì)這一磁性材料基本特性的理解；3. 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握利用示波器觀察并測(cè)量磁化曲線與磁滯回線的方法；4. 通過(guò)所選定的實(shí)驗(yàn)方法，確定并研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度、誤差因素及解釋有關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)原理：1磁化性質(zhì) 一切可被磁化的物

2、質(zhì)叫作磁介質(zhì)。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、磁場(chǎng)強(qiáng)度H來(lái)描述，它們滿足一定的關(guān)系B=0H+M=m+10H=r0H=Hr的不同一般可分為三類，順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。對(duì)非鐵磁性的各向同性的磁介質(zhì)，H和B之間滿足線性關(guān)系，B =H，而鐵磁性介質(zhì)的m 、B 與H 之間有著復(fù)雜的非線性關(guān)系。一般情況下，鐵磁質(zhì)內(nèi)部存在自發(fā)的磁化強(qiáng)度，當(dāng)溫度越低自發(fā)磁化強(qiáng)度越大。如圖一所示。它反映了鐵磁質(zhì)的共同磁化特點(diǎn)：在剛開始時(shí)隨著H的增加，B緩慢的增加，此時(shí)較??；而后便隨H的增加B急劇增大，也迅速增加；最后隨H增加，B趨向于飽和，而此時(shí)的值在到達(dá)最大值后又急劇減小。圖一表明了磁導(dǎo)率是磁場(chǎng)H的函數(shù)。B-

3、H曲線表示鐵磁材料從沒有磁性開始磁化，B隨H的增加而增加，稱為磁化曲線。從圖二中可看到，磁導(dǎo)率還是溫度的函數(shù)，當(dāng)溫度升高到某個(gè)值時(shí)，鐵磁質(zhì)由鐵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)變成順磁狀態(tài)，在曲線上變化率最大的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度就是居里溫度TC2磁滯性質(zhì)鐵磁材料另一重要的特性是磁滯現(xiàn)象。當(dāng)鐵磁材料磁化時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B不僅與當(dāng)時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H有關(guān)，而且與磁化的歷史有關(guān)，因此形成磁滯回線。其中有兩個(gè)重要的物理量，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力。各種鐵磁材料有不同的磁滯回線，主要區(qū)別在于矯頑力的大小，矯頑力大的稱為硬磁材料，矯頑力小的稱為軟磁材料。3用交流電橋測(cè)量居里溫度鐵磁材料的居里溫度可用任何一種交流電橋測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)采用如圖所示的RL

4、交流電橋，在電橋中輸入電源由信號(hào)發(fā)生器提供，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)適當(dāng)選擇不同的輸出頻率為信號(hào)發(fā)生器的角頻率。選擇合適的電子元件相匹配，在未放入鐵氧體時(shí)，可直接使電橋平衡，但當(dāng)其中一個(gè)電感放入鐵氧體后，電感大小發(fā)生了變化，引起電橋不平衡。但隨著溫度的上升到某一個(gè)值時(shí)，鐵氧體的鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?，CD兩點(diǎn)間的電位差發(fā)生突變并趨于零，電橋又趨向于平衡，這個(gè)突變的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度就是居里溫度。實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)橋路電壓與溫度的關(guān)系曲線，求其曲線突變處的溫度，并分析研究在升溫與降溫時(shí)的速率對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。4用示波器測(cè)量動(dòng)態(tài)磁化曲線和磁滯回線本實(shí)驗(yàn)研究的是閉合狀的鐵磁圓環(huán)樣品，平均周長(zhǎng)為L(zhǎng)，勵(lì)磁線圈的匝數(shù)為N1，若勵(lì)磁電流

5、為i1時(shí)，在樣品內(nèi)滿足安培環(huán)路定律HL=N1i1在示波器橫軸的偏轉(zhuǎn)板的輸入電壓為uR1=R1i1=R1LN1H這表明橫軸輸入的uR1大小與磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比。設(shè)樣品的截面積為S，匝數(shù)為N2的次級(jí)線圈中根據(jù)電磁感應(yīng)定律，同樣可分析得到電容兩端的電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。uC=-N2SR2CB上式表明Y軸輸入的大小uC與磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。數(shù)據(jù)處理原始數(shù)據(jù)：用示波器測(cè)量動(dòng)態(tài)磁化曲線和磁滯回線按照?qǐng)D4連接電路圖，將兩個(gè)信號(hào)輸入示波器，然后調(diào)節(jié)示波器的相關(guān)屬性，在示波器上得到鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線。然后利用示波器的相關(guān)性質(zhì)讀出數(shù)據(jù)，得到結(jié)果如下：Ur1/mVUc/mVH/Am-1B/mT370 75

6、.0 -102.49 -0.28 301 71.0 -83.38 -0.27 200 64.0 -55.40 -0.24 99 56.0 -27.42 -0.21 0 40.5 0.00 -0.15 -86 20.0 23.82 -0.08 -100 8.0 27.70 -0.03 -116 0.0 32.13 0.00 -149 -20.0 41.27 0.08 -203 -50.0 56.23 0.19 -304 -64.0 84.21 0.25 -374 -74.0 103.60 0.28 -304 -70.5 84.21 0.27 -203 -64.0 56.23 0.24 -100

7、-54.5 27.70 0.20 0 -40.0 0.00 0.15 76 -20.0 -21.05 0.08 99 -8.5 -27.42 0.03 114 0.0 -31.58 0.00 143 20.0 -39.61 -0.08 200 52.0 -55.40 -0.20 301 68.0 -83.38 -0.26 其中R1=10 R2=1000 C=4.7F N1=100匝 N2=100匝 L=3.6110-2m S=1.2510-5m2 且Ur1=R1LN1H , UC=-N2SR2CB將數(shù)據(jù)處理后在Origin中作圖如下所示：看這個(gè)圖像，還算比較理想，說(shuō)明我的實(shí)驗(yàn)基本正確。經(jīng)過(guò)讀圖

8、得到：Bs=0.28 mT -Bs=-0.28 mTBr=0.15 mT -Br=-0.15 mTHs=103.60 m-1 -Hs=-102.49 Am-1Hc=32.13 Am-1 -Hc=-31.58 Am-1從數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)驗(yàn)有一定的誤差，但是誤差較小，在允許的范圍之內(nèi)。用交流電橋測(cè)量居里溫度按照電路連接平衡點(diǎn)橋，在放入氧化鐵之前，測(cè)量電橋基本平衡；之后放入氧化鐵，用加熱電源加熱，測(cè)量數(shù)據(jù)如下： T/VCD/VT/VCD/VT/VCD/VT/VCD/V36.30 0.141 81.00 0.139 94.60 0.112 97.50 0.039 40.50 0.142 82.00 0

9、.139 94.70 0.106 97.70 0.038 41.20 0.141 83.10 0.140 94.80 0.102 97.80 0.037 45.00 0.141 84.10 0.139 94.90 0.096 97.90 0.034 47.00 0.142 85.00 0.139 95.00 0.093 98.00 0.034 49.00 0.142 85.50 0.139 95.10 0.089 98.10 0.033 50.00 0.141 86.00 0.139 95.20 0.085 98.30 0.032 53.00 0.141 86.50 0.139 95.30 0

10、.083 98.50 0.030 55.00 0.142 87.00 0.140 95.40 0.080 98.70 0.027 57.00 0.141 87.50 0.139 95.50 0.078 98.90 0.026 60.00 0.141 88.00 0.138 95.60 0.074 99.00 0.025 62.00 0.141 88.50 0.139 95.70 0.072 99.20 0.024 64.00 0.140 89.00 0.139 95.80 0.068 99.40 0.023 65.00 0.140 89.50 0.139 95.90 0.065 99.50 0

11、.022 67.00 0.140 90.00 0.139 96.00 0.064 99.70 0.021 68.00 0.140 90.50 0.139 96.20 0.061 99.80 0.021 70.00 0.140 91.00 0.139 96.30 0.059 99.90 0.020 72.50 0.140 91.50 0.138 96.40 0.057 100.00 0.021 73.50 0.140 92.00 0.138 96.50 0.055 75.00 0.140 92.50 0.138 96.70 0.052 76.40 0.140 93.00 0.138 96.80

12、0.050 78.30 0.139 94.00 0.134 96.90 0.049 79.30 0.139 94.10 0.132 97.00 0.047 80.00 0.139 94.20 0.127 97.10 0.046 81.00 0.139 94.30 0.122 97.30 0.041 將數(shù)據(jù)繪圖如下：經(jīng)過(guò)Origin分析，得到dVCDdtT的曲線，如圖：從圖像上得到居里溫度為Tc=94.53思考與討論誤差分析1、 磁滯回線這個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中誤差最大的部分來(lái)自示波器的讀數(shù)上面。讀數(shù)的時(shí)候由于不能同時(shí)讀出x坐標(biāo)和y坐標(biāo)，因此會(huì)帶來(lái)誤差。為了減少誤差，我們選擇測(cè)量的格點(diǎn)都在與示波器相交的地方

13、。2、 用交流電橋測(cè)量居里溫度的時(shí)候，由于電壓表的示數(shù)是隨著溫度變化而不斷變化的，由于器材的敏感度不夠高，在試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)中常常會(huì)有一些點(diǎn)略微與曲線趨勢(shì)有所差距，這些點(diǎn)也加大了試驗(yàn)的誤差。為此，我在電壓變化較大的一段時(shí)間內(nèi)采取了每0.1攝氏度測(cè)量一組數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法，收到了較好的效果。3、 計(jì)算居里溫度的時(shí)候，需要用到微分計(jì)算。而曲線本身是擬合的，因此再次微分后得到的極小點(diǎn)也是有誤差的。4、 計(jì)算居里溫度的時(shí)候，我們用鉑電阻溫度計(jì)測(cè)量線圈周圍的溫度。鉑電阻的位置防止不好，會(huì)導(dǎo)致溫度出現(xiàn)一定的誤差。注意事項(xiàng)1 為了定量研究鐵磁材料的磁化曲線和磁滯回線，測(cè)量前必須對(duì)示波器進(jìn)行定標(biāo)。2 測(cè)量過(guò)程中，比

14、保持示波器的靈敏度Sx和Sy不變；3 描繪磁滯回線時(shí)，應(yīng)對(duì)曲率較大處多取點(diǎn)，以使得圖像保留的信息較為完整；4 測(cè)量居里溫度時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓下降速度激增時(shí)應(yīng)快速細(xì)致地記錄，盡量多采集數(shù)據(jù)點(diǎn)以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。5 測(cè)量磁滯回線得到的數(shù)據(jù)并不一定是按照一個(gè)回路的順序的，但是放入Origin作圖中之后要求這些數(shù)據(jù)必須是呈現(xiàn)一個(gè)回路。因此如果有經(jīng)驗(yàn)的話，測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)候就應(yīng)該按照回路順時(shí)針或者逆時(shí)針測(cè)量。6 鉑電阻溫度計(jì)應(yīng)該盡量放在透明管的中間，并且靠近含有氧化鐵的線圈。并且注意，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中不能碰到透明管，否則鉑電阻溫度的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確。7 要會(huì)熟練使用示波器。附件：參考前輩以及網(wǎng)上的一些資料，

15、我們得到這個(gè)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)補(bǔ)充材料。這些補(bǔ)充材料比較有意思，我把它們摘錄如下，其中“示波器的使用方法”是比較有實(shí)際意義的：關(guān)于居里溫度居里發(fā)現(xiàn)了著名的居里定律，即須磁體的磁化率與熱力學(xué)溫度成反比。某些磁性材料在某一溫度以下時(shí)磁性發(fā)生急劇變化，這一特定的溫度被命名為居里點(diǎn)。熱運(yùn)動(dòng)對(duì)于由交換作用引起的原子或離子磁矩的平行排列總是起破壞作用的，特別是溫度較高時(shí)，在強(qiáng)烈的熱運(yùn)動(dòng)能量與原子或離子磁矩之間的交換作用能量可相比擬的情況下，鐵磁質(zhì)的磁性將會(huì)發(fā)生明顯的變化。具體地說(shuō)，當(dāng)溫度超過(guò)某一臨界溫度時(shí)，交換作用不足以克服熱運(yùn)動(dòng)的作用，鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化強(qiáng)度將消失。這個(gè)臨界溫度稱為鐵磁質(zhì)的居里溫度或居里點(diǎn)。如鐵的

16、居里溫度是770, 鐵硅合金的居里溫度是690等。當(dāng)鐵磁質(zhì)處于居里溫度以上時(shí)，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?。?shí)驗(yàn)時(shí)，磁性材料放在加熱管里加熱的時(shí)候不穩(wěn)定，容易移動(dòng)，沒有很好的固定裝置，給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了很大的不變，建議實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以增加一個(gè)固定裝置，這樣可以很方便地固定加熱裝置，同時(shí)可以避免燙傷。實(shí)驗(yàn)時(shí)還應(yīng)注意加熱時(shí)應(yīng)把測(cè)溫計(jì)和磁性材料放的盡量靠近，以防止它們所在的區(qū)域有溫度差異而使測(cè)量不準(zhǔn)確。加熱時(shí)不要使用過(guò)大的加熱電壓，這樣有可能測(cè)得的居里溫度偏大。還應(yīng)注意加熱時(shí)不要隨便移動(dòng)裝置，這樣可能帶來(lái)偶然誤差。測(cè)量磁滯回線的方法電子積分器法是根據(jù)電磁感應(yīng)原理將探測(cè)線圈測(cè)得的感生電勢(shì)通過(guò)電子積分器積分來(lái)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度

17、的方法；通常用直流產(chǎn)生穩(wěn)定磁場(chǎng)，通過(guò)定量增加或減小勵(lì)磁電流來(lái)改變磁場(chǎng)，逐點(diǎn)測(cè)量磁滯回線，稱為靜態(tài)磁滯回線。電子積分法物理過(guò)程清晰，測(cè)量較準(zhǔn)確。示波器法用交流（一般用50Hz）產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，用示波器顯示磁滯回線，稱為動(dòng)態(tài)磁滯回線。示波器法直觀、簡(jiǎn)便，便于定性理解。磁滯回線普通的應(yīng)用有微波爐加熱。示波器使用方法1 通用示波器通過(guò)調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕使光點(diǎn)直徑最小以使波形清晰，減小測(cè)試誤差。2 示波器在只使用一個(gè)通道情況下，觸發(fā)源(SOURCE)的選擇應(yīng)與所用通道一致。3 在使用兩個(gè)通道觀察兩路波形時(shí)，首先根據(jù)所觀察信號(hào)的頻率選擇顯示方式為ALT 或CHOP，然后根據(jù)兩路信號(hào)的關(guān)系選擇觸發(fā)源SOURC

18、E，具體方法是如果兩路信號(hào)有一定的關(guān)系，比如要同時(shí)觀察電路的輸入輸出信號(hào)，則必須選擇兩個(gè)信號(hào)之一，一般選擇周期較大或幅度較大的一個(gè)作為觸發(fā)源，這樣才能觀察到兩路信號(hào)的相位關(guān)系。如果兩路信號(hào)無(wú)關(guān)系，例如一路是示波器的校準(zhǔn)信號(hào)另一路是信號(hào)源的輸出，則觸發(fā)源要選VERT 才容易觀察到兩路穩(wěn)定的波形，但此時(shí)示波器的顯示不能體現(xiàn)兩路信號(hào)的相位關(guān)系。4 為保證波形穩(wěn)定顯示，在正確選擇了觸發(fā)源的前提下，還應(yīng)注意調(diào)節(jié)觸發(fā)電平旋鈕(LEVEL)。5 示波器顯示波形時(shí)，水平方向一般應(yīng)調(diào)到兩到三個(gè)周期，垂直方向則應(yīng)調(diào)到波形的高度占到滿屏的三分之二或一半以上。6 不要使示波器長(zhǎng)時(shí)間停留于X-Y 方式，這樣光點(diǎn)停留在一點(diǎn)不動(dòng)，會(huì)使電子束長(zhǎng)時(shí)間轟擊屏幕一點(diǎn)，會(huì)在熒光