长安大学物理实验铁磁材料磁化曲线及居里温度测定
铁磁材料居里点的测量 作者（学生）名 （辽宁科技大学某某学院自动化10-2 千门公子昊）嘻嘻好东西要分享 摘要：本文利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，通过对测量结果的对比发现，采用定性测量和定量测量得到的居里点温度存在一定的差异，并对产生差异的原因进行了简要的分析。 关键词：铁磁材料；居里点；测量方法（3-5个，用分号隔开） 0引言 什么是铁磁材料。 铁磁材料的重要应用。 （先叙述铁磁材料的重要应用，不重要还研究什么意思）。本项研究利用居里点测量仪对温敏铁磁样品的居里点温度进行定性测量和定量测量，并对测量结果产生差异的原因进行了简要的分析。（再叙述本文你做什么了） 1实验原理 1.1磁滞回线 当H增加到一定值时，B的增加十分缓慢，磁化接近饱和。以H m和B m 表示饱和值，H从H m减小时，B随之减小，但不沿原曲线返回，而沿ab变化。当H减小为零时，铁磁材料中仍有一定剩磁B r，使磁场反向增加到-H c时，B 下降为零。继续增加反向磁场到-H m，B达到负向最大值-B m，使磁场从-H m减小到零，铁磁质中有负向剩磁-B r，再正向增大磁场到饱和值H m，则得到闭合曲线abcdefa，称为磁滞回线。铁磁质磁化状态的变化总是落后于外加磁场变化的性质称为磁滞。
图1 磁滞回线曲线图 1.2 铁磁质磁化过程的微观解释 铁磁质内相邻原子中的电子自旋磁矩自发地平行排列，形成一个个小的自发磁化区，无外磁场时各磁畴磁化方向杂乱无章，因而对外不显示磁性。若外加磁场较弱则自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大，反之则逐渐缩小(畴壁运动)；若磁场较强，缩小着的磁畴消失，其它磁畴的磁化方向转向外场方向，外场越强，转向越充分，当所有磁畴都沿外磁场方向排列时则达到饱和磁化状态，铁磁质表现出较强的磁性。去除外磁场时分裂成许多磁畴，由于掺杂和内应力等原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态，因而表现出磁滞现象。温度升高时，分子热运动加剧，T>T c时，磁畴全部被破坏，铁磁质转变为顺磁质。 磁化性质 一切可被磁化的物质叫作磁介质。磁介质的磁化规律可用磁感应强度B、磁化强度M、磁场强度H来描述，它们满足一定的关系 （1） 式中：x m是磁化率，M为磁化强度，H为磁场强度，B为磁感应强度，μ为磁导率，μ0为真空中磁导率。 磁介质大体可以分为顺磁质、抗磁质和铁磁质三类。但对于不同类型的磁介质，x m和μ的情况很不一样。对于顺磁质，x m＞0，μ＞μ0；对于抗磁质，x m＜0，μ＜μ0。这两类磁介质的磁性都很弱，它们的|x m|＜＜1，μ μ0，而且都是与H无关的常数。而铁磁质的情况要复杂一些，一般说来M与H不成比例，甚至没有单值关系，即M的值不能由H的值唯一确定，它还与磁化的历史有关，所以x m和μ不再为常数。而是H的函数，即x m=x m(H)，μ=μ(H)。铁磁质的x m和μ一般都很大，所以铁磁质属于强磁性介质。 1.4 用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线
汽车运用工程复习题答案 这是老师给的三份复习题和答案，答案基本都是在百度文库里找的，大部分都找到原题了，有一部分找不到原题不过找到了问的差不多的题目，还有一部分没有找到，大家自己翻翻书吧。 --Vlanes 2013.6.22 汽车运用工程-汽车安全性 二．1为什么前轮较后轮先制动抱死不易产生剧烈侧滑？后轮较前轮先制动抱死易产生“甩尾”现象？ 答：如果前轮在制动力作用下还在滚动，而后轮已经抱死。若在制动惯性力的基础上还存在一个侧向干扰力，那么合力将与车辆纵轴线成一定夹角。侧向干扰力必须用地面作用在车轮上的等值侧向力来平衡，因为后轮已经滑移，所以侧向力实际上只能作用在前轮上，由侧向干扰力与地面侧向形成的力矩使合力与车辆纵轴线形成的夹角增大，汽车回转趋势增大，处于不稳定状态，易发生甩尾现象；如果前轮抱死，后轮仍继续滚动，则相应的力矩将使上述的夹角减小，车辆处于稳定状态，车辆将继续沿着原来的方向运动，既不易产生侧滑。 2某汽车制动时后轮抱死拖滑，前轮滚动，分析其制动稳定性。 答：如果在制动惯性力基础上还存在一个侧向干扰力，那么合力将与车辆纵轴线成角，侧向干扰力必须用车轮上的等值侧向力来平衡，因为后轮已经滑移，所以侧向力只能作用在前轮上，相应的力矩使车轮绕铅垂轴旋转，并使角增大，车辆回转趋势增大，处于不稳定状态。 3.某汽车制动时，前后轴制动力之比大于前后轴垂直载荷之比，分析其制动稳定性. 答：因为B1/B2> F z1/ F z2，且u=B/F z，说以得u1>u2，即汽车制动时，前轮先抱死后轮继续滚动，若在制动惯性力的基础上还存在一个侧向干扰力，那么合力将与车辆纵轴线成一定夹角，侧向干扰力必须用地面作用在车轮上的等值侧向力来平衡，因为前轮已经抱死，所以侧向力实际上只能作用在后轮上，相应的力矩使上述夹角减小，车辆处于稳定状态，车辆将继续沿着原来的方向运动，即不产生侧滑。 4.某汽车制动时，前后轴制动力之比小于前后轴垂直载荷之比，分析其制动稳定性。 答：因为B1/B2< F z1/ F z2，且u=B/F z，说以得u1 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 —106 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 ε = - WS dB ,次级回路电压方程为ε = Ri + u C，dt 当R >> 1 2πfC 时，Ri >> u C,则 i = ε R =- WS R dB dt . t时刻， u C =q C = q0 C +1 C ∫idt t =(q0 C +WS RC B0 ) -WS RC B 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 u C = -WS RC B，即u C∝B，将u C输入示波器y轴，则水平方向偏转与B成正比。 在初级线圈中，u H = R H i H，而H = ni H，则u H = R H n H，将u H输入示波器x轴，则竖直方向偏转与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 公路学院 道路桥梁与渡河工程(公路工程) 本专业培养公路、城市道路及一般桥梁方面的高级工程技术人才。要求学生获得以下几方面的知识和能力：公路与城市道路勘测设计、施工、监理、养护与管理，常用桥梁设计与施工及交通工程方面的基本知识和能力，公路与城市道路方面的基本科学研究能力。 毕业生主要在交通或城建部门从事本专业的勘测、设计、施工、监理、管理和科学研究工作，以及从事大专院校的本专业教学工作。学制四年。授予工学学士学位。 道路桥梁与渡河工程(桥梁工程) 本专业培养桥梁方面的高级工程技术人才。要求学生获得以下几方面的知识和能力：公路、铁路、城市与地铁桥梁的设计、施工、监理、维护与管理以及科学研究的基本技能。 毕业生主要在交通、城建或其它部门的交通基建系统，从事桥梁工程方面的勘测、设计、施工、监控、管理和科学研究工作，以及从事大专院校的本专业教学工作。学制四年。授予工学学士学位。 道路桥梁与渡河工程(岩土与隧道工程) 本专业培养公路隧道工程与岩土工程方面的高级工程技术人才。主要学习公路隧道与岩土工程勘测、设计、施工和管理方面的基础理论及专业知识，要求学生具备从事公路隧道与岩土工程勘测、设计、施工、养护管理及科学研究的能力。 毕业生主要在交通部门或城建部门从事公路隧道工程与岩土工程勘测、设计、科研、施工及养护管理工作，以及从事大专院校的本专业教学工作。学制四年。授予工学学士学位。 道路桥梁与渡河工程(基地班) 本专业培养具有道路工程、桥梁工程、隧道与岩土工程等学科领域内的宽泛的基本理论素养和扎实的专业知识功底的优秀、尖端型人才。 要求学生获得以下几方面的知识和能力：公路与城市道路勘测设计、桥梁设计、公路隧道与地下结构勘测设计及施工、养护与管理方面的基本知识；具备科学研究的基本技能、解决工程技术问题的科学研究能力。 本专业学制六年，本科阶段学制4年，硕士阶段学制2年。成绩合格可获得工学学士学位和工学硕士学位。毕业生主要在交通或城建部门从事本专业的勘测、设计、施工、管理和科学研究工作，以及从事大专院校的本专业教学工作。 道路桥梁与渡河工程(国际班) 本专业面向国际工程市场和国内外资贷款项目建设的需要，培养既掌握道路、桥梁及隧道专业知识,又通晓英语的外向型高级工程技术人才。 本专业要求学生在入学前有良好的英语基础。在基础课程培养阶段，将进一步强化对英语语言的掌握，在专业基础及专业课程的培养过程中，将主要采用英文教材、双语方式授课。要求学生熟悉国际工程市场广泛使用的设计标准、施工规范，以及境内的外资贷款项目管理惯例，掌握道路桥梁与渡河工程学科的基本理论和专业知识，具有在外语语言环境下从事规划与设计、施工与管理以及工程咨询的能力。 毕业生可在科研院所、高等院校、企事业单位从事与本专业有关的国际工程项目和外资贷款项目的项目管理、工程设计、工程施工管理及咨询监理工作。学制四年。授予工学学士学位。 交通工程 本专业培养具备公路与城市交通规划、建设管理、运营组织、交通管理与控制方面理论及专业知识，掌握交通调查与规划、项目可行性研究、后评价、投资分析等决策层面的工作技能和公路与城市道路基础设施、交管设施、公交设施、安全设施、机电设施等工程层面的设计、运营维护与施工技术，能在交通部门、规划部门或公安部门从事公路交通与城市道路的规划、监理、设计、科研及组织管理及大专院校的专业教学等工作的高级技术和管理人才。 本专业学生除完成工科基础课程学习外，主要学习交通运输工程导论、交通工程导论、交通调查与分析、交通规划、交通安全及设施设计、交通管理与控制、综合交通枢纽设计及停车管理、道路经济与管理、 仪器使用指导 TEACHER'S GUIDEBOOK FD-FMCT-A 铁磁材料居里温度测试实验仪 中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd. FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪仪器说明 一、概述 磁性材料在电力、通讯、电子仪器、汽车、计算机和信息存储等领域有着十分广泛的应用，近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料，因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。 铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变，当温度上升至某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称为居里温度，居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量，它仅与材料的化学成分和晶体结构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关，因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。 本实验仪根据铁磁物质磁矩随温度变化的特性，采用交流电桥法测量铁磁物质自发磁化消失时的温度，该方法具有系统结构简单，性能稳定可靠等优点，通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统，可以通过计算机自动扫描分析，该仪器可以用于普通物理电磁学实验或者近代物理实验。 二、仪器简介 FD-FMCT-A型铁磁材料居里温度测试实验仪主要包括实验主机两台、手提实验箱一个，如下所示： 1 2 3 4 图1 实验主机（信号发生器和频率计） 铁磁材料居里温度测试实验 【实验目的】 1．了解铁磁物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理。 2．利用交流电桥法测定铁磁材料样品的居里温度。 3．分析实验时加热速率和交流电桥输入信号频率对居里温度测试结果的影响。 【实验仪器】 FD-FMCT-A铁磁材料居里温度测试实验仪，示波器检 【实验原理】 一、概述：磁性材料在电力、通讯、电子仪器、汽车、计算机和信息存储等领域有着十分广泛的应用，近年来已成为促进高新技术发展和当代文明进步不可替代的材料，因此在大学物理实验开设关于磁性材料的基本性质的研究显得尤为重要。 铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变，当温度上升至某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称为居里温度，居里温度是表征磁性材料基本特性的物理量，它仅与材料的化学成分和晶体结构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关，因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。 本实验仪根据铁磁物质磁矩随温度变化的特性，采用交流电桥法测量铁磁物质自发磁化消失时的温度，该方法具有系统结构简单，性能稳定可靠等优点，通过对软磁铁氧体材料居里温度的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解。仪器配有自动采集系统，可以通过计算机自动扫描分析， 二、实验原理 1．铁磁质的磁化规律 由于外加磁场的作用，物质中的状态发生变化，产生新的磁场的现象称为磁性，物质的磁性可分为反铁磁性（抗磁性）、顺磁性和铁磁性三种，一切可被磁化的物质叫做磁介质，在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的”交换耦合“作用,在无外磁场的情况下，它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域，称为磁畴。在未经磁化的铁磁质中，虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向，有很大的磁性，但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。如图1所示，给出了多晶磁畴结构示意图。当铁磁质处于外磁场中时，那些自发磁化方向和外磁场方向成小角度的磁畴其体积随着外加磁场的增大而扩大并使磁畴的磁化方向进一步转向外磁场方向。另一些自发磁化方向和外磁场方向成大角度的磁畴其体积则逐渐缩小，这时铁磁质对外呈现宏观磁性。当外磁场增大时，上述效应相应增大，直到所有磁畴都沿外磁场排列好，介质的磁化就达到饱和。 贵州大学硕士研究生入学考试大纲 考试科目代码/名称：849材料科学基础 一、考试基本要求 本科目考试着重考核考生掌握“材料科学基础”基本概念、基本思想、基本分析方法和基本理论的程度，要求考生对“材料科学”理论体系的基本框架有一个比较全面的了解，理解金属材料、高分子材料制造-加工-结构-性能-应用相关关系，旨在评估考生运用材料科学的基本原理和方法解决实际材料工程问题的能力。 二、适用范围 适用于“材料科学与工程专业”和“高分子材料与工程专业”。 三、考试形式 闭卷，180分钟。 《材料科学基础》试题形式为1+2模块：“1”为所有考生的必答题模块，主要考点为材料科学与工程基础；“2”为专业特色模块，其专业特色模块名称为：材料科学与工程、高分子材料与工程，考生可根据自身的优势选择其中的 1个模块答题。 四、考试内容和考试要求 （一）必答题模块考试内容及要求： （1）材料科学基础概述：掌握材料、材料科学、材料工程的含义，材料的分类，材料结构的层次，材料性能的环境效应，工程材料的选择、各种材料（金属、无机非金属及高分子）的结构与性能的区别等。 （2）晶体结构：掌握晶体价键类型及空间点阵，及常见材料的晶体特征。 （3）材料的变形与断裂：掌握材料的拉伸变形、典型的应力应变曲线、脆性材料与塑性材料、韧性断裂及脆性断裂的微观特征、脆韧转变内因外因等。 （二）选做题模块考试内容及要求： 1、材料科学与工程模块考试内容及要求： （1）金属的晶体结构 掌握：原子间的键合，空间点阵，晶向指数和晶面指数。晶体的对称性。极射投影。三种典型的金属晶体结构，金属的多晶型性，合金相结构。 （2）晶体缺陷 掌握：点缺陷的形成、分类，点缺陷的平衡浓度，点缺陷的运动。刃型位错和螺型位错的特征，柏氏矢量的确定、特性以及表示方法。作用在位错上的力和位错的运动，分析位错运动的两种基本形式：滑移和攀移的特点。位错的应力场及位错与晶体缺陷间的交互作用，分析运动位错的交割及其所形成的扭 实验十一 居里温度的测量 居里温度是表征磁性材料性质和特征的重要参量，测量磁导率和居里温度的仪器很多，例如磁天平、振动样品磁强计、磁化强度和居里温度测试仪等，测量方法有感应法、谐振法、电桥法等． 【实验目的】 1. 初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理． 2. 学习JZB-1型居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法． 3. 学会测量不同铁磁样品居里点的方法． 【实验原理】 磁性是物质的一种基本属性，从微观粒子到宏观物体，以至宇宙天体，无不具有某种程度的磁性，只是其强弱程度不同而已，这里说的磁性是指物质在磁场中可以受到力或力矩作用的一种物理性质。使物质具有磁性的物理过程叫做磁化，一切可以被磁化的物质都叫做磁介质．磁介质的磁化规律可用磁感应强度B 、磁化强度M 、磁场强度H 来描述，当介质为各向同性时，它们满足下列关系： ()()H H H M H B r m μμμχμμ==+=+=0001 （1） 其中m r χμ+=1，r μ称为相对磁导率，是个无量纲的量．为了简便，常把r μ简称为介质磁导率，m χ称为磁化率，m H /1047 0-?=πμ称为真空磁导率，r μμμ0=称为绝对磁导率．H M m χ=． 在真空中时0=M ，H 和B 中只需一个便可完全描述场的性质．但在介质内部，H 和B 是两个不同的量，究竟用H 还是用B 来作为描述磁场的本征量，根据磁场的性质有各种不同的表现来选择．因为H 和B 两者描述了不同情况下磁场的性质，它们都是描述磁场性质的宏观量，都是真正的物理量．在某些问题中，比如在电磁感应、霍尔效应、测量地磁水平分量等问题中，由于起作用的是磁通量的时间变化率，牵涉到的是B ；而如果考虑材料内部某处磁矩所受的作用时，起作用的就是H ，比如求退磁能及磁矩所做的功等。 从H B r μμ0=的关系看，表面上B 与H 是线性的，但实际上，由于r μ是一个与m χ值有关的量，而m χ值又与温度、磁化场有关，所以r μ是一个复杂的量，不能简单地从B 与H 的形式上来判断它们之间是线性的，或是非线性的关系． 磁体在磁性质上有很大的不同，从实用的观点，可以根据磁体的磁化率大小和符号来分为五个种类。 (1)抗磁性：是一种原子系统在外磁场作用下，获得与外磁场方向反向的磁矩的现象。某些物质当它们受到外磁场H 作用后，感生出与H 方向相反的磁化强度，其磁化率0 铁磁材料的滞回线和基本磁化曲线实验报告 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08] 南昌大学物理实验报告 课程名称：普通物理实验（2） 实验名称：铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 学院：专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：座位号： 实验时间： 一、实验目的： 1、掌握用磁滞回线测试仪测绘磁滞回线的方法。 2、了解铁磁材料的磁化规律，用示波器法观察磁滞回线比较两种典型铁磁物质的动态磁化特性。 3、测定样品的磁化特性曲线（B-H曲线），并作μ-H曲线。 4、测绘样品在给定条件下的磁滞回线，估算其磁滞损耗以及相关H C、B R、B M、 H、B的等参量。 二、实验仪器： TH—MHC型智能磁滞回线测试仪、示波器。 三、实验原理： 1．铁磁材料的磁滞特性 铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特性是在外磁场作用下能被强烈磁化，即磁导率μ很高。另一特征是磁滞，铁磁材料的磁滞现象是反复磁化过程中磁场强度H与磁感应强度B之间关系的特性。即磁场作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁场强度H之间的关系曲线。 图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O，当磁场强度H从零开始增加时，磁感应强度B随之从零缓慢上升，如曲线Oa，继之B随H迅速增长，如曲线ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至H S时，B达到饱和值B S这个过程的OabS曲线称为起始磁化曲线。如果在达到饱和状态之后使磁场强度H减小，这时磁感应强度B的值也要减小。图1表明，当磁场从H S逐渐减小至零，磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，对应的B值比原先的值大，说明铁磁材料的磁化过程是不可逆的过程。比较线段OS和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这种现象称为磁滞。磁滞的明显特征是当H＝O时，磁感应强度B值并不等于0，而是保留一定大小的剩磁Br。 当磁场反向从0逐渐变至－H D，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，可以施加反向磁场。H D称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，曲线RD称为退磁曲线。 图1还表明，当磁场按H S→O→H C→?H S→O→H D′→H S次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS′R′D′S变化，可以看出磁感应强度B值的变化总是滞后于磁场强度H的变化，这条闭合曲线称为磁滞回线。当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。磁滞是铁磁材料的重要特性之一，研究铁磁材料的磁性就必须知道它的磁滞回线。各种不同铁磁材料有不同的磁滞回线，主要是磁滞回线的宽、窄不同和矫顽力大小不同。 当铁磁材料在交变磁场作用下反复磁化时将会发热，要消耗额外的能量，因为反复磁化时磁体内分子的状态不断改变，所以分子振动加剧，温度升高。使分子振动加剧的能量是产生磁场的交流电源供给的，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种在反复磁化过程中能量的损耗称为磁滞损耗，理论和实践证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。 铁磁性材料居里温度的测试 铁磁性物质的磁性随温度的变化而改变。温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里 表示。居里温度是磁性材料的本征参量之一，它仅与材料的化学成分和晶体结温度，以T c 构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等组织结构因素无关，为组织和结构不敏感参量。测定铁磁性材料的居里温度不仅对磁性材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术应用都具有十分重要的意义。 一、数据记录、处理及误差分析 1、实验前应列出记录数据的表格（参见表9—1、9—2），记录时准确定出有效数字位数。注意：要求记录不同样品的（室温）初始（输出）感应电压值。 表9-1磁滞回线消失时所对应的温度值及初始（输出）感应电压值 表9-2感应电动势积分值ε'及其对应的温度T值 2、绘出每个样品的U~T 曲线，按照图9—5的方法确定各自的居里点Tc ，并与通过示波器观察样品磁滞回线消失温度来确定居里点Tc 方法得到的结果进行比较，并加以分析讨论。 20 30 40 50 60 70 80 90 050100150200250300 350400 i n d u c e d v o l t a g e (m V ) temperature(℃) 图1-1 试样一的U~T 曲线 示波器法测得Tc=85℃(室温26℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=85.2℃ 050100150200250300 350400i n d u c e d v o l t a g e (m V ) temperature(℃) 图1-2 试样二的U~T 曲线 示波器法测得Tc=130.6℃(室温25℃) U~T 曲线用切线法测得Tc=130.2℃ 材料科学基础试卷(2009年1月17日) 一.名词解释（4分×5题=20分） 1.位错：(4分)已滑移区与未滑移区的分界部分。 2.马氏体转变：(4分)同成分、不变平面切变类型的固态转变。 3.晶体：(4分)质点（原子、分子或离子）以周期性重复方式在三维空间作有规则的排列的固体。 4.形变强化：(4分)由塑性变形引起的材料强度、硬度升高的现象。 5.间隙固溶体：(4分)将外来组元引入晶体结构，占据主晶相间隙位置的一部分，仍保持一个晶相，这种固溶体称为间隙固溶体。 二．填空（30分，每空1分） 1.一个体心立方晶胞中占有的原子数目为2。 2．典型金属的晶体结构有体心立方、面心立方、密排六方。 3．晶界分为小角晶界、大角晶界两类，两个晶粒的位向差小于_10度，它们之间的晶界称为小角度晶界。 4．相界面分为共格、半共格、非共格三大类。 5．固态相变按热力学可分为一级相变、二级相变， 按原子迁移方式可分为扩散型、切变型，按相变方式可分为有核相变、无核相变。 6.板条马氏体显微组织是由许多成群的板条组成，亚结构为_高密度的位错_。 7.马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙式固溶体。具有体心立方点阵。马氏体相变属于___位移型无扩散相变___相变。 8．脱溶沉淀包括GP区、θ″相、θ′相、θ相四个过程。9．晶体材料在力的作用下，主要表现为:线弹性变形、非线弹性变形、均匀塑性变形、非均匀塑性变形、断裂五个过程。 10.菲克第一定律描述了稳态扩散的特征，即浓度不随时间变化。 11.原子扩散的驱动力是浓度梯度。 三、是非题（正确打√，错误打×）（每小题1分,共计10分） 1、面心立方金属滑移面通常为{110}，滑移方向为<111>。（×） 课题四铁磁材料基本特性的测量与研究 一、课题意义 磁性材料在电力、通讯、电子仪器、汽车、计算机和信息存储等领域有着十分广泛的应用．磁滞回线和居里温度是表征磁性材料的两个基本特性．磁滞回线反映磁性材料在外磁场中的磁化特性，而居里温度则是磁性材料由铁磁性转变为顺磁性的相变温度． 本实验通过对软磁铁氧体材料居里温度及动态磁滞回线的测量，加深对这一磁性材料基本特性的理解． 二、参考文献及资料 【1】自编. 普通物理电磁学实验讲义（内部用）. 【2】张兆奎.大学物理实验（第二版）.高等教育出版社. 【3】马文蔚.物理学教程.高等教育出版社. 【4】网选资料(自选). 三、提供仪器及材料 仪器：数字万用表1块，铂电阻数字温度计1块，加热装置1套，实验接线板，功率函数信号发生器1台，双踪示波器1台等． 材料：实验配件（包括精密电阻、磁性材料样品、短接桥、电容器、电阻、电位器、环型磁性材料样品线圈等）；导线若干。 四、开题报告及问题 学生作此课题时，要先查阅文献资料，对以下问题有初步了解，写出简要开题报告交教师审阅合格后，才能做此课题。 1、什么是四臂阻抗电桥？如何用交流电桥测量居里温度？ 2、测量铁磁物质的基本磁化曲线和磁滞回线各有什么意义？ 3、如何用示波器测量动态磁化曲线和磁滞回线？ 4．通过实验后，能否说明在测量基本磁化曲线和磁滞回线必须先退磁的原因？ 5、简述研究此课题各子课题的设计方案。 五、课题的内容及要求 根据所给仪器及器件，要求设计实验方案和装置研究测量软磁铁磁性材料基本特性的实验。 1、测量软磁铁材料动态磁滞回线。 2、测量软磁铁氧体材料居里温度。 3、讨论磁性材料的基本特性和一些应用。 六、结题报告及论文 1、写明本课题的研究意义及目的。 2、阐述本课题的研究原理。 3、记录研究全过程的步骤及观察的现象。 4、列表处理数据，对结果进行分析研究。 5、介绍磁性材料在科研中的用途。 6、谈谈对本课题研究的体会及收获。 7、在本课题研究中你是否有创新的见解和方案。 铁磁材料居里温度的测量 一、实验目的 1、了解物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理。 2、学会一种测量铁磁材料居里点的实验方法。 3、测定铁磁环样品的居里温度。 二、实验原理 1、磁介质与物质的磁性 在磁场的作用下发生变化并反过来影响磁场的物质叫磁介质。磁介质在磁场作用下发生变化的过程叫磁化(任何物质都就是磁介质) 2、磁化的微观机制 安培的分子电流假说:每个分子内部电荷运动的总效果相当于一个圆形电流——分子电流 物质磁性的根源:原子内部电荷运动。 温度对磁性有显著影响。分子热运动,对磁畴磁矩有序排列有破坏作用,温度升高到一定数值,铁磁性消失。 居里点——铁磁材料失去磁性或者从铁磁相转变为顺磁相的温度(相变)。 测量原理: 给绕在待测样品磁环上的线圈L1通交变电流i(励磁电流),产生交变磁场H,使铁磁环反复磁化。样品中B与H的关系B=f(H)为磁滞回线。 由于H正比于L1的电流,因此可以用电流的信号代表H的信号。 在励磁电路中串接采样电阻R1,将其两端的电压讯号(与电流正比)经放大后, 送至示波器的X轴输入以表示H。 B就是通过副线圈L2中因磁通量变化而产生的感应电动势来测定的。 所以,磁环中B与L2上感应电动势积分成正比。将L2上经过R2C积分电路,从积分电容上取出B值,放大处理送至示波器Y轴输入。 示波器x轴输入反映H,Y轴输入反映B,示波器显示磁滞回线。当磁环被加热到一定温度,磁滞回线消失。对应温度即居里点。 三、实验仪器 JHD-Ⅱ型居里点测试仪: 1、电源箱(电源部分,温度设置控制,H、B信号处理部分); 2、加热炉 3、铁磁材料样品; 4、示波器。 四、注意事项 1、实验过程中适当调节X衰减,以显示较理想的磁滞回线。 2、每次须让加热炉降至常温再放入样品,以免温度传感器响应时间不同引起测量误差。 3、谨慎换放样品,不能拉扯金属插头外导线。 4、测800以上样品,小心高温烫伤。 5、观察磁滞回线时,两线圈有互感,故始终有感应电压。因此,当磁滞回线变为直线时,不能将Y轴输入衰减无限减小。 五、实验内容 一、观察材料升温过程中磁滞回线消失及居里点 1、连线、放样品。连线加热炉与电源箱面板;样品与电源箱专用线连接,放入 838《材料科学与工程基础》考试内容范围 考试科目说明： 《材料科学与工程基础》包含《材料科学基础》、《道路建筑材料》和《无机化学》3个模块，考生可任选其中1个模块进行考试。 考试内容范围： 《材料科学基础》模块 参考教材：材料科学基础（第二版），石徳珂，机械工业出版社 考试内容： 一、性质与要求 《材料科学基础》是材料科学与工程专业一级学科的专业基础课。该课程从材料的组织结构出发，研究材料的结构与材料的制备方法、加工工艺以及材料性能之间的关系。 考试要求：(1) 系统掌握材料科学的基础知识和理论 (2) 能应用基本理论分析和解释常见的工程现象。 二、试卷结构 题形为问答方式的简答题、分析计算和论述题。 三、考试内容及要点 1.材料结构的基本知识 内容：原子结构，原子结合键，原子排列方式，材料的稳态结构与亚稳态结构。 要点：了解结构与性能间的关系。 2. 材料中的晶体结构 内容：晶体学基础，典型金属晶体结构，离子晶体、共价晶体的结构。 要点：密勒（Miller）指数法；晶带；配位数、致密度；多晶型性；鲍林规则。 3、晶体缺陷 内容：点缺陷及其平衡浓度，位错的几何性质、运动性质及弹性性质，位错的增殖与位错源，实际晶体中的位错，晶体的界面理论。 要点：点缺陷类型、平衡浓度；柏氏矢量；滑移与攀移；位错线的应变能与张力；柯垂耳（Cottrell）气团；位错反应的条件；全位错与分位错；堆垛层错；界面吸附；界面润湿。 4、材料的相结构与相图 内容：材料的相结构，二元相图及其类型，铁－碳合金相图，相图的热力学基础，三元相图。 要点：固溶体和中间相的类型及其特点；影响固溶体溶解度的因素；相律、相图的建立；杠杆定律；枝晶偏析；伪共晶、不平衡共晶、离异共晶；包晶偏析；铁-碳合金相图；铁素体、渗碳体、奥氏体、珠光体、莱氏体；铁-碳合金平衡凝固分析以及组织组成物相对量、相组成物相对量的计算；热脆、冷脆、氢脆；相平衡条件；浓度三角形；共轭连线、直线法则；共轭三角形、重心法则； 5、材料的凝固 内容：材料凝固时晶核的形成，晶体的生长，固溶体合金的凝固，共晶合金的凝固，凝固理论应用。 要点：凝固的热力学条件；过冷度，形核，临界核心，形核率；非均匀形核；熔化熵、温度梯度与晶体生长特性间关系；固溶体合金溶质分布；成分过冷；共晶体的结构；铸锭组织特征；区域熔炼、单晶制备、定向凝固、非晶态。 6、材料中的扩散 内容：扩散现象及扩散方程，扩散微观机制，扩散驱动力，反应扩散，影响扩散因素。 要点：菲克第一定律；菲克第二定律及应用；间隙机制、空位机制；柯肯达尔效应；扩散驱动力、上坡扩散； 7、材料的变形 内容：金属的弹性变形，滑移与孪晶变形，单晶体的塑性变形，多晶体的塑性变形，纯金属的变形与强化，合金的变形与强化，冷变形金属的组织与性能，冷变形金属的恢复与再结晶。 要点：弹性模量的微观解释；位错宽度、派-纳力；滑移系；孪晶变形；施密特定律；单滑移、多滑移、交滑移；霍尔-佩奇（Hall-petch）关系；割阶、扭折；梯杆位错、L-C锁；弗兰克-瑞德源（F-R源）；固溶强化；细晶强化理论； 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 【实验目的】 1.认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质的动态磁化特性。 2. 测定样品的基本磁化曲线，作μ －H曲线。 3.测定样品的H D、B r、B S和（H m·B m）等参数。 4.测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。 【实验仪器】 DH4516型磁滞回线实验仪，数字万用表，示波器。 【实验原理】 铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧化物（铁氧体）均 属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率μ很高。另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质的磁感应强度B与磁化场强度H之间的关系曲线。 图中的原点O表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B＝H＝O，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段oa所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H 增至H S时，B到达饱和值B S，oabs称为起始磁化曲线。图1表明，当磁场从H S逐渐减小至零，磁感应强度B 并不沿起始磁化曲线恢复到“O”点，而是沿另一条新的曲线SR下降，比较线段OS和SR可知，H减小B 相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H＝O时，B不为零，而保 留剩磁Br。 当磁场反向从O逐渐变至－H D时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，H D称 为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段RD称为退磁曲线。 图1还表明，当磁场按H S→O→H D→-H S→O→H D′→H S次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS' R'D'S 变化，这闭合曲线称为磁滞回线。所以，当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁 材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。 实验报告：铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 一、实验题目: 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 二、实验目的: 1认识铁磁物质的磁化规律，比较两种典型的铁磁物质动态磁化特性。 2测定样品的基本磁化曲线，作卩-H曲线。 3计算样品的H=、B r、出和（Hn- B m ）等参数。 4测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。 三、实验原理: 1铁磁材料的磁滞现象 铁磁物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁、钴、镍及其众多合金以及含铁的氧 化物（铁氧体）均属铁磁物质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，故磁导率卩很高。 另一特征是磁滞，即磁化场作用停止后，铁磁质仍保留磁化状态，图1为铁磁物质磁感应强 度B与磁化场强度H之间的关系曲线。 图中的原点0表示磁化之前铁磁物质处于磁中性状态，即B=H=0当磁场H从零开始增 加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段0a所示，继之B随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至H m时，B到达饱和值，0abs称为起始磁化曲线，图1表 明，当磁场从H m逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到“ 0 ”点，而是沿 另一条新曲线SR下降，比较线段0S和SR可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H 的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当 4 Bkm 1 TFi ^Hc /~0/ Ho H n B线和磁滞回线当磁场反向从0逐渐变至-H e时，磁感应强度H=0时，B不为零，而保留剩磁Br。 一簇磁滞回线图2同一铁 B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向 i i 磁场，f 称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态能力，线段 图1还表明，当磁场按 H 宀H --H m ~ 0^ H e — f 次序变化，相应的磁感 应强度 B 则沿 闭合曲线SRDS R D S 变化，这条闭合曲线称为磁滞回线， 所以，当铁磁材料处于交变磁场 中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化—去磁—反向磁化—反向去磁。在此 过程中要消耗额外的能量， 并以热的形式从铁磁材料中释放， 这种损耗称为磁滞损耗。 可以 证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。 应该说明，当初始态为 H=B=O 的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化， 依次进行磁化，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线， 如图2所示。这些磁滞回 线顶点的连线称为铁磁材料的基本磁化曲线，由此可近似确定其磁导率卩 =B/H ,因B 与H 的关系成非线性，故铁磁材料卩的不是常数，而是随 H 而变化（如图3所示）。铁磁材料相 对磁导率可高达数千乃至数万，这一特点是它用途广泛主要原因之一。 图3 铁磁材料与H 的关系 图4不同材料的磁滞回线 可以说磁化曲线和磁滞回线是铁磁材料分类和选用的主要依据，图 4为常见的两种典 型的磁滞回线。其中软磁材料磁滞回线狭长、 矫顽力、剩磁和磁滞损耗均较小，是制造变压 器、电机、和交流磁铁的主要材料。而硬磁材料磁滞回线较宽，矫顽力大，剩磁强，可用来 制造永磁体。 2用示波器观察和测量磁滞回线的实验原理和线路 观察和测量磁滞回线和基本磁化曲线的线路如图五所示。 RD 称为退磁曲线。 待测样品EI 型矽钢片，N 为励磁绕组, N 2为用来测量磁感应强度 B 而设置的绕组。R 为励磁电流取样电阻，设通过 Ni 的交流励磁电流为 i ，根据安培环路定律, L 为样品的平均磁路长度，其中 N i i L U H R ，所以有H NJ LR , 样品的磁化场强 U H 实验十二 铁磁材料的磁滞回线和基本磁化曲线 一、实验目的 1．认识铁磁质的磁化规律，比较两种典型的铁磁质的动态磁特性。 2．测定样品的基本磁化曲线，作μr －H 曲线。 3．测定样品的H D 、B r 、B m 和[H ·B]max 等参数。 4．测绘样品的磁滞回线，估算其磁滞损耗。 二、实验原理 1．铁磁物质及其磁滞曲线 根据介质在磁场中的表现，一般将磁介质分为顺磁质、抗磁质和铁磁质。 设想在真空中（没有磁介质时）有一磁场的磁感应强度是B 0，其大小是B 0，将磁介质放入这个磁场中，若磁介质中的磁感应强度比B 0小一点，那末这个介质是抗磁质；若磁介质中的磁感应强度比B 0大一点，那末这个介质是抗磁质；若磁介质中的磁感应强度比B 0大得多，甚至数百数万倍的增长，那末这个介质是铁磁质。实验表现是铁磁质移近磁极时被吸住，顺磁质稍微有被磁极吸引，而抗磁质反而被磁极稍微推开。 下表是一些材料的相对磁导率，根据相对磁导率很容易区分顺磁质、抗磁质和铁磁质。 铁磁质材料包含铁、钴、镍、某些稀有金属及其众多合金以及它们的许多氧化物的混合物（铁氧体）等。铁磁质是一种性能特异、用途广泛的材料，我们一般情况提到磁介质均指铁磁质。其特征是在外磁场作用下能被强烈磁化，磁导率μ很高；另一特征是磁滞，即磁化场消失后，介质仍保留磁性，即有剩磁。图1为铁磁质的磁感应强度B 与磁化场强度H 之间的关系曲线。 图1 铁磁质的B －H 关系曲线 图2 铁磁质的μ－H 关系曲 S S 线 图1中的原点O表示磁化之前铁磁质处于磁中性状态，即B＝H＝0，当磁场H从零开始增加时，磁感应强度B随之缓慢上升，如线段Oa所示，继之B 随H迅速增长，如ab所示，其后B的增长又趋缓慢，并当H增至H S时，B到达饱和值B S，OabS称为起始磁化曲线。（注意：这里说的饱和值B S，并不是说B的最大值。其实在达到B S后磁感应强度B仍然在随磁化场强度H变化，这时的B－H关系几乎是线性的。定义M＝B/μ0－H为磁化强度，则在B到达饱和值B S后，磁化强度M是几乎不变的，达到饱和磁化强度M S。饱和磁化强度M S以及如图2所示的起始磁导率μI、最大磁导率μM是研究软磁材料的三个重要参量。）当磁场从H S逐渐减小至零，磁感应强度B并不沿起始磁化曲线恢复到O点，而是沿另一条新的曲线SQ下降，比较线段OS和SQ可知，H减小B相应也减小，但B的变化滞后于H的变化，这现象称为磁滞，磁滞的明显特征是当H＝0时，B不为零，而保留剩磁Br。 当磁场反向从O逐渐变至－H C时，磁感应强度B消失，说明要消除剩磁，必须施加反向磁场，H C称为矫顽力，它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力，线段QC称为退磁曲线。当磁场按H S→O→H C→－H S→O→H C→H S次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SQCS'Q'C'S变化，这闭合曲线称为磁滞回线。 当铁磁材料处于交变磁场中时（如变压器中的铁心），将沿磁滞回线反复被磁化—去磁—反向磁化—反向去磁。在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗，理论和实践证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。