磁性物理學試驗教案

1、磁性物理學實驗指導書蘭中文余忠編寫電子科技大學微電子與固體電子學院二00三年四月第一章 磁性物理學與磁性材料一、磁性物理學的研究內(nèi)容我們通過課堂學習，已經(jīng)知道磁性是物質(zhì)的一種根本屬性，從微觀粒子到宏 觀物體，以至宇宙天體，無不具有某種程度的磁性，只是其強弱程度不同而已。 這里說的磁性是指物質(zhì)在磁場中可以受到力或力矩作用的一種物理性質(zhì)。 磁性物 理學(Magnetic physics)也稱為磁學(Magnetics)就是研究自然界中物質(zhì)磁性現(xiàn)象 的本質(zhì)及其變化規(guī)律與應(yīng)用的一門學問。 廣義地說， 物質(zhì)磁性可以劃分為弱磁性 和強磁性兩類， 通常與人類生活與生產(chǎn)活動密切相關(guān)的是強磁性物質(zhì)， 因此，磁

2、性物理學主要討論與強磁性有關(guān)的物理問題。 這些問題按其性質(zhì)， 大致可以分為 三類：自發(fā)磁化，技術(shù)磁化，應(yīng)用磁學。不同類型的磁學問題，要求求解 水平是不一樣的， 粗略地說，自發(fā)磁化涉及凝聚態(tài)物質(zhì)磁性的微觀機制， 問題的 求解，需要深入到原子或電子尺度的水平， 形成自發(fā)磁化理論； 技術(shù)磁化屬于磁 疇理論的范疇， 要在顯微尺度水平， 即磁疇或稍進一步的程度上求解， 形成技術(shù) 磁化理論， 這個理論可以對磁性材料的宏觀特性給出解釋， 并指導磁性材料的研 制；應(yīng)用磁學是研究與應(yīng)用有關(guān)的磁性問題，如磁與光、電、熱、力等相互作用 的交叉效應(yīng)。因此，我們在課堂教學中，從根本磁現(xiàn)象到動態(tài)磁化過程，為大家 講授了磁

3、性物理學共七章內(nèi)容，概述起來，其根本內(nèi)容有以下三局部：1. 磁性起源與自發(fā)磁化2. 磁疇理論與技術(shù)磁化3. 磁化過程動力學二、磁性物理學與磁性材料之間的關(guān)系磁性物理學與磁性材料之間關(guān)系密切， 相互依存。 從磁性物理學與磁性材料 開展歷史來看， 它們之間存在著這樣的根本模式： 首先通過實驗研究， 揭示出某 中根本規(guī)律，建立比擬完善的理論體系， 然后再在生產(chǎn)中創(chuàng)立新的磁性材料技術(shù)。 鐵磁性、亞鐵磁性理論的探索研究到鐵磁材料、 鐵氧體技術(shù)的開展， 復雜螺旋磁 性的研究到稀土磁性材料技術(shù)的形成， 都是遵循這一根本模式的。 關(guān)于磁學理論 與磁性材料技術(shù)研究的問題， 磁性材料技術(shù)的核心問題在于新材料的研制

4、和傳統(tǒng) 材料性能的提高。 自 20 世紀 50年代以來， 磁性物理學開展成為成熟的科學， 可 以從根底理論上來解釋磁性材料的物理性質(zhì)，遂使磁性材料研究的面目大為改 觀。當然，炒菜式配方的材料研究依然在進行， 但是更為重要的是有可能根據(jù)理 論的線索來研制和開發(fā)新的磁性材料， 這便是近幾十年來磁學理論和磁性材料技 術(shù)之間關(guān)系的根本表達。例如， 20世紀 50 年代初期，磁疇結(jié)構(gòu)和磁化動力學理 論，為適應(yīng)于各種存儲技術(shù)的矩磁性材料、 磁性薄膜和磁記錄材料的大開展奠定 了良好的根底， 而這些材料的大開展， 反過來又推動了磁疇理論和磁化動力學理 論的進步。高磁導率理論和軟磁材料的研究， 高矯頑力理論與永

5、磁性材料的研究， 亞鐵磁性理論與鐵氧體材料的研究， 旋磁與鐵磁共振理論與微波鐵氧體材料的研 究，等等，都反映出這一根本關(guān)系。至今，高新技術(shù)迅速開展，磁性物理學的研 究，既可以利用新技術(shù)(例如電子學、激光、共振和核技術(shù)等)和極端條件(如 低溫、高壓和強磁場等) 來探討宏觀磁性與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系， 以及對各種規(guī)律性 的認識，又能利用磁性物理學為現(xiàn)代科學技術(shù)效勞。 下列圖示出這一關(guān)系的簡單說技術(shù)應(yīng)用 一11FJ各種磁效應(yīng)一: 二J場度力磁溫應(yīng)電光熱_+各種磁性材料_: 二 磁性物理學一三、磁性材料的根本特征在磁性物理學理論根底上開展起來的磁性材料是現(xiàn)代工業(yè)和科學技術(shù)的重 要支撐性材料。實際上，按照磁性

6、物理學的劃分，物質(zhì)磁性可以分為抗磁性、順 磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性和鐵磁性五類。前三類屬于弱磁性的范疇，后兩類屬 于強磁性范疇，而現(xiàn)在我們所指的磁性材料，均是屬于對人類生產(chǎn)和生活有重要 作用的強磁性物質(zhì)。因此，現(xiàn)代磁性材料按照磁性劃分，可分為鐵磁性材料和亞 鐵磁性材料。按照導電性劃分，可分為金屬磁性材料和氧化物磁性材料。按照其 應(yīng)用功能來劃分，可分為永磁材料、軟磁材料、壓磁材料、旋磁材料以及磁光材 料等等。但不管如何劃分，不同的磁性材料表現(xiàn)出不同的內(nèi)稟性質(zhì)和不同的響應(yīng) 磁特性以及不同的磁效應(yīng)。磁性材料的內(nèi)稟性質(zhì)、在外磁場中的響應(yīng)特性和各種磁效應(yīng)是磁性廣泛應(yīng)用 的根本條件。內(nèi)稟性質(zhì)有：飽和磁化強

7、度、居里溫度或奈耳溫度、磁各向異性和 磁致伸縮等。它們由材料的物相如晶體結(jié)構(gòu)、有序程度、成分所決定，與材 料的結(jié)構(gòu)狀態(tài)如晶粒大小、摻雜、缺陷、機械加工和熱處理無關(guān)。響應(yīng)磁特 性包括：磁導率、矯頑力、剩磁、矩形比和磁損耗等。各參量都是由磁化曲線和 磁滯回線來決定，兩種曲線與材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)。磁效應(yīng)是指磁性材料受到磁場或 非磁物性如電、光、熱、應(yīng)力等作用伴隨磁狀態(tài)改變而產(chǎn)生的特性。常見的 磁效應(yīng)有：電磁感應(yīng)效應(yīng)、磁場電效應(yīng)、磁光效應(yīng)、磁熱效應(yīng)、磁力效應(yīng)、磁聲 效應(yīng)和磁共振效應(yīng)等。無論哪一種磁參量或磁效應(yīng)，各自都以不同的物理機制使 其起著轉(zhuǎn)換、傳遞和存儲能量、信息等功能作用，這就是磁性得以應(yīng)用的物理基

8、 礎(chǔ)。四、描述磁性材料的根本參數(shù)一磁化強度M我們定義單位體積磁體內(nèi)磁偶極子具有的磁偶極矩jm矢量和稱為磁極化 強度J；單位體積磁體內(nèi)具有的磁矩pm矢量和稱為磁化強度M，即磁極化強度J jm八八心-2(Wb m )由于所以磁化強度j m -0 p mJ 二 MJ =AVpm1M(Am)V物理意義二者都是與磁體體積有關(guān)的矢量，在數(shù)值上相差真空磁導率 上，都是用來描述磁體被磁化的方向與強度。磁化強度除了上述定義外，還定義有比磁化強度7,即單位質(zhì)量磁體內(nèi) 具有的磁矩矢量和，其值等于磁化強度 M和磁體密度d之比。- 1 - - 忙M /dVd如果磁體被磁化飽和，其磁矩完全平行排列，那么有飽和磁化強度Ms

9、和比飽和磁化強度7 s。二磁場強度H和磁感應(yīng)強度B實驗證明：導體中的電流或一塊永磁體都會產(chǎn)生磁場， 磁場存在于磁極周圍。 磁場的一般定義為：一種由作用到運動著的帶電微粒上的力來描述的場。 這種力 由于微粒的運動和帶電而起作用。符號H和B都是描述空間任意一點的磁場參量。在國際單位制中：B = %H M 7。H%M令 B j = J - ''o M ,那么：B - ''-oH Bj - 0H JB的單位是T或 Wb?m2; H的單位是A/m ;在自由空間中，M = 0，B與H平行，B二oH除了 SI單位制外，還有一種 Gauss單位制，在Gauss單位制中，B=H+

10、4M這里B的單位是高斯G，H的單位是奧斯特Oe。兩種單位制之間的換算關(guān)系為：1G=10-4T1 Oe =1f/4n A ? m仁79.577A ? ni1_32磁矩=10 A ?m三磁化率和磁導率卩磁體被置于外磁場中，其磁化強度將發(fā)生變化。磁化強度M和磁場強度H之間的關(guān)系為：MM = H，或=H其中， 稱為磁體的磁化率，它是單位 H在磁體內(nèi)感生的M，表征磁體磁性強 弱。將式代入式，那么有B= JH + z h =1+ 星 P0H定義 J = V 稱為相對磁導率，即有可見，相對磁導率簡稱磁導率是表征磁體磁性、導磁性及磁化難易程度 的一個磁學物理量。磁化率3和磁導率Q這兩個參量，只有當H、B和M

11、三個矢量互相平行時才為標量，否那么，它們均為張量。在實際應(yīng)用中，根據(jù)不同的磁化條件，磁導率可分為許多種，常見的有以下六種：初始磁導率卩i,最大磁導率卩max振幅磁導率卩a,增量磁導率,可逆磁導率 卩rev,復數(shù)磁導率四剩磁Mr、Br和矯頑力He磁性材料作為強磁性物質(zhì)，對外磁場有明顯的響應(yīng)特性，這種響應(yīng)特性可以 用磁化曲線和磁滯回線來表征。兩曲線表征了磁感應(yīng)強度 B或磁化強度M與磁場 強度H之間的非線性關(guān)系，而這種非線性關(guān)系的物理根源是在磁性材料內(nèi)存在自 發(fā)磁化。如圖1,圖2所示，將磁性材料磁化飽和后，從Bs或Ms狀態(tài)開始，使磁化場單圖2磁性材料的磁滯回線調(diào)地逐步減小，發(fā)現(xiàn)材料中對應(yīng)的 B或M值

12、雖然也隨H而減小，但是不再沿著 原曲線返回。當H減小到H=0時，材料仍保存有一定的磁感應(yīng)強度或磁化強度 值，稱為剩余磁感應(yīng)強度或剩余磁化強度。用Br或Mr表示，簡稱剩磁。為了使B或M繼續(xù)減小，必須在反方向增加磁場，當反方向磁場到達某一 數(shù)值時，可以有B=0或M=0。與此相應(yīng)的磁化強度成為矯頑力He。分別記作bHc或mHc。bHc表示使B = 0的矯頑力。mHc表示使M = 0的矯頑力，稱為內(nèi)稟矯頑力。一般地，| bHc | < | mHc |如圖2所示，當H從正的最大變到負的最大，再回到正的最大時。B-H或M-H形成一條閉合曲線，稱為磁滯回線。出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象的根本原因在于磁性材 料內(nèi)不可逆

13、磁化過程的存在。磁滯回線包圍的面積就是磁化一周材料所損耗的能 量。這種磁損耗的大小與材料內(nèi)的磁化阻力密切相關(guān)。五磁晶各向異性K與磁致伸縮實驗說明，磁體被磁化，在其某些方向容易，而在另一些方向較難。如Fe單晶100晶軸方向很容易磁化飽和，而沿111晶軸方向就難以飽和。如圖3,圖 4所示。這說明鐵磁單晶體在磁性上是各向異性的，這種磁化難易程度與晶體方圖3 Fe單晶的磁化曲線圖4 Ni單晶的磁化曲線向有關(guān)的現(xiàn)象稱為磁晶各向異性，其大小用磁晶各向異性常數(shù) K來衡量，它是 磁性材料磁化阻力的主要來源之一。 對于立方晶體，K定義為單位體積的鐵磁單 晶體沿111 軸與沿100軸飽和磁化所需要的能量差。MsK

14、=?(0111J 0HdM-Ms0100 HdM)磁化阻力的另外一個重要來源之一是磁致伸縮導致的磁應(yīng)力各向異性。所謂磁致伸縮，是指磁性材料在被磁化時，隨自身磁化狀態(tài)改變的彈性形變現(xiàn)象。它有三種表現(xiàn)，沿著外磁場方向尺寸的相變化=l/l稱為縱向磁滯伸縮。垂直于 外磁場方向尺寸的相對變化l/l稱為橫向磁致伸縮。這兩種又稱為線磁致伸 縮。表現(xiàn)為材料在磁化過程中具有線度的伸長或縮短而維持體積不變。其:1/1般為10 10 °數(shù)量級。磁性材料被磁化時其體積相對變化 = V/V 稱為體 積磁致伸縮。 V/V為10 40量級，可以忽略。因此，除特別指明外，磁致伸縮均 是指線磁致伸縮。圖5材料的磁致伸

15、縮系數(shù) 入磁場H關(guān)系曲線磁致伸縮的大小又與外磁場強度大小有關(guān)。圖 5是磁致伸縮=厶1/1 即伸 長或縮短的大小=1與原長度I之比與外磁場強度H的關(guān)系示意圖。在外磁場 到達飽和磁化場時，磁致伸縮為一確定值，以 扎s表示，稱為磁性材料飽和磁致 伸縮系數(shù)。不同材料的磁致伸縮系數(shù) 人s也是不同的。扎s>°稱為正磁致伸縮， 是指沿磁場方向的長度變化是伸長的。例如 Fe的磁致伸縮。s<0稱為負磁致 伸縮，是指沿著磁場方向上的長度變化是縮短的。例如Ni的磁致伸縮。鐵磁體的磁致伸縮同磁晶各向異性的來源一樣， 是由于原子或離子的自旋與 軌道耦合作用而產(chǎn)生的，也是要滿足鐵磁體能量最小條件的必

16、然結(jié)果。對于磁致伸縮而言，如果鐵磁晶體的形變大小和性質(zhì)能夠?qū)е缕淇偰芰康扔跇O小值，那么這口 I CZ時0皿豐0種形變就會產(chǎn)生。磁致伸縮是由自旋與軌道耦合能和材料的彈性能平衡而產(chǎn)生 的。對于多疇結(jié)構(gòu)的鐵磁體可以用圖 6來說明aH = Oi A/h = 0圖6磁化過程中磁疇轉(zhuǎn)動并伴隨著自發(fā)形變軸的旋轉(zhuǎn)六磁損耗在交變磁場作用下，磁性材料一方面被磁化，另一方面會因為不可逆磁化 而產(chǎn)生能量損耗，導致磁芯發(fā)熱。所謂磁損耗是指磁性材料在交變磁場作用下產(chǎn) 生的各種能量損耗的統(tǒng)稱。其機理有：磁滯，渦流和磁化馳豫等。由渦流引起的能量損耗稱為渦流損耗We,由此磁滯引起的能量損耗稱為磁滯損耗 Wh, 由磁化馳豫過程或

17、磁頻散現(xiàn)象所導致的能量損耗稱為剩余損耗 Wc,如以W 表示單位體積的鐵磁體在交變磁場中磁化一周產(chǎn)生的總磁損耗，那么有因此磁性材料的總磁損耗W不僅與材料本身有關(guān)，而且也與材料在交變磁場中 的工作頻率和磁感應(yīng)強度大小有關(guān)。1. 在低頻弱磁場下的磁損耗在低頻弱磁感應(yīng)強度B<10，T的交變磁場下，可用legg公式表示磁損耗:=ef+aBm+CJ fL Jii其中第一項ef代表渦流損耗We 第二項aBm代表磁滯損耗Wh 第三項C代表剩余損耗Wc2. 在中等磁場和強磁場下的磁損耗 此時有經(jīng)驗公式：P 21 .6W=f=eBmf+ Bm其中e為渦流損耗系數(shù)為磁滯損耗系數(shù)就渦流損耗而言4二 2 % d2

18、e=3 P其中d為與尺寸有關(guān)的參數(shù)P為材料電阻率因此降低渦流損耗應(yīng)從減小d和提高入手就磁滯損耗而言8ba=33%川其中b為瑞利常數(shù)-為磁導率因此，降低磁滯損耗應(yīng)從提高 卩和減小b入手。綜上所述，描述磁性材料的參數(shù)有許多，內(nèi)稟性質(zhì)方面主要有飽和磁化強度 Ms、居里溫度Tc、磁晶各向異性常數(shù)K、磁致伸縮系數(shù)入、電阻率p 以及密度d等。響應(yīng)磁特性方面主要有磁導率 譏矯頑力Hc、剩磁Br、 以及磁損耗W 等。根據(jù)磁性物理學的教學內(nèi)容和現(xiàn)有的實驗條件，本實驗針 對磁性材料如下五個參數(shù)進行測試與分析： 材料飽和磁化強度Msc 材料密度d 與Ms相關(guān) 材料電阻率p 與磁性渦流損耗We相關(guān) 材料磁致伸縮系數(shù)入

19、 材料磁損耗 W第二章 實驗局部一.飽和磁化強度的測量m：V一、實驗?zāi)康?磁化強度M是指磁性材料單位體積內(nèi)的磁矩矢量和，定義為 通過測量材料的飽和磁化強度 Ms,加深對自發(fā)磁化的理解是本實驗的主要目的。二、實驗主要儀器：FM A磁天平三、實驗原理及方法：根據(jù)磁性物質(zhì)在非均勻磁場中的受力原理實現(xiàn) Ms的測量，其方法為磁天平 法，如下圖。分析天平Z磁天平工作原理示意圖設(shè)一小球樣品處在非均勻磁場中，樣品質(zhì)量為m、體積V，那么樣品在此非均勻磁場中沿任意軸向a a 所受的力為：F-.二 J0MsV .式中(T s為單位質(zhì)量的飽和磁化強度，稱為比飽和磁化強度。 顯然，Ms 二：丁 s 二：sd V其中d為

20、試樣密度 如果磁場的不均勻只表現(xiàn)在 Z方向。 那么， Ho:x也0.:z二 Fz 二 MsV汨.:zHFz = %；- $m :z實際測量中，：H即磁場梯度難以精確測量，因而，一般采用相對法測量，如下圖，無磁場時，天平平衡時砝碼重量(W1),加磁場后，由于Fz的作用，需 要增加砝碼來到達新的平衡，當天平重新平衡時 (W2)有：HFz 二g.(W2 -Wig.：Wcz式中g(shù)-重力加速度 W加磁場前后砝碼之差g.AWi 汨cz將標準樣品置于同樣的非均勻磁場中，那么有:EHFzo = g.=Wo = %；- s0m°cz聯(lián)立，二 so m。 Wm=W0標準式樣一般采用密度為8.90g -3

21、,純度?99.9 %的Ni球，其飽和磁化強 度 。同樣的原理，對于圓柱形樣品，如果其一端處于電磁鐵兩極的中心，此處磁 場強度最大，而另一端離磁場中心較遠，磁場很弱，那么可推得材料體積磁化率。2沁 t - mJ%H2SXa.式中 Ms+1為樣品管中裝上樣品后加磁場時的砝碼質(zhì)量m和無磁場時的砝碼質(zhì)量m之差 Mt為樣品管加磁場時的砝碼質(zhì)量m：H和無磁場時砝碼質(zhì)量m。之差。 S為樣品截面積XAir 為空氣磁化率 XAir =3.64*10 -7H為電磁鐵兩極中心處的磁場強度 四 、實驗步驟：1、接通FM- A電源，預(yù)熱10分鐘2、檢查電流和磁場指示，用調(diào)零旋紐將電流和磁場置于零點。3、 放入標準樣品，

22、調(diào)節(jié)分析天平，測出磁場H= 0時的重量并記錄4、調(diào)節(jié)電流線圈電流，增加磁場 H400mT 500mT 600mT等，調(diào)節(jié)分析天 平，測出磁場H為某一確定數(shù)值時的重量并記錄，算出公式 W5、 將磁場恢復到零，放入待測小球樣品，重復步驟3、4，算出 W&代入標準樣品參數(shù)，算出代測小球樣品的7 s或Ms7、將磁場恢復到零，取出待測小球樣品，調(diào)節(jié)分析天平測出空樣品管在 H= 0 時的重量并記錄8、調(diào)節(jié)電流線圈電流，增加磁場 H200mT 300mT 400mT等調(diào)節(jié)分析天平，測出磁場H為某一確定數(shù)值時的空樣品管重量并記錄，算出公式中厶m9、將磁場恢復到零，放入代測圓柱形樣品，調(diào)節(jié)分析天平，測出

23、 H= 0時的 重量并記錄。10、調(diào)節(jié)電流增加磁場H200mT 300mT 400mT等調(diào)節(jié)分析天平，測出磁場H為某一確定數(shù)值時的重量并記錄，算出公式中厶m+t11、 用游標卡尺測出圓柱形樣品的直徑，算出截面積S12、算出代測樣品體積磁化率 X13、寫出實驗報告并進行結(jié)果分析。 五 實驗考前須知1 、調(diào)節(jié)電流及磁場旋紐應(yīng)輕緩2、不可在分析天平處于測量狀態(tài)時增減砝碼3、微量的鐵磁性雜質(zhì)對測量結(jié)果影響很大，所以應(yīng)特別注意防止樣品管內(nèi)外 雜質(zhì)的沾染4、磁天平處于水平狀態(tài)，所以不得挪動儀器5、測試樣品時，應(yīng)關(guān)閉玻璃門窗，對整機不得振動。用 MD-2 型密度測定儀測試磁體密度密度是磁性材料的一個重要技術(shù)

24、參數(shù)， 往往影響著材料的飽和磁感應(yīng)強度和 機械強度。密度的測試，一般根據(jù)阿基米德原理用排液法來確定。一、實驗?zāi)康耐ㄟ^對磁性材料密度的測定，掌握測試原理和方法。二、實驗原理MD-2 型密度測試儀根據(jù)阿基米德原理，通過兩次稱量來計算密度。即使是 幾何形狀不規(guī)那么的樣品也同樣適用。 對于燒結(jié)體產(chǎn)品， 可用水作介質(zhì)， 而對于毛 坯品，可用水銀作介質(zhì)。根據(jù)阿基米德原理，樣品在空氣中和在介質(zhì)中稱出的質(zhì)量分別為：M 空=M -D 空 X V1M 介=M -D 介X V2其中： D 空為空氣密度D 介為介質(zhì)密度由于空氣密度 D 空很小，可忽略不計，所以根據(jù) 1式有M空=皿3V= M空-M介/ D介材料密度Dm

25、=M/V= M空X D介/ M空-M介5因為樣品放于一吊環(huán)中測試， 該吊環(huán)必然會影響體積的數(shù)值， 因此有一修正 系數(shù) f ，該修正系數(shù) f 在數(shù)值上和吊環(huán)浸入介質(zhì)的體積相等。所以Dm=M/V-f= M 空/ M 空-M 介 D 介-6三、實驗內(nèi)容1. 熟悉 MD-2 型密度測試儀原理及使用方法2. 對樣品進行密度測試四、實驗步驟1. 啟動密度測試專用程序，將電子天平讀數(shù)復零2. 修正吊環(huán)修正系數(shù) f3. 放置樣品至吊環(huán)里，讀相應(yīng)數(shù)據(jù)至密度測試專用程序中4. 開啟電機使介質(zhì)器皿上升，浸沒樣品5. 在程序里運行相關(guān)程序，讀入 /輸入在介質(zhì)中質(zhì)量，雙擊“磁芯密度紅色 框，顯示已計算出的磁芯密度。6.

26、 開啟電機，使介質(zhì)器皿下降，取下樣品，準備下次測試。五、考前須知1. 當介質(zhì)為水銀時，必須作好防護工作，以免中毒2. 電子天平下勾吊環(huán)應(yīng)在裝測試介質(zhì)的器皿中間，防止碰器皿壁，以保證測 量精度。3. 器皿中測試介質(zhì)建議裝載735ml 水銀約10kg,水約0.735kg 4. 測試完畢，應(yīng)及時將器皿蓋緊，以免揮發(fā)三、材料電阻率的測試電阻率P是材料的一個重要特性參數(shù)，影響著材料的電磁性能并決定著材料 的應(yīng)用頻率，是決定磁性材料動態(tài)磁化時渦流損耗大小的關(guān)鍵因素。(一)、實驗?zāi)康?. 掌握四探針法測量樣品體電阻率的根本方法和原理2. 理解電阻率p與溫度T的關(guān)系四探針法測量樣品電阻率是以針距約為 1mm的

27、四根金屬探針同時排成一直 線，并以一定的壓力壓在平整的樣品外表，如下圖。在 1、4兩根探針間通過 電流I，那么在2、3探針間產(chǎn)生電位差V。材料電阻率尸C, (Q -cm)(2-1)式中C為探針修正系數(shù)，由探針的間距決定。當樣品電阻率分布均勻時，試樣尺寸滿足半無窮大條件時，2兀C=11 (cm)(2-2)S S2 S S S2 S3式中：S1、S2、S3分別為探針1與2, 2與3，3與4之間的間距。每個探頭 都有自己的系數(shù)。CP.28土 0.05(cm)。假設(shè)取電流值I=C時，貝U尸V，即可由數(shù)字電壓表直接讀出。1. 塊狀或棒狀樣品的電阻率測量由于塊狀或棒狀樣品外形尺寸遠大于探針間距，符合半無窮

28、大邊界條件，電阻率可直接由(2-1)式求出。2. 薄片電阻率測量薄片樣品因為其厚度與探針間距相近， 不符合半無窮大邊界條件，測量時要 附加樣品的厚度、形狀和測量位置的修正系數(shù)。其電阻率值可由下面公式得出:(2-3)P= C； G(WS )D( S )= pG(WS )D( S )(2-3)當圓形樣品厚度滿足<0.5條件時，電阻率為:S(2-4)當忽略探針幾何修正系數(shù)時，即認為 C=2n S時(2-5)尸 洱D(S)=4.53平 D(£)ILn2 SI S上面各式中：p為塊狀體電阻率測量值GT"為樣品厚度修正函數(shù)，可查表而得SW為樣品厚度pm; S為探針間距mmD-為樣

29、品形狀與測量位置的修正系數(shù)，可查表得三八實驗內(nèi)容1. 熟悉并正確使用SZ-82型數(shù)字式四探針測試儀2. 利用SZ-82型數(shù)字式四探針測試儀測量不同溫度下材料的電阻率變 化。四八實驗步驟1. 測試準備將220V電源插頭插入電源插座，電源開關(guān)置于斷開位置，工作選擇開關(guān) 置于“短路位置，電流開關(guān)處于彈出切斷位置。將測試架的插頭和主機的輸入插座相連，松開測試架立柱處的高度調(diào)節(jié)手 輪，將探頭調(diào)節(jié)到適當?shù)奈恢煤透叨龋瑴y試樣品應(yīng)進行清潔處理，放于樣品架 上，使探針能與外表良好接觸，并保持一定的壓力，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度使之到達要 求的測試條件。2. 測量電流的調(diào)節(jié)將電源開關(guān)置于開啟位置，數(shù)字顯示亮，儀器通電預(yù)熱1小

30、時。工作選擇開關(guān)置于“ 1調(diào)節(jié)位置，電流量程開關(guān)與電壓量程開關(guān)必須放 于相對應(yīng)的任一組的量程上。按下電流開關(guān)，調(diào)節(jié)電流電位器，可以使電流輸出 在010.00范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)到數(shù)字顯示出測量所需要的電流值塊狀或棒狀樣品為 6.28;薄片樣品為4.53。3. 測量極性開關(guān)撥至上方，工作狀態(tài)選擇開關(guān)置于“測量，撥動電流量程開關(guān) 和電壓量程開關(guān)，置于樣品測量所適合的電流、電壓量程范圍，調(diào)節(jié)電壓表的粗 調(diào)和細調(diào)調(diào)零，使數(shù)字顯示為“ 000，按下電流開關(guān)輸出恒定電流，即可由數(shù)字 顯示板和單位顯示燈直接讀出測量值。如果數(shù)字出現(xiàn)閃爍，那么說明測量值已超過 此電壓量程，應(yīng)將電壓量程開關(guān)撥到更高檔； 讀數(shù)后切斷電流開

31、關(guān)，數(shù)字顯示將 恢復到零位。在儀表處于高靈敏電壓檔時要經(jīng)常檢查零位。再將極性開關(guān)撥至下方負極性，按下電流開關(guān)，從數(shù)字顯示板和單位顯 示燈可以讀出負極性的測量值。將兩次測量獲得的電阻率值取平均，即為樣品在該處的電阻率值。改變溫度，重復上述測試過程，即可得電阻率 P和溫度T的關(guān)系。五八考前須知1. 儀器要先預(yù)熱2. 樣品外表需進行清潔處理3. 儀器再中斷測試時應(yīng)將工作選擇開關(guān)置于“短路位置，電流開關(guān)置于彈出 斷開位置。4. 根據(jù)國家標準和儀器性能，為保證測試精度，推薦以下電流、電壓量程組合:電流電阻率電 壓0.2mV2mV20mV200mV2V100mA10-410-310-310 mA10-31

32、0-210-11 mA10-11201050102103100 卩 A200 50010310410卩A105四、磁致伸縮系數(shù)測量磁體在外磁場中磁化時，其形狀與體積發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫磁致伸縮。表 征磁致伸縮的磁性參數(shù)為磁致伸縮系數(shù)，當磁場H到達飽和磁化場時，縱向磁致伸縮為一確定值冷，一一飽和磁致伸縮系數(shù)。一、實驗?zāi)康?. 掌握通過應(yīng)變電阻阻值變化測試材料磁致伸縮系數(shù)的原理和方法2. 理解磁致伸縮系數(shù) 入與磁化場H之間的關(guān)系二、實驗原理如圖：將待測材料粘結(jié)于應(yīng)變電阻上，并對待測材料所繞線圈通直流電流， 在線圈產(chǎn)生的磁場作用下，磁體的尺寸將發(fā)生變化，并給應(yīng)變電阻施加應(yīng)力，從 而改變了應(yīng)變電阻的電

33、阻值，通過測定應(yīng)變電阻阻值的變化，可以分析出當前磁 場強度下磁體尺寸的變化量即磁致伸縮系數(shù)»三、實驗內(nèi)容1熟悉TH2512B型智能低電阻測試儀2.利用智能低電阻測試儀和應(yīng)變電阻測試磁體的磁致伸縮系數(shù)入四、實驗步驟1. 開機預(yù)熱TH2512B型智能低電阻測試儀開機，測試前必須預(yù)熱10分鐘以上，以等待儀器內(nèi)部線路電參數(shù)穩(wěn)定。2. 測試應(yīng)變電阻的阻值3. 把磁體粘結(jié)于應(yīng)變電阻上，繞上線圈，通以直流電流，使磁體磁化，再測 應(yīng)變電阻的電阻值4. 根據(jù)應(yīng)變電阻的阻值查表，得到磁體的磁致伸縮系數(shù)入5. 改變線圈中電流的大小，重復步驟3、4、5,從而可得入關(guān)系，并求出 曲五、考前須知1. 零點和清零當使用20mQ和200mQ量程時，應(yīng)首先清零，而在其他量程時一般不用清零。 測試時，使用者可先選定量程，再把測試夾互夾，使 S+端和S-端直接接觸，D+ 端和D-直接接觸，并保持良好的接觸。具體地說：使兩個測試夾有引出測試線 的兩金屬片直接接觸，無引出測試線的兩金屬片直接接觸。假設(shè)儀器顯示不為零時， 按前面板清零鍵，那么清零 ON