PDF《实验七 实验七 磁滯现象》

实验 实验 实验 实验七 七七七磁窒 磁窒 磁窒 磁窒

一、 目的: 量测铁磁性物质的磁.

二、 原理:

(一)磁性物质: 存在自然界中,最简单的磁性结构为磁偶极矩(magnetic dipole),其可以想像成一个被磁化成有 N 极和 S 极的长形物体, 可藉由此两极形成一个封闭的环场磁场,正如一个磁性体永远存 在成对的 N 极和 S 极,而至目前为止磁单极是不存在的.若这些 磁偶极矩在外加磁场作用下产生磁场,则此材料带有不同的磁 性,因此可将物体区分成三类:顺磁性(paramagnetism)、反磁性 (diamagnetism)及铁磁性(ferromagnetism). 1. 顺磁性物质:出现於含有过渡元素、稀土元素和锕系元素的 材料中.当在外加磁场中,顺磁性物质所产生的微弱磁化量 的方向与外加磁场方向相同. 2. 反磁性物质:出现於一般材料中.当在外加磁场中,反磁性 物质所产生微弱磁化量的方向与外加磁场方向相反. 3. 铁磁性物质:是铁、钴、镍及其合金.当在外加磁场中,铁 磁性物质会产生极强之磁化量且方向与外加磁场方向一致.

(二)磁窒: 若将未带磁性的铁磁性物质(例如:铁、钴、镍及其合金)放 入通电的螺线管内,其所产生的磁场可以将此材料磁化,使之带 有磁性,但外加磁场去除后,铁磁性物质的磁性不会马上消除, 仍保有磁性,此即为磁窒. 将铁磁性物质存在於一外加磁场时,当外加磁场由零(A 点) 逐渐增大时,铁磁性物质之感应磁场也随之增大,而外加磁场增 大到某一程度后,无论磁场再如何加大,铁磁性物质之感应磁场 也不再变化,此即达到饱和(C 点).此时,在逐渐减小外加磁场 时,铁磁性物质之感应磁场亦随之缓慢减小,其路径并不沿原磁 化曲线(magnetization curve)CBA 返回,而是沿著另一曲线 CD 变化,直到外加磁场降为零,而铁磁性物质仍保有磁性,此点(D 点) 所具有的磁场称为该磁性物质之残磁量(residual induction;

r B ). 若欲使该磁性物质之感应磁场趋於零(E 点)时,则需外加一反向 磁场此作为去磁效果,此时,E 点之反向磁场称为物质之抗磁力 或矫顽磁力(coercivity),或称之为抗磁场强度(coercive field intensity).相同於正向磁场之效应,反向磁场大到某一程度后, 铁磁性物质磁化强度亦会达到饱和(F 点) , 减小反向磁场至零点(G 点),铁磁性物质仍具磁性.再通以正向磁场,磁化曲线会沿著曲 线GC 到达 C 点而形成依各封闭曲线,此封闭曲线即为磁 线,如图一所示. 图一 磁

(三)由细长磁棒所产生的磁场: 假设由铁磁性物质所做成的细棒被磁化后,其磁化强度 (magnetization)为M.我们可以想像成磁性是由许多个小磁偶磁 矩?所组成的,若铁磁性物质的体积为V ,体积内的原子数目为 N ,因此磁化强度 M 与磁偶磁矩 ? 之间的关系为 V N M ? = . 由一个磁偶磁矩 ? 所产生的磁场为

3 0 ) ? ( ?

3 4 r r r B ? ? π ? ? ? = (1) 其中,r ? 为由磁偶磁矩 ? 所在的位置指向测量点的单位向量;

r 为 这两点之间的距离. 在图二中,我们将磁棒 S 极置於原点,而N极置於 z ? + 轴上 之P点,待测点则在 x ? + 轴上之 R 点,在磁棒上 dz 长度内的磁偶 磁矩数目为 Adz V N ,因此由这些磁偶磁矩所产生的磁场为

3 ) ? ( ?

3 r r r Adz V N dB ? ? ? ? = H M C A B D E F G O 若考虑磁场 x 方向之分量,则25220)(3zxxzdz V NA B PQ x + ? = ∫ ? ? ? ? ? ? ? ? =

3 2 ) (