實驗_7.2_振動樣品磁強計測量內(nèi)稟磁特性

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1、實驗7.2振動樣品磁強計測量內(nèi)稟磁特性引言1959年美國的Ｓ．Ｆｏｎｅｒ在前人的研究基礎(chǔ)上制成實用的振動樣品磁強計（簡記為ＶＳＭ）。由于其具有很多優(yōu)異特性而被磁學(xué)研究者們廣泛采用，并又經(jīng)許多人的改進，使ＶＳＭ成為檢測物質(zhì)內(nèi)稟磁特性的標(biāo)準(zhǔn)通用設(shè)備。所謂“內(nèi)稟”磁特性，主要是指物質(zhì)的磁化強度而言，即體積磁化強度Ｍ——單位體積內(nèi)的磁矩，和質(zhì)量磁化強度σ——單位質(zhì)量的磁矩。設(shè)被測樣品的體積為Ｖ（或質(zhì)量為ｍ），由于樣品很小，如直徑１ｍｍ的小球，當(dāng)被磁化后，在遠(yuǎn)處，可將其視為磁偶極子：如將樣品按一定方式振動，就等同于磁偶極場在振動。于是，放置在樣品附近的檢測線圈內(nèi)就有

2、磁通量的變化，產(chǎn)生感生電壓。將此電壓放大變成直流并加以記錄，再通過電壓磁矩的已知關(guān)系，即可求出被測樣品的Ｍ或σ。實驗?zāi)康恼莆眨郑樱凸ぷ髟?；利用實驗室提供的設(shè)備，具體測量實際材料的Ｍ或σ值。實驗原理如圖7.4-1所示，體積為Ｖ、磁化強度為Ｍ的樣品Ｓ沿Ｚ軸方向振動。在其附近放一個軸線和Ｚ軸平行的多匝線圈Ｌ，在Ｌ內(nèi)的第ｎ匝內(nèi)取面積元ｄＳn，其與坐標(biāo)原點的矢徑為ｒｎ，磁場沿Ｘ方向施加。由于Ｓ的尺度與ｒｎ相比非常小，故Ｓ在空間的場可表為偶極場形式：（7.4-1）注意到Ｍ值有Ｘ分量，則可得到檢測線圈Ｌ內(nèi)第ｎ匝中ｄＳn面積元的磁通為（7.4-2）其中μ0為真空磁導(dǎo)率。

3、而第ｎ匝內(nèi)的總磁通則為整個Ｌ的總磁通則為（7.4-3）其中，Ｘn為ｒn的Ｘ軸分量，不隨時間而變；Ｚn為ｒn的Ｚ軸分量，是時間的函數(shù)。為方便計，現(xiàn)認(rèn)為Ｓ不動而Ｌ以Ｓ原有的方式振動，此時可有，為第ｎ匝的坐標(biāo)，ａ為Ｌ的振幅。由此可得到檢測線圈內(nèi)的感應(yīng)電壓為（7.4-4）顯然，精確求解上式是困難的，但從該方程卻能得到一些有意義的定性結(jié)論，那就是：檢測線圈中的感應(yīng)電壓幅值正比于被測樣品的總磁矩Ｊ＝ＭＶ（或Ｊ＝σｍ），且和檢測線圈的結(jié)構(gòu)、振動頻率和振幅有關(guān)。如果將（7.4-4）式中的Ｋ保持不變，則感應(yīng)信號僅和樣品總磁矩成正比。預(yù)先標(biāo)定感應(yīng)信號與磁矩的關(guān)系后，就可根據(jù)測

4、定的感應(yīng)信號的大小而推知被測磁矩值，因此，在測出樣品的質(zhì)量和密度后，即可計算出被測樣品的磁化強度Ｍ、　σ。Ｍ＝ρσ，ρ為材料的密度。振動樣品磁強計主要工作原理如下：信號發(fā)生器產(chǎn)生的功率信號加到振動子上，使振動子驅(qū)動振動桿作周期性運動，從而帶動粘附在振桿下端的樣品作同頻同相位振動，掃描電源供電磁鐵產(chǎn)生可變磁化外場Ｈ而使樣品磁化，從而在檢測線圈中產(chǎn)生感應(yīng)信號，此信號經(jīng)放大并檢測后，饋給Ｘ-Ｙ記錄儀的Ｙ軸。而測量磁場用的毫特斯拉計的輸出則饋給記錄儀Ｘ軸。這樣，當(dāng)掃描電源變化一個周期后，記錄儀將描出Ｊ-Ｈ回線。Ｊ的大小，又必須由已知磁矩的標(biāo)準(zhǔn)樣品定標(biāo)后求得。如：已

5、知Ｎi標(biāo)樣的質(zhì)量磁矩為σ0，質(zhì)量為ｍ0，其Ｊ0＝σ0ｍ0。用Ｎｉ標(biāo)樣取代被測樣品，在完全相同的條件下加磁場使Ｎi飽和磁化后測得Ｙ軸偏轉(zhuǎn)為Ｙ0，則單位偏轉(zhuǎn)所對應(yīng)的磁矩數(shù)應(yīng)為Ｋ＝σ0ｍ0／Ｙ0，再由樣品的Ｊ-Ｈ回線上量得樣品某磁場下的Ｙ軸高度ＹH，則被測樣品在該磁場下的磁化強度，或被測樣品的質(zhì)量磁化強度，ρ為樣品密度，ｍ為樣品的質(zhì)量。這樣，我們即可根據(jù)實測的Ｊ-Ｈ回線推算出被測樣品材料的Ｍ-Ｈ回線，所要注意的是，這里的Ｈ為外磁場。也就是說，只有在可以忽略樣品的“退磁場”情況下，利用ＶＳＭ測得的回線，方能代表材料的真實特征，否則，必須對磁場進行修正后所得到的回線

6、形狀，才能表示材料的真實特征。所謂“退磁場”，可作如下的理解：當(dāng)樣品被磁化后，其Ｍ將在樣品兩端產(chǎn)生“磁荷”，此“磁荷對”將產(chǎn)生與磁化場相反方向的磁場，從而減弱了外加磁化場Ｈ的磁化作用，故稱為退磁場。可將退磁場Ｈｄ表示為Ｈｄ＝－ＮＭ，稱Ｎ為“退磁因子”，取決樣品的形狀，一般來說非常復(fù)雜，甚至其為張量形式，只有旋轉(zhuǎn)橢球體，方能計算出三個方向的具體數(shù)值；磁性測量中，通常樣品均制成旋轉(zhuǎn)橢球體的幾種退化形：圓球形、細(xì)線形、薄膜形，此時，這些樣品的特定方向的Ｎ是定值，如球形時，沿細(xì)線的軸線Ｎ＝0，沿膜面Ｎ＝0等?！　⊥ǔ＃瑱z測線圈都經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整，成對地配置在樣品兩側(cè)，

7、并按一定的繞向和聯(lián)接方式組成線圈對，使外界雜散信號盡可能互相抵消，而被測樣品所產(chǎn)生的信號則相互加強，從而提高檢測系統(tǒng)的靈敏度和信噪比。實驗內(nèi)容利用提供的設(shè)備，測量幾種樣品材料的質(zhì)量磁化強度。標(biāo)準(zhǔn)樣品為Ｎｉ。數(shù)據(jù)記錄與處理標(biāo)樣待測樣品標(biāo)樣待測樣品樣品：標(biāo)樣Ni樣品質(zhì)量6.8mg1.0mgY偏移量14.8cm*505.2cm*50質(zhì)量磁化強度54emll/g?H=164mll/g?H=YH/Y0·m0/m·?0=164emll/g?思考題1..試分析一下如何才能更準(zhǔn)確地測出樣品的磁化強度值？答:鑒于振動的樣品尺寸要很小，檢測線圈的尺度與它跟樣品的距離相比應(yīng)該非

8、常小，這樣樣品在空間的場才可以表為偶極場的形式。