振动样品磁强计测量内禀磁特性.doc

振动样品磁强计测量内禀磁特性一、引言1959年美国的在前人的研究基础上制成实用的振动样品磁强计（简记为）。由于其具有很多优异特性而被磁学研究者们广泛采用，并又经许多人的改进，使成为检测物质内禀磁特性的标准通用设备。所谓“内禀”磁特性，主要是指物质的磁化强度而言，即体积磁化强度单位体积内的磁矩，和质量磁化强度单位质量的磁矩。设被测样品的体积为（或质量为），由于样品很小，如直径的小球，当被磁化后，在远处，可将其视为磁偶极子：如将样品按一定方式振动，就等同于磁偶极场在振动。于是，放置在样品附近的检测线圈内就有磁通量的变化，产生感生电压。将此电压放大变成直流并加以记录，再通过电压磁矩的已知关系，即可求出被测样品的或。二、实验目的掌握工作原理；利用实验室提供的设备，具体测量实际材料的或值。三、实验原理如图7.4-1所示，体积为、磁化强度为的样品沿轴方向振动。在其附近放一个轴线和轴平行的多匝线圈，在内的第匝内取面积元n，其与坐标原点的矢径为，磁场沿方向施加。由于的尺度与相比非常小，故在空间的场可表为偶极场形式： （7.4-1）注意到值有分量，则可得到检测线圈内第匝中n面积元的磁通为 （7.4-2）其中0为真空磁导率。而第匝内的总磁通则为整个的总磁通则为 （7.4-3）其中，n为n的轴分量，不随时间而变；n为n的轴分量，是时间的函数。为方便计，现认为不动而以原有的方式振动，此时可有，为第匝的坐标，为的振幅。由此可得到检测线圈内的感应电压为 （7.4-4）显然，精确求解上式是困难的，但从该方程却能得到一些有意义的定性结论，那就是：检测线圈中的感应电压幅值正比于被测样品的总磁矩（或），且和检测线圈的结构、振动频率和振幅有关。如果将（7.4-4）式中的保持不变，则感应信号仅和样品总磁矩成正比。预先标定感应信号与磁矩的关系后，就可根据测定的感应信号的大小而推知被测磁矩值，因此，在测出样品的质量和密度后，即可计算出被测样品的磁化强度、。，为材料的密度。振动样品磁强计主要工作原理如下：信号发生器产生的功率信号加到振动子上，使振动子驱动振动杆作周期性运动，从而带动粘附在振杆下端的样品作同频同相位振动，扫描电源供电磁铁产生可变磁化外场而使样品磁化，从而在检测线圈中产生感应信号，此信号经放大并检测后，馈给-记录仪的轴。而测量磁场用的毫特斯拉计的输出则馈给记录仪轴。这样，当扫描电源变化一个周期后，记录仪将描出-回线。的大小，又必须由已知磁矩的标准样品定标后求得。如：已知i标样的质量磁矩为0，质量为0，其000。用标样取代被测样品，在完全相同的条件下加磁场使i饱和磁化后测得轴偏转为0，则单位偏转所对应的磁矩数应为000，再由样品的-回线上量得样品某磁场下的轴高度H，则被测样品在该磁场下的磁化强度，或被测样品的质量磁化强度，为样品密度，为样品的质量。这样，我们即可根据实测的-回线推算出被测样品材料的-回线，所要注意的是，这里的为外磁场。也就是说，只有在可以忽略样品的“退磁场”情况下，利用测得的回线，方能代表材料的真实特征，否则，必须对磁场进行修正后所得到的回线形状，才能表示材料的真实特征。所谓“退磁场”，可作如下的理解：当样品被磁化后，其将在样品两端产生“磁荷”，此“磁荷对”将产生与磁化场相反方向的磁场，从而减弱了外加磁化场的磁化作用，故称为退磁场。可将退磁场表示为，称为“退磁因子”，取决样品的形状，一般来说非常复杂，甚至其为张量形式，只有旋转椭球体，方能计算出三个方向的具体数值；磁性测量中，通常样品均制成旋转椭球体的几种退化形：圆球形、细线形、薄膜形，此时，这些样品的特定方向的是定值，如球形时，沿细线的轴线0，沿膜面0等。通常，检测线圈都经过仔细调整，成对地配置在样品两侧，并按一定的绕向和联接方式组成线圈对，使外界杂散信号尽可能互相抵消，而被测样品所产生的信号则相互加强，从而提高检测系统的灵敏度和信噪比。四、实验内容利用提供的设备，测量几种样品材料的质量磁化强度。标准样品为。五、数据记录与处理Ni的质量 =11g Ni的质量磁化强度=54 emll/gNi的Y轴偏转 =10.52cm待测样品m=1g 样品的Y轴偏转 =2.67cm代入公式得样品的质量磁化强度183.63emll/g六、思考题1.试分析一下如何才能更准确地测出样品的磁化强度值？答:鉴于振动的样品尺寸要很小，检测线圈的尺度与它跟样品的距离相比应该非常小，这样样品在空间的场才可以表为偶极场的形式。七、参考资料S.Foner,Revie of Scientific Instruments,Vol.30,No.7,1959,P.548.