磁场--居里点
磁粉检测全部规范要求
第一章绪论1.1、能形成磁粉显示的零件结构或形状上的间断叫做---------不连续性1.2、磁粉检测与渗透检测元件检测主要区别是---------检测原理不同1.3、以下关于磁敏元件检测法的叙述中，正确的是--------- 磁敏元件检测法获得不连续性（包括缺陷）深度的信息。
1.4、磁粉检测在下列哪种缺陷的检测不可靠--------埋藏的很深的气孔，工件表面浅而宽的划伤，针孔状的缺陷和延伸方向与磁感应线方向夹角小于20度角的缺陷。
1.5、磁粉检测优于涡流检测的地方--------能直观的显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度-。
1.6、磁粉检测优于渗透检测的地方---------能检出表面夹有外来材料的表面不连续性；对单个零件检测快，可检出近表面的不连续性。
1.7、承压设备对铁磁性材料工件表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉检测，主要是因为---------磁粉检测对铁磁性材料攻坚的表面和近表面缺陷具有很高的灵敏度，可发现微米级宽度的小缺陷。
1.8、对检测有色金属管子表面缺陷最合适的方法是---------涡流法。
1.9、被磁化的工件表面有一裂纹，使裂纹吸引磁粉的原因是------漏磁场。
1.10、漏磁场检测的试件必须具备的条件是--------- 试件有磁性。
1.15、通常把影响工件使用的不连续性称为缺陷，所以不连续性和缺陷的概念不是不同的。
1.16、磁粉检测和检测元件检测都属于漏磁场检测。
1.17、磁粉检测的基础是不连续性处漏磁场与磁粉的磁相互作用。
1.18、磁粉检测可以检测沉淀硬化不锈钢材料，不能检测奥氏体不锈钢材料1.19、采用磁敏元件检测工件表面的漏磁场时，探测的灵敏度和检查速度及工件大小无关。
1.20、如果被磁化的试件表面存在裂纹，使裂纹产生漏磁场的原因是磁力线的不连续性导致磁力线发生弯曲。
1.21、磁粉检测对铁磁性材料表面开口气孔的检测灵敏度要低于渗透检测。
1.22、简述磁粉检测的原理？---------答：磁粉检测是指铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场,吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置，形状和大小的一种检测方法。
大学物理知识点(磁学与电磁感应)
y
Idl B
B
dF
dF
I
Idl
x L 任意闭合平面载流导线在均匀磁场中所受的力为零 。 F3 P 注：载流线圈在均匀磁 F2 M 场中所受力矩不一定为 零 B I O F 1 M Npm B en N F4
在均匀磁场中
F BIL
o
P
＊＊应用介质中安培环路定理解题方法＊＊
I 0 Bo
2R
2 IR 0 pm B 0 3 3
2x
2πx
注意：在一定的x处，磁场强弱随载流环的半径变 化，故可用求极值的方法讨论轴线某一定点处磁 场随载流环半径变化的趋势。
无限长柱面电流的磁场
无限长柱体电流的磁场
L1
r
R
I
L2
r
B
0 I
2π R
o R
r
二、磁场的基本性质
1、 感生电动势
S定
B dS i s t
方向由楞次定律判断
o
B变
2、 感生电场
B Ei dl s t dS
感生电场是涡旋场，其电场线与磁感 应强度增大的方向成左手螺旋关系。
3、 感生电场与感生电动势的计算 感生电场 ： 当变化的磁场的分布具有特殊对称性时： 1 dB Ei r (r R) 2 dt
五、磁场的能量
1、通电线圈的自感磁能 2、磁场的磁能
1 2 Wm LI 2
目前范畴内：
1 1 2 1 2 w m H B BH 2 2 2
W m V w m dV
电磁学基本物理图象
运动
电荷
激 发
电流
激 发
铁磁材料的居里点的测定
铁磁材料的居里点的测定铁磁材料居里点的测定铁磁材料（又称铁氧体）是铁和其它一种或多种适当的金属元素的复合氧化物。
按磁滞回线的形状来分，有软磁材料，硬磁（又叫永久磁性）材料。
铁磁材料在工业上，尤其在电力工业上应用最为广泛，如制造发电机、电动机及电力输送变压器上的永久磁铁和硅钢片。
我们日常用的家电里有收音机中的天线棒，中周变压器，电视机中的回扫变压器，录象机中的磁头、磁鼓。
计算机中的记忆元件、逻辑元件、扬声器以及电话机中都有磁性材料。
铁磁材料在尖端技术和国防科技中应用也很多，如雷达、微波多路通讯、自动控制、射电天文望远镜、远程操纵等。
图1铁磁材料居里点（又称居里温度）是铁磁材料的一个重要的物理性质。
根据电磁学，我们知道：xm?M （1）HB （2）H????(1?xm)?0 （3）上面三式里的xm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，xm和μ的情况很不一样。
对于顺磁质，xm＞0，μ＞μ0；对于抗磁质，xm＜0，μ＜μ0。
这两类磁介质的磁性都很弱，它们的|xm|＜＜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xm和μ不再为常数。
而是H的函数，即xm=xm(H)，μ=μ(H)。
铁磁质的xm和μ一般都很大，所以铁磁质属于强磁性介质。
以铁为代表的一类磁性很强的物质叫铁磁质。
在纯化学元素中，除铁之外，还有过渡族中的其它元素，如钴、镍和某些稀土族元素如钆、镝、钬都具有铁磁性。
但常用的铁磁质多数是铁和其它金属或非金属组成的合金，以及某些包含铁的氧化物（铁氧体）。
当磁化场H=0的时候处于未磁化状态。
这相当于坐标原点。
在逐渐增加磁化场H的过程中，B随之增加。
开始B增加得较慢一些，然后经过一段急剧增加的过程，又慢下来，再继续增大磁化场时。
居里温度 命名
居里温度命名居里温度（Curie T emperature），又称居里点或居里临界温度，是指物质在该温度下发生磁性相变的临界温度。
这个概念是以法国物理学家居里夫妇的名字命名的，他们于1880年发现了铁磁体的居里点，为磁性物质的研究提供了重要的理论依据。
居里温度是物质在热力学上的一个重要参数，它决定了物质在不同温度下的磁性行为。
当物质的温度低于居里温度时，它会表现出强烈的磁性，称为铁磁性。
而当温度高于居里温度时，物质会失去磁性，称为顺磁性。
居里温度的大小取决于物质的组成和结构，不同的物质具有不同的居里温度。
铁磁性是指在低温下，物质的磁矩会自发地对齐并形成磁性区域，这些磁性区域之间存在着强烈的相互作用。
当温度接近或超过居里温度时，磁性区域会发生相变，磁矩的方向会变得无序，磁性消失。
这种现象可以用统计力学的观点解释，当温度升高时，热运动的作用会破坏磁矩的有序排列，使磁性减弱甚至消失。
顺磁性是指在高温下，物质的磁矩无法自发地对齐，而是受到外加磁场的影响，磁矩会沿磁场方向排列。
当温度降低时，物质的磁矩会逐渐增强，直到达到居里温度。
在居里温度以下，物质会表现出铁磁性。
居里温度的确定可以通过实验测量获得。
一种常用的方法是通过测量物质在不同温度下的磁化强度来确定居里温度。
在居里温度以下，物质的磁化强度随温度的降低而增加；而在居里温度以上，磁化强度则随温度的升高而减小。
通过测量这一磁性参数的变化，可以确定居里温度。
居里温度在材料科学和磁性材料的研究中具有重要的意义。
通过控制居里温度，可以实现对材料磁性的调控，从而应用于磁存储、传感器、磁制冷等领域。
此外，居里温度还与物质的局域结构和晶体结构有关，研究居里温度可以揭示材料的微观结构和性质之间的关系。
居里温度是物质磁性相变的临界温度，决定了物质在不同温度下的磁性行为。
它是铁磁性和顺磁性转变的重要参考值，对于磁性材料的研究和应用具有重要意义。
通过实验测量和理论计算，可以确定不同材料的居里温度，并进一步研究其磁性行为和物理性质，为科学研究和工程应用提供理论依据。
地磁场及其基本要素
第一节地磁场及其基本要素地磁场：地球周围存在的磁场。
地磁场三要素: 磁感应强度磁偏角磁倾角磁感应强度为某地点的磁力大小的绝对值，（磁场强度）是一个具有方向（磁力线方向）和大小的矢量一般在磁两极附近磁感应强度大（约为60μT（微特拉斯）；在磁赤道附近最小（约为30μT ）磁偏角是磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角，即磁子午线与地理子午线之间的夹角。
磁偏角的大小各处都不相同。
在北半球，如果磁力线方向偏向正北方向以东称为东偏，偏向正北方向以西称为西偏。
我国东部地区磁偏角为西偏，甘肃酒泉以西地区为东偏。
磁轴与地球自转轴的夹角现在约为11.5度，1980年实测的磁北极位于北纬78.2度、西经102.9度（加拿大北部），磁南极位于南纬65.5度，东经139.4度（南极洲）。
长期观测证实，地磁极围绕地理极附近进行着缓慢的迁移。
磁倾角是指磁针北端与水平面的交角。
通常以磁针北端向下为正值，向上为负值。
地球表面磁倾角为零度的各点的连线称为地磁赤道；由地磁赤道到地磁北极，磁倾角由0°逐渐变为+90°；由地磁赤道到地磁南极，磁倾角由0°变成-90°。
地球的磁场强度矢量余地磁要素地磁倾角（二）地磁场的组成地磁场由基本磁场、变化磁场和磁异常三个部分组成。
在地球中心假定的磁柱被称为磁偶极子，由它产生的偶极子磁场占地磁场成分的95%以上，是构成稳定地磁场的主体，即地球的基本磁场。
基本地磁场的强度在地表附近较强，向上在空气中逐渐减弱。
说明它主要为地内因素所控制。
变化磁场表现为日变化、年变化、多年(短周期或长周期)变化以及突发性变化主要由于来自地球外部的带电粒子的作用（非偶极磁场，叠加在基本磁场上）太阳是这些带电粒子流的主要来源，而当它的表面出现黑子、耀斑(活动特别强烈的区域)并正对着地球时，便会把大量带电的粒子抛向地球，使迭加在基本磁场上的变化磁场突然增强，使地磁场发生大混乱，出现磁暴。
铁磁材料居里温度的测量
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。
铁磁材料居里点的测定
并求出其居里点。
.
二 、 原理
（一）．基本物理原理 1. 根据磁化的效果，磁介质可划分为三类
（1）顺磁质，这类磁介质磁化后，在介质内的磁场稍有增 强，表明磁化后具有微弱的附加磁场，并与外磁场同方向。
（2）抗磁质，这类磁介质磁化后，在介质内磁场稍有削弱， 表明磁化后具有微弱的附加磁场但与外磁场方向相反。
eff ( B )
的一点即为居里温度TC 。如图19-3
所示。这是因为在居里点，铁磁材
料的磁性发生突变，所以要在斜率
最大处作切线。 又因为在居里点
以上时， 铁磁性己转化为顺磁性 ， 0 且本实验的交变磁场较弱，所以对
ห้องสมุดไป่ตู้
Tc 图19-3
T
顺磁性物质引起的磁化是很弱的,
但有一个很小的值,故无论如何升
高温度，εeff（B）都不会为零。 .
.
如 图 19-l ， 其 中 图 19-l(a) 为 单 晶 磁 畴 结 构 示 意 图 ， 图 19-l(b)为多晶磁畴结构示意图。由图可见在没有外磁场作用 时，在每个磁畴中，原子磁矩已经取向同一方位，但对不同 的磁畴其分子磁矩的取向各不相同，磁畴的这种排列方式 , 使磁体处于最小能量的稳定状态.因此对整个铁磁体来说，任 何宏观区域的总磁矩仍然为零，整个磁体不显磁性。线条为 畴界，箭头为磁畴的磁化方向。
εeff(B)
当 0 ， ef(B f) 0 ,此时温度Tc称居里点。
注意：µ为介质的磁导率，是. 个反映介质磁化特性的物理量。
显然，我们完全可用测出的εeff （B）～T 曲线来确定温度TC 。具体 作法是，先根据实验数据做出εeff
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 —10 6 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 dt ,次级回路电压方程为ε = Ri + u C ，当R >> 12πfC 时，Ri >> u C ,则i = εR= - WS R dB dt . t 时刻，u C = q C = q0C + 1 C ∫idt t 0=( q0C + WS RC B 0 ) - WSRC 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 RCB ，即uC ∝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 nH ，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相连，并把样品放入加热丝；面板上的温度传感器接插件对应相接；将 B 输出（感生电动势）与示波器的 Y 输入相连，H 输出（原线圈端电压）与示波器的 X 输入相连接。
铁磁性材料居里点的测定
2.实验原理
在磁环上分别绕线圈A，B，并在A线圈上通激励电流，则B线圈上感应电动势的有效值为：
=4.44fNφm(1)
f为频率，N为线圈的匝数，φm为最大磁通。
四、实验装置
1.耐高温绝缘玻璃管2.加热电炉丝3.集成温度传感器4.铁氧铁（被测样品）5.固定架6.印刷板7.提供加热电流的电源部分8.测温显示部分9.激励电源10、感应电流测量部分
实验仪分测量部分和实验部分。
（1）实验部分：如上图所示，包括①被测样品和加热电炉丝；②集成温度传感器；③激励线圈和感应线圈，以上各部分都要装在一个底座上。
（3）集成温度传感器的手枪插头接到面板温度测量的接线柱上。
五、实验内容
对样品逐点测出 —T曲线，并从中求出居里温度TC。
六、实验步骤
1、参照仪器安装步骤，连好实验部分和测量部分。（加温电流暂不接）
2、 —T曲线的测量：
（1）合上测量部分的电源开关，“温度显示”显示出室温温度。“电压显示”显示激励电压或感应电压值。
铁磁性物质的磁化与温度有关，存在一临界温度TC称为居里温度（也称居里点）（如图3）。当温度增加时，由于热扰动影响磁畴内磁矩的有序排列，但在未达到居里温度TC时，铁磁体中分子热运动不足以破坏磁畴内磁矩基本的平行排列，此时物质仍具有铁磁性，仅其自发磁化强度随温度升高而降低。如果温度继续升高达居里点时，物质的磁性发生突变，磁化强度M（实为自发磁化强度）剧烈下降！因为这时分子热运动足以使相邻原子（或分子）之间的交换耦合作用突然消失，从而瓦解了磁畴内磁矩有规律的排列。此时磁畴消失，铁磁性变为顺磁性。
铁磁材料居里点的测定
实验5-8 铁磁材料居里点的测定铁磁材料的居里温度特性在工程技术、家用电器上的应用比较广泛。
测量铁磁材料居里温度的方法很多，例如磁称法、感应法、电桥法和差值补偿法等。
它们都是利用铁磁物质磁矩随温度变化的特性，测量自发磁化消失时的温度。
本实验采用感应法，来测量感应电动势值随温度变化的规律，从而得到居里点T C 。
【实验目的】l ．通过对磁性材料感应电动势随温度升高而下降的现象的观察，初步熟悉铁磁性材料在居里点时由铁磁性变为顺磁性的过程，从而了解磁性材料参数变化的微观机理。
2．用感应法测定磁性材料的εeff(B)～T 曲线，并求出其居里点。
【实验原理】l ．基本物理原理根据磁化的效果，磁介质可划分为三类（1）顺磁质，这类磁介质磁化后，在介质内的磁场稍有增强，表明磁化后具有微弱的附加磁场，并与外磁场同方向。
（2）抗磁质，这类磁介质磁化后，在介质内磁场稍有削弱，表明磁化后具有微弱的附加磁场但与外磁场方向相反。
（3）铁磁质，这类磁介质磁化后，在介质内的磁场显著增强，即磁化后具有很强的与外磁场同方向的附加磁场。
铁、镍、钴、钆、镝及其合金和一些非金属的铁氧体都属于这一类。
铁磁质有广泛的用途，所以它是最重要的一类磁介质。
本实验将对铁磁质的磁化规律及其微观机制进行研究。
在弱磁化场及室温的条件下，顺磁质显示弱磁性。
然而，铁磁质在相同条件下却表现强磁性。
铁磁质的特性不能用一般顺磁质的磁化理论来解释。
因为铁磁性元素的单个原子并不具有任何特殊的磁性。
例如铁原子与铬原子的结构大致相同，但铁是典型的铁磁质，而铬是普通的顺磁质，甚至还可用非铁磁性物质来制成铁磁性的合金。
另一方面，还应注意到铁磁质总是固相的。
这些事实说明了铁磁性与固体的结构状态有关。
铁磁质特殊磁性的现代理论是：在铁磁质中，相邻原子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的区域。
自发磁化只发生在微小的区域（体积约为10 -8 m 3，其中含有1017～1021个原子）内，这些区域叫做磁畴。
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在特定的条件下，磁 铁的磁场也会消失。 1895年皮埃尔· 居里发 现了居里点，只有在 这个温度上，磁铁材 料的磁性才会消失， 后来他提出了居里定 律，该定律说明了材 料的磁性吸引随温度 的变化而变化，并在 居里点消失，每种材 料的居里点都不同。
1、磁铁在什么情况下能吸在一 起？ 2、在什么情况下会失去磁性？
同学们自己探索
用铁粉找出条形磁铁的磁场。
1、在小磁铁上铺盖一张白纸，注意下端磁铁 要放在整张纸品的中间。 2、取出铁屑，把铁屑均匀的撒在白纸上。 3、在一个条形磁铁的周围放上4个指南针， 看看它们指针的方向也会很有规律的排列。
磁场
磁场是一种特殊的物质，看不见，也摸不 着，但确实存在。为了更好的描述磁场的 存在，我们人为的在磁场中画一些曲线 （虚线或实线）来表示。这些曲线叫磁感 线。磁感线是闭合曲线。规定小磁针的北 极所指的方向为磁感线的方向。磁铁周围 的磁感线都是从N极出来进入S极，在磁体 内部磁感线从S极到N极。
证明磁场所用到的材料
条形磁铁 小指南针 曲别针 铁粉
实验一 1.取出小磁铁放在桌面，为了达到更 好的效果，可以取出多个小磁铁。 2.在小磁铁上铺盖一张白纸，注意下 端磁铁要放在整张纸的中间。
3.取出铁屑，把铁屑均匀的撒在白 纸上，记录下铁屑分布的图形，注 意不要把铁屑撒在白纸外。
指南针是用以判别方位的一种简单仪器。指南 针的前身是中国古代四大发明之一的司南。常 用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。
地球是个大磁体，其地磁南极在地理北 极附近，地磁北极在地理南极附近。
实验二 在一个条形磁铁的周围放上4个指 南针，看看它们指针的方向也会很有 规律的排列。
同学们仔细观察得出结论。
皮埃尔· 居里(1859— 1906)是法国著名的物 理学家，居里夫人的 丈夫。 19世纪末，居 里在自己的实验室里 发现磁铁的一个物理 特性，就是当磁铁加 热到一定温度时，原 来的磁性就会消失。 后来，人们把这个温 度叫“居里点”。
我国古代指南针——司南
授课教师：陈智长
授课教师：陈智长
教学目标
1、让学生了解磁铁的性质及磁场的存在。 2、通过实验让孩子形磁铁
马蹄形磁铁
普通磁铁的性质
磁铁能吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁 性。
同性磁极互相排斥、异性磁极互相吸引。
仔细观察
仔细观察两块条形磁铁，看看他什 么情况下吸住一起，什么情况下排 斥。