磁性测量实验-中山大学材料物理实验2015
【赢在课堂】2014-2015高中物理(人教版)选修1-1配套课件 2-5 磁性材料
课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
预习交流 2
如图所示的装置中, 有两个薄铁片(舌簧片)ab 和 cd, 它们的外端固 定在一块木板上, 里端相互交叠但相隔一个很小的距离, 舌簧片连接在 一个有小灯泡的电路中, 如果让一根条形磁铁在它们上方的水平面内 转动, 小灯泡就能一闪一闪地发光, 为什么?
课堂合作探究
KETANG TANJIU
二、磁性材料的发展与磁记录 1. 铁氧体是一种新型的磁性材料, 其主要成分是氧化铁. 铁氧体又 称磁化瓷, 其用途十分广泛. 2. 地磁场会对含有磁性材料的岩石起作用, 这些岩石的极性和磁化 的强度, 随形成的年代呈周期性变化.
五、磁性材料
目标导航 预习导引
有些铁磁性材料磁化后撤去外磁场, 仍具有很强的剩磁, 这种材料叫作 硬磁性材料. 有的铁磁性材料磁化后撤去外磁场, 物体没有明显的剩磁, 这样的材料叫作软磁性材料.
五、磁性材料
目标导航 预习导引
课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
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KETANG HEZUO TANJIU
预习交流 1
课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
一、磁化与退磁 1. 一些物体, 与磁铁接触后就会显示出磁性, 这种现象叫作磁化. 原 来有磁性的物体, 失去磁性的现象叫作退磁. 2. 铁、钴、镍以及它们的合金, 还有一些氧化物, 磁化后的磁性比其 他物质强得多, 这些物体叫作铁磁性物质, 也叫强磁性物质. 3. 磁性材料按磁化后去磁的难易可分为硬磁性材料和软磁性材料.
大学物理实验课后答案
实验一霍尔效应及其应用【预习思考题】1．列出计算霍尔系数、载流子浓度n、电导率σ及迁移率μ的计算公式，并注明单位。
霍尔系数，载流子浓度，电导率，迁移率。
2．如已知霍尔样品的工作电流及磁感应强度B的方向，如何判断样品的导电类型？以根据右手螺旋定则，从工作电流旋到磁感应强度B确定的方向为正向，若测得的霍尔电压为正，则样品为P型，反之则为N型。
3．本实验为什么要用3个换向开关？为了在测量时消除一些霍尔效应的副效应的影响，需要在测量时改变工作电流及磁感应强度B的方向，因此就需要2个换向开关；除了测量霍尔电压，还要测量A、C间的电位差，这是两个不同的测量位置，又需要1个换向开关。
总之，一共需要3个换向开关。
【分析讨论题】1．若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，按式（5.2-5）测出的霍尔系数比实际值大还是小？要准确测定值应怎样进行？若磁感应强度B和霍尔器件平面不完全正交，则测出的霍尔系数比实际值偏小。
要想准确测定，就需要保证磁感应强度B和霍尔器件平面完全正交，或者设法测量出磁感应强度B和霍尔器件平面的夹角。
2．若已知霍尔器件的性能参数，采用霍尔效应法测量一个未知磁场时，测量误差有哪些来源？误差来源有：测量工作电流的电流表的测量误差，测量霍尔器件厚度d的长度测量仪器的测量误差，测量霍尔电压的电压表的测量误差，磁场方向与霍尔器件平面的夹角影响等。
实验二声速的测量【预习思考题】1. 如何调节和判断测量系统是否处于共振状态？为什么要在系统处于共振的条件下进行声速测定？答：缓慢调节声速测试仪信号源面板上的“信号频率”旋钮，使交流毫伏表指针指示达到最大（或晶体管电压表的示值达到最大），此时系统处于共振状态，显示共振发生的信号指示灯亮，信号源面板上频率显示窗口显示共振频率。
在进行声速测定时需要测定驻波波节的位置，当发射换能器S1处于共振状态时，发射的超声波能量最大。
若在这样一个最佳状态移动S1至每一个波节处，媒质压缩形变最大，则产生的声压最大，接收换能器S2接收到的声压为最大，转变成电信号，晶体管电压表会显示出最大值。
基础物理实验 磁阻效应实验
磁阻应用：
目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、 位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存 储(磁卡、硬盘)等领域。
磁阻器件的特点：灵敏度高、抗干扰能力强。
在众多的磁阻器件中，锑化铟（InSb）传感器最为典型， 它是一种价格低廉、灵敏度高的磁阻器件，在生产生活应用 广泛。
（一）实验目的
500.0
保养与维护
1、需将传感器固定在磁铁间隙中，不可弯折。 2、不要在实验仪附近放置具有磁性的物品。 3、不得外接传感器电源。 4、开机后需预热10分钟，再进行实验。 5、外接电阻应大于200欧姆。
小结：
1. 实验目的 2. 实验仪器 3. 实验原理 4. 实验内容 5. 实验数据表格及数据处理
通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用 (0)
表示。其中 (0)为零磁场时的电阻率， ( B)为在磁场强度为B时 的电阻率，则 (B) (0)。由于磁阻传感器电阻的相对变 化率 R R(0) 正比于 (0)，这里 R R(B) R(0) 。 R(0),R(B) 分别为磁场强度为0和B下磁阻传感器的电阻阻值。因此也可 以用磁阻传感器电阻的相对改变量R R(0) 来表示磁阻效应的 大小。
1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻 效应的方法。 2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强 度的关系。 3、对此关系曲线的非线性区域和线性区 域分别进行拟合。
（二）实验仪器 FD-MR-II型磁阻效应组合实验仪
6
7
FD-MR-II 磁阻效应实验仪
8 9 10
5
mA
mV
mT
电磁铁直流电流源
数字电压表
InSb调节 毫特计调零
电磁铁直流电流源
实验十六 霍尔效应测量磁场_北大物院普物实验报告
±
������������������
=
������ ������������
=
(14.42
±
0.05)mV
⋅
mT−1
⋅
A−1
3. 根据 2 中计算的������������和������������，计算������，并作磁化曲线图
将由
������
=
������������ ������������������������
������������(mV) 32.22 32.19 32.13 32.11 32.09 32.06 32.05 32.04 32.03 32.02 32.01 31.99 31.98 31.97 31.97 31.97
������(mT) 223.4 223.2 222.8 222.7 222.5 222.3 222.3 222.2 222.1 222.1 222.0 221.8 221.8 221.7 221.7 221.7
2
������������������ )
+
������������ (������������������
2
������������������ )
+
������������ (������������������
2
������������������ )
且有σKH = 0.05mV ⋅ mT−1 ⋅ A−1, ������������������ = 0.09mA，σUH = 0.07mV，可得到 ������������ = 5mT
做出������ − ������图线如下：
表格 5
31.96 31.95 31.94 31.92 31.9 31.87 31.83 31.76 31.67 31.51 31.23 30.81 29.77 27.73 23.94 19.00 14.91 11.96 9.68 8.22 7.03 6.08 5.35 4.77 4.25 3.89 3.48 3.16 2.88 2.65 2.43 2.26 1.90 1.57 1.29
中南大学物理实验竞赛暨2015年第三届全国大学物理实验竞赛校内选拔赛获奖名单。
霍尔效应及基于此原 理的应用设计
三等奖 （9项）
液体表面张力系数测 量的改进
转筒法测量任意形状 物体的转动惯量
830数字万用表原理、 组装与调试
转动惯量的测量
小电阻的优化测量— 双臂电桥测低值电阻
物理与电子学院
竞赛校内选拔赛获奖名单
专业班级
物理科学1204 物理科学1201 物理科学1401 粉体工程试验1301 粉体工程试验1301 土木1206 土木1206 土木天佑1201
学号
1404120427 1104120112 0203140122 0701130430 0701130329 1208111906 1208120809 1208120906 0917120102 1208121725 1208121829 1208121823 1104130309 1104130722 1104130116 0202130311 0801131108
中南大学物理实验竞赛暨2015年第三届全国大学生物理实验竞赛校内选拔赛获奖名单
实验题目
全反射法测量光学材 料折射率
姓名
陈嘉璋 吕博赛 吴江涛 侯存申 戴浩鸣 周蕾 袁鹏飞 谢佳伟 黄扬 谢杨彪 杜猛 朱生龙 王鹏 陈泽栋 汪子燚 朱培章 洪逸凡
学院
物理与电子学院 物理与电子学院 物理与电子学院 粉末冶金研究院 粉末冶金研究院 土木工程学院 土木工程学院 土木工程学院 信息科学与工程学院 土木工程学院 土木工程学院 土木工程学院 交通运输工程学院 交通运输工程学院 交通运输工程学院 机电工程学院 机电工程学院
资源加工与生物工程学院
0702130324 0702130307 0702130313 1201130409 0903130204 1201130319 1406140225 1109140130 1401140101 1402130219 0803130109 0801131122 1401130102 1401140132 0903130311 1406140216 1406140222 1406140211 1402130220 0308130409 1402140322
天线特性测量实验-中山大学物理学院2016
914MHz 2450MHz
20
30
40
50
60
图 7、相位延迟角度与衰落电平值的关系曲线图
如果忽略其余环境因素，仅考虑相位延迟芯片模拟的两路电磁波相干引起的电平衰落， 则理论上，直射波 E0 cos 和相位延迟反射波 E0 cos( ) （ 为相位延迟角度）合成的 总波应为：
4/6
图 5、2450MHZ 频率天线的 H 面辐射方向图
图 6、914MHZ 天线的 H 面辐射方向图
结论：2450MHz 频率的 H 面辐射方向图由两瓣组成；914MHz 频率的 H 面辐射方向图的轨 迹大致呈圆形，呈现全方向特性。
3/6
物理学院
近代物理实验 I
二、
相位延迟实验
1、从 0°到 180°，每次增加 10°相位延迟，记录衰落电平值 A．频率为 914MHZ 的天线的相位延迟数据如下表 3： 相位延迟/° 衰落电平/dBm 相位延迟/° 衰落电平/dBm 0 -32.8 100 -43.0 10 -33.6 110 -45.1 20 -34.2 120 -46.7 30 -34.8 130 -47.3 40 -36.9 140 -49.2 50 -37.5 150 -49.0 60 -38.3 160 -49.2 70 -41.0 170 -52.4 80 -39.5 180 -60.8 90 -39.5 \ \
图 2、先测量垂直极化（左） ，然后在同一位置测量平行极化（右） 1/6
物理学院
近代物理实验 I
图 3、先测量平行极化（左） ，然后在同一位置测量垂直极化（右）
比较分析图 2 的垂直极化和水平极化，如下表 1： 主瓣的最大功率值 垂直极化 平行极化 \ -20dBm -12dBm 主瓣峰值对应角度 59° 0° 主瓣位置相差约 45° 半功率角θHP 38.7° 112.5° \
第十五讲 铁磁性的测量与应用
通磁后，试样磁化，其磁化强度为M，则 试样将受到力矩1的作用，使试样转动。
1VMHsin
试样转动角，则：
热磁仪原理示意图
1 V M H sin( ) 弹性系统产生的反力矩：2 C 平衡时： 1 2 则：
M C C V Hsin() V Hsin
主要用于测定M的动态变化。
测量方法三：磁强计 如超导量子干涉仪磁强计等
磁记录原理
基本过程
磁头中流过信号电流，介质磁化将信息 写入介质； 用磁头检测介质磁状态，将信号读出。
磁头材料
磁头铁芯用的高密度软磁材料。
用磁头材料做成记录（写入）或重放（读出）信息的 换能器件，要求具有较高的转换效率。具体要求：
最大磁导率m和饱和磁感应强度BS要高，以实现高效率记录； 矫顽力Hc和剩余磁感应强度Br要低，以减少磁头的磁损耗和剩磁； 降低剩磁引起的噪声与非线性；
软磁材料畴壁共振及自然共振的影响，使软磁材料的 值下降为起始值的一半，且 达到峰值时的频率，称为
截止频率fr，它与材料的组成和显微结构有关。 各类软磁材料的截止频率fr不同，其应用频率上限显然 与fr有关，fr越高，则应用频率的上限越高。
几种主要的软磁材料
工业纯铁
最早被使用的金属软磁材料； 具有优良的软磁特性，加工（机加、锻造）性能好，并且价 格便宜； 但其电阻率较低，不能用于交变磁场，只能用于直流磁场； 可用于制造直流电磁铁芯、磁极头、继电器铁芯、衔铁等。
dx
S
H2 H1
HdH
12S(H12
H22)
V—试样的体积 S—试样的截面积 H1、H2—试样两端的磁场强度
测定Fx可以用天平来解决：
Fx mg
m：砝码的质量
天平平衡时：
铁磁物质磁化特性曲线的测定 - 武汉大学物理实验教学中心
实验3 -13 铁磁物质磁化特性曲线的测定铁磁物质的磁化曲线，是指给予它的不同的磁化场H 与相应而生的随磁化场而改变的磁感应强度B 之间的关系曲线，即B -H 曲线。
影响铁磁物质的磁化曲线的因素很多。
材料的杂质含量、晶体结构、加工方式、外界温度、内部的应力以及磁化历史等都会对磁化特性产生影响。
由于影响磁化特性的因素很多，因此B -H 的关系就特别复杂。
直至今天，人们还未从理论上定量描述、确定磁化曲线的分析表达式。
于是人们就用实验的方法来测定其磁化曲线。
【实验目的】1．了解铁磁物质的基本磁化特性。
2．掌握铁磁物质磁化特性曲线的测量方法。
【仪器用具】1．冲击电流计。
2．标准互感器：0.05H ，额定电流0。
15A 。
3．螺绕环。
4．多量程的直流安培计：0.1／0.3…15／30A 。
5．滑线电阻器。
6．转盘电阻箱：0.1～9999.9Ω. 7．晶体管稳压电源：0～30V,0～5A. 8．单相调压变压据。
9．交流安培计。
【实验原理】1．H 、B 的测量原理如图3-13-1所示，T 为一铁环，其横截面的半径为r ．环的半径为R ，且有2πR ＝L ＞＞r 。
在铁环上均匀、紧密地绕满N 1匝线圈，这就构成一个为铁心所充满的螺绕环。
如果线圈通过电流I ，则铁心中的磁场强度可根据安培环路定律得出：I LN H 1（3-13-1） 铁心中的磁感应强度B 可用冲击法测量。
为获取磁通量的变化量以测量B ，特在磁环上绕了N 2匝副线圈。
2．起始磁化曲线铁磁质从没有被磁化的状态（即H ＝0时。
铁磁质的B ＝0）开始，从零单调地增大磁场H ，求出相对应的B ，这样测绘出来的曲线称为起始磁化曲线，如图 3-13-2所示。
由图可见，铁磁质的B与H之间存在着非线性的关系。
3．“磁锻炼”过程获得闭合磁滞回线（注：图 3-13-3中b点处加B r）如图 3-13-3所示。
铁磁材料除了具有高的导磁率外，另一重要的特点就是磁滞。
巨磁电阻效应及应用
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中山大学《基础物理实验（I） 》课程报告模板
实验 1.3
巨磁电阻效应及应用
可写为 / （2）
其中 为电阻的长度， 为横截面积。由于电阻的几何尺度通常远大于电子的平均自由程 （例如铜中电子的平均自由程约34nm），故边界效应可以忽略。但当电阻的几何尺度小 到纳米量级，如厚度只有几个原子（铜原子的直径约为0.3nm）的薄膜，电子在边界上 的散射几率不可忽略。可以观察到厚度减小，电阻率显著增加的现象。 2. 巨磁电阻效应（GMR） 电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能 取向。1936年，诺贝尔奖获得者N.F.Mott指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场 方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电 流是两类自旋电流之和；总电阻是两类自旋电流的并联电阻，称为双电流模型。 在图1.3. 1（a）所示的多层膜结构中，设电流的方向平行于膜面。无外磁场时，上 下两层磁性材料的磁化方向是相反的，称为反平行（或反铁磁）耦合。施加足够强的外 磁场后，两层铁磁膜的磁化方向都与外磁场方向一致，称为平行耦合 。外磁场使两层 铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合，此过程中中间层电阻发生显著变化。这种效应称 为巨磁电阻效应（Giant Magneto Resistance，GMR）。分别由法国物理学家阿贝尔·费 尔（Albert Fert）和德国物理学家彼得·格伦贝格（Peter Grunberg）在铁-铬-铁薄 膜周期结构中发现，并因此获得2007年的诺贝尔物理学奖。 在巨磁电阻样品中，有两类与自旋相关的散射会影响巨磁电阻效应。 （1）界面上的散射。无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁化方向相反，无论电子的 初始自旋状态如何，从一层铁磁膜进入另一层铁磁膜时都需改变自旋的方向，电子在界 面上的散射几率很大，对应于高电阻状态。有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁化方向一 致，电子在界面上的散射几率很小，对应于低电阻状态。 （2）铁磁膜内的散射。即使电流方向平行于膜面，由于无规散射，电子也有一定 的几率在上下两层铁磁膜之间穿行。无外磁场时，上下两层铁磁膜的磁化方向相反，无 论电子的初始自旋状态如何，在穿行过程中都会经历散射几率小（平行）和散射几率大 （反平行）两种过程，两类自旋电流类似于两个中等阻值的电阻的并联，对应于高电阻 状态。有外磁场时，上下两层铁磁膜的磁化方向一致，自旋平行的电子散射几率小，自 旋反平行的电子散射几率大， 两类自旋电流类似于一个小阻值电阻与一个大阻值电阻的 并联，总电阻小，对应于低电阻状态。
磁化率的测定实验报告(华南师范大学物化实验)
磁化率的测定一、实验目的（1）掌握古埃磁天平测定物质磁化率的实验原理和技术。
（2）通过对一些配位化合物磁化率的测定，计算中心离子的不成对电子数，并判断d电子的排布情况和配位体场的强弱。
二、实验原理2.1物质的磁性物质在磁场中被磁化，在外磁场强度H的作用下，产生附加磁场。
该物质内部的磁感应强度B为：B=H+4πI=H+4πκH （1）式中，I称为体积磁化强度，物理意义是单位体积的磁矩。
式中κ=I/H称为物质的体积磁化率。
I和κ分别除以物质的密度ρ可以得到σ和χ，σ=I/ρ称为克磁化强度；χ=κ/ρ称为克磁化率或比磁化率。
χm=κM/ρ称为摩尔磁化率（M是物质的摩尔质量）。
这些数据都可以从实验测得，是宏观磁性质。
在顺磁、反磁性研，铁磁性研究中常用到I、σ。
究中常用到χ和χm不少文献中按宏观磁性质，把物质分成反磁性物质。
顺磁性物质和铁磁性物>0而反磁性物质以及亚铁磁性物质、反铁磁性物质积累。
其中，顺磁性物质χm<0。
质的χm2.1古埃法测定磁化率古埃法是一种简便的测量方法，主要用在顺磁测量。
简单的装置包括磁场和测力装置两部分。
调节电流大小，磁头间距离大小，可以控制磁场强度大小。
测力装置可以用分析天平。
为了测量不同温度的数据，要使用变温、恒温和测温装置。
样品放在一个长圆柱形玻璃管内，悬挂在磁场中，样品管下端在磁极中央处，另一端则在磁场强度为零处。
样品在磁场中受到一个作用力。
dF=κHAdH （2）式中，A表示圆柱玻璃管的截面积。
样品在空气中称量，必须考虑空气修正，即dF=（κ-κ0HAdH）（3）κ0表示空气的体积磁化率，整个样品的受力是积分问题：（4）因HH，且忽略κ0，则（5）式中，F可以通过样品在有磁场和无磁场的两次称量的质量差来求出。
F=（Δm样-Δm空）g式中，Δm样为样品管加样品在有磁场和无磁场时的质量差；Δm空为空样品管在有磁场和无磁场时的质量差；g为重力加速度。
则有，（6）而χm= M/ρ，ρ=m样品/Ah，h为样品高度，A为样品管截面积，m样品为样品质量。