磁性測量物理基礎(chǔ)

磁規(guī)律是空間、物質(zhì)、材料和物體中各種磁學(xué)量之間或磁學(xué)量與其它物理量之間的關(guān)系。有些關(guān)系是定性的，有些關(guān)系是定量的，而其中一些比較基本的關(guān)系則往往能用簡單的數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確地表達(dá)。

磁規(guī)律的范圍隨人們對磁現(xiàn)象的認(rèn)識擴(kuò)展而不斷擴(kuò)大，圍繞不同方面的磁規(guī)律展開的。這些磁規(guī)律包括基本的宏觀磁規(guī)律和磁單位、物質(zhì)磁性的規(guī)律、強(qiáng)磁材料磁化的規(guī)律、樣品磁化的規(guī)律和物質(zhì)的磁效應(yīng)。

磁規(guī)律是磁測量得以正確有效進(jìn)行的物理基礎(chǔ)。首先，基本磁學(xué)量磁場強(qiáng)度、磁矩、磁化強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度等都只有在發(fā)現(xiàn)了基本宏觀磁規(guī)律、同時給出它們的定義和單位之后才能進(jìn)行測量；對于各種具體的磁領(lǐng)域，也只有掌握了相應(yīng)的具體磁規(guī)律，從而定義出反映其特點(diǎn)的磁學(xué)量才能對它們進(jìn)行測量。這就是說，磁測量的對象及被測磁學(xué)量的定義都來自磁規(guī)律，后者應(yīng)該是磁測量的基礎(chǔ)。其次，為了實現(xiàn)被測磁學(xué)量的正確測量，所采用的測量方法的原理要正確，而這些原理都是基本的或比較基本的磁規(guī)律。例如，兩大類磁測量方法即磁力法和感應(yīng)法的原理，分別是前面提到的磁庫侖定律、安培作用力定律和法拉第電磁感應(yīng)定律，它們都是基本的磁規(guī)律。

各種磁測量所用的儀器，必須能按指定的準(zhǔn)確度測出由磁規(guī)律定義出的磁學(xué)量。而實現(xiàn)磁測量的各種操作規(guī)程，也受到各種磁規(guī)律的制約，必須滿足由磁規(guī)律提出的要求。一些基本的磁規(guī)律早已確立，但磁測量的水平，即使對于基本磁學(xué)量而言，至今仍在不斷提高之中，這是科學(xué)技術(shù)水平不斷發(fā)展的綜合結(jié)果，其中也包括基本磁規(guī)律應(yīng)用能力的提高。在具體磁測量中基本磁規(guī)律所起的作用往往是逐漸被人們認(rèn)識的，而一些比較具體的磁規(guī)律又需要經(jīng)過實踐才能發(fā)現(xiàn)，這種認(rèn)識和發(fā)現(xiàn)對磁測量技術(shù)的發(fā)展將起重要的作用。

人類開始接觸磁現(xiàn)象是遠(yuǎn)古的事。早在公元前三世紀(jì)，我們的祖先就已發(fā)現(xiàn)天然磁石可以吸鐵，隨后又成功地把磁體的指向性用于羅盤上。然而對磁學(xué)量進(jìn)行測量的歷史不過二百年。1785年，庫侖發(fā)現(xiàn)電荷間和磁極間作用力的庫侖定律和磁庫侖定律，揭開了磁測量歷史的序幕。1819---1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)以及安培等發(fā)現(xiàn)關(guān)于電流之間磁相互作用力的安培作用力定律，1831年法拉第發(fā)現(xiàn)關(guān)于變化磁通感生電動勢的電磁感應(yīng)定律，使人類對宏觀磁現(xiàn)象有了全面而本質(zhì)的認(rèn)識，并導(dǎo)致1832年高斯單位制的開始形成，真正的磁測量才得以實現(xiàn)。

最初使用的測量儀器當(dāng)然十分簡陋，隨著這些基本磁規(guī)律被肯定下來，各種精心設(shè)計制作的磁測量儀器便相繼出現(xiàn)了。最早的磁測量儀器是螺線管和電磁鐵，到1846年法拉第用他發(fā)明的磁秤感知弱磁物質(zhì)的極弱磁性( 順磁性和抗磁性) ，1872年斯托列托夫開始用沖擊檢流計測量并研究了鐵的技術(shù)磁化行為。以后一百余年，磁測量儀器、磁測量方法及其技術(shù)隨著磁學(xué)、磁性材料、磁性器件、以及其它與磁有關(guān)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷地發(fā)展，并且相互促進(jìn)。今天，磁測量項目和儀器已十分繁多，測量的靈敏度、準(zhǔn)確性已大幅度提高。因此磁測量在科學(xué)技木領(lǐng)城里，已成為重要的現(xiàn)代化物理測量技術(shù)。

磁性測量是指對磁場和磁性材料進(jìn)行測量，通過磁測量來測量其它物理量。 基本被測量包括磁通量Φ，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，磁場強(qiáng)度H，磁化強(qiáng)度M等。

樣品置于單一磁場中會被感應(yīng)出磁矩。而將樣品置于振動樣品磁強(qiáng)計的拾取線圈中，振動時，由于通過樣品的磁通量的變化，在檢測線圈中便會感應(yīng)出電壓信號。該信號與磁矩成比例，所以振動樣品磁強(qiáng)計可以用來測量材料的磁特性。磁場可以由電磁鐵或超導(dǎo)磁體產(chǎn)生，所以磁矩和磁化強(qiáng)度可以作為磁場的參數(shù)來進(jìn)行測量。作為溫度的參數(shù)，在低于常溫時，可用超導(dǎo)磁體的樣品置于單一磁場中會被感應(yīng)出磁矩。而將樣品置于振動樣品磁強(qiáng)計的拾取線圈中，振動時，由于通過樣品的磁通量的變化，在檢測線圈中便會感應(yīng)出電壓信號。該信號與磁矩成比例，所以振動樣品磁強(qiáng)計可以用來測量材料的磁特性。磁場可以由電磁鐵或超導(dǎo)磁體產(chǎn)生，所以磁矩和磁化強(qiáng)度可以作為磁場的參數(shù)來進(jìn)行測量。作為溫度的參數(shù)，在低于常溫時，可用超導(dǎo)磁體的VSM系統(tǒng)或帶有低溫杜瓦的電磁鐵的系統(tǒng)或帶有低溫杜瓦的電磁鐵的VSM系統(tǒng)。高于常溫時，可用帶有加熱爐的系統(tǒng)。高于常溫時，可用帶有加熱爐的VSM系統(tǒng)。因為選用鐵磁材料時，主要決定于它們的磁化強(qiáng)度和磁滯回線，所以系統(tǒng)。因為選用鐵磁材料時，主要決定于它們的磁化強(qiáng)度和磁滯回線，所以VSM 系統(tǒng)的常用功能是測量鐵磁材料的磁特性。

靜態(tài)磁性是指磁性材料在穩(wěn)恒磁場中的磁性，包括基本磁化 曲線、磁滯回線及其所定義的各種參數(shù)，如飽和磁化強(qiáng)度M；或飽和磁感強(qiáng)度、剩余磁化強(qiáng)度或剩余磁感強(qiáng)度、各種磁化率或磁導(dǎo)率等。從根本上來說，上述參數(shù)都是通過測定在某一磁場下的磁化強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度而確定的。動態(tài)磁特性是指磁性材料在交變磁場中的磁性能。

磁性材料在交變磁場中變現(xiàn)出的磁特性稱為交流磁化特性。與靜態(tài)磁特性不同。物質(zhì)的動態(tài)磁特性不僅和物質(zhì)本身的磁性有關(guān)，還與勵磁電流的頻率、幅度、波形等因素有關(guān)。

靜態(tài)磁滯回線的面積是靜態(tài)的磁滯損耗，動態(tài)磁滯回線的面積是總損耗，包括三部分：磁滯損耗：指鐵磁材料作為磁介質(zhì)，在一定勵磁磁場下產(chǎn)生的固有損耗（在電能轉(zhuǎn)換磁能過程中所產(chǎn)生的損耗）；渦流損耗：磁通發(fā)生交變時，鐵芯產(chǎn)生感應(yīng)電動勢進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流呈旋渦狀，感應(yīng)電流在鐵芯電阻上產(chǎn)生的損耗就是渦流損耗；剩余損耗：除磁滯損耗和渦流損耗以外的損耗，所以動態(tài)磁滯回線的面積總是大于靜態(tài)磁滯回線的面積。

測量物質(zhì)的基本磁性質(zhì)。主要包括：1. 恒定外場下的變溫磁矩的測量；2. 恒定溫度下變場磁矩的測量；3. 選定頻率下的交流磁矩的測量；4.恒定溫度，不同頻率下的交流磁矩；5.光照條件下的上述各種測量；6.單晶樣品的上述各種測量。

工作溫度范圍：1.9-400 K；磁場變化范圍：±5 T；DC/AC靈敏度10^(-8) emu。備有單晶樣品桿、光照樣品桿和超低場附件。用于小樣品、弱信號的測量，2-300 K各種磁性材料的單晶、多晶等樣品的表征。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軟磁磁性材料在高勵磁下?lián)p耗的測量方法和測量技術(shù)要求。 2100433B