方明月，郭瑞雪，谢翠婷

(华南师范大学 物理与电信工程学院，广东 广州 510006)

铁磁材料从铁磁性或亚磁性物质转变成顺磁性物质的临界点被称作居里点或者居里温度。当温度高于磁性物质的居里温度时，该物质的磁性消失。由于该种独特的性质，铁磁性物质在很多领域拥有特殊的应用。比如传感器、电热电路以及电水壶的温控开关等温度自适应型元件[1,2]。人们也开发出了很多测量居里温度的简便方法[3,4]，比较经典的是把铁磁性材料吸附在磁铁上，然后加热至铁块脱离磁铁从而获取居里温度值[5]。或者使用电加热法[6]：当磁性导线中的电流达到一定程度时，螺旋形导线由于转变为顺磁性材料而不再受永磁体的吸引，此时可以通过电流、电压等参数间接测量导线的居里点。

另一方面，先进的实验器材由于体积庞大、价格昂贵、操作复杂等各种原因而无法广泛应用于教学行业[7]。随着科技的发展，智能手机传感器的开发开辟了教育行业利用智能手机辅助教学的新视角。因为智能手机传感器拥有操作简捷、测量准确等优点，有关智能手机传感器的一系列拓展应用APP被不断开发，并广泛应用于教学研究及教学演示[8-10]。

本文利用智能手机设计了一种测量小型永磁体居里温度的方法，实验装置简洁，操作过程简便。

1 理论模型

当外界温度低于居里温度时，铁磁性材料的磁化强度会随着温度的升高而减小。由平均场理论[11]可知有：

M～(T-Tc)β

(1)

其中M是铁磁体的磁化强度，Tc是居里温度，β是临界点，且β=1/2。

对(1)式两端进行平方，可以获得

M2=a(T-Tc)=aT+b

(2)

因此，通过测量一定温度范围内铁磁性材料的磁化强度M和相应的温度T，就可以拟合直线从而求得该铁磁性材料的居里点Tc。

2 实验内容

2.1 实验装置

简单的塑料瓶，永磁体(稀土钕铁硼、铁氧体)，两台手机，手机OTG热电偶温度传感器如图1所示。

图1 实验装置图

2.2 实验步骤

1.为了更准确地测量永磁体的温度，用胶带将永磁体固定在热电偶上；

2.将开水倒进塑料瓶直至淹没永磁体，等待热电偶所连接手机的显示温度稳定后(升高至80～90 ℃)，开始用另一台手机上的Phyphox软件对永磁体磁化强度进行从“高温”至室温区间的测量(间隔0.5 K)；

3.当永磁体的温度降到室温时，往塑料瓶中加入少许冰块。待温度稳定(5～10 ℃)后，用手机进行磁化强度从“低温”至室温的测量(间隔为0.5 K)。

3 结果分析

图2显示了两种永磁体的磁化强度平方和温度之间的函数的拟合图。由图可以看到，实验数据的拟合图线性度良好。

图2 永磁体磁感应强度的平方与 温度之间的函数关系图

由拟合直线的公式可以计算出铁氧体和钕铁硼的磁化强度为零时的温度，也就是它们的居里温度分别为567.43 K和730.97 K。实验拟合值与文献中的参考值[12-14]573 K(锰锌铁氧体)、593～733 K(钕铁硼)之间误差很小，表明该实验能够为测量小型永磁体的居里温度提供较精确度的结果。

虽然实验设备局限于测量小型永磁体，但实验设备成本低、环保节能、实验步骤简单并可重复观察，而且能在较大温度变化范围内准确地测量永磁体的磁化强度变化。

4 结束语

本文利用简单的手机传感器为测量居里温度提供了一种低成本的简洁方法。该方法仅仅需要两台手机以及一个热电偶温度传感器，取材简便，可延伸至居家或教学实验演示。此外，简洁的公式拟合可以帮助学生建立模型和理解磁性，为后面更深入地学习磁性做铺垫。