居里点(临界点)

----更新时间:2022-05-24

居里点(Curie point)又作居里温度(Curie temperature,Tc)或磁性转变点。是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度,是铁磁性亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点。低于居里点温度时该物质成为铁磁体,此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里点时,该物质成为顺磁体,磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。这时的磁敏感度约为10的负6次方。居里点由物质的化学成分和晶体结构决定。

概念

简述

19世纪末,著名物理学家皮埃尔·居里(居里夫人的丈夫)在自己的实验室里发现磁石的一个物理特性,就是当磁石加热到一定温度时,原来的磁性就会消失。后来,人们把这个温度叫“居里点“。

详解

铁磁物质被磁化后具有很强的磁性,但随着温度的升高,金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列,当温度达到足以破坏磁畴磁矩的整齐排列时,磁畴被瓦解,平均磁矩变为零,铁磁物质的磁性消失变为顺磁物质,与磁畴相联系的一系列铁磁性质(如高磁导率、磁滞回线磁致伸缩等)全部消失,相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率。与铁磁性消失时所对应的温度即为居里点温度。

古地磁说

在地球上,岩石在成岩过程中受到地磁场的磁化作用,获得微弱磁性,并且被磁化的岩石的磁场与地磁场是一致的。这就是说,无论地磁场怎样改换方向,只要它的温度不高于“居里点”,岩石的磁性是不会改变的。根据这个道理,只要测出岩石的磁性,自然能推测出当时的地磁方向。这就是在地学研究中人们常说的化石磁性。在此基础之上,科学家利用化石磁性的原理,研究地球演化历史的地磁场变化规律,这就是古地磁说。

为了寻找大陆漂移说的新证据,科学家把古地磁学引入海洋地质领域,并取得令人鼓舞的成绩。

第二次世界大战之后,科学家使用高灵敏度的磁力探测仪,在大西洋洋中脊上的海面进行古地磁调查。之后,人们又使用磁力仪等仪器,以密集测线方式对太平洋进行古地磁测量。两次调查的资料使人们惊奇地发现,在大洋底部存在着等磁力线条带,而且呈南北向平行于大洋洋中脊中轴线的两侧,磁性正负相间。每条磁力线条带长约数百千米,宽度在数十千米至上百千米之间不等。海底磁性条带的发现,成为本世纪地学研究的一大奇迹。1963年,英国剑桥大学的一位年轻学者F。J。瓦因和他的老师D。H。马修斯提出,如果“海底扩张”曾经发生过,那么,大洋中脊上涌的熔岩,当它凝固后应当保留当时地球磁场的磁化方向。就是说在洋脊两侧的海底应该有磁化情况相同的磁性条带存在。当地球磁场发生反转时,磁性条带的极性也应该发生反转,磁性条带的宽度可以作为两次反转时间的度量标准。这个大胆的假说,很快被证实了,人们在太平洋、大西洋、印度洋都找到了同样对称的磁性条带。不仅如此,科学家还计算出在7600万年中,地球曾发生过171次反转现象。

研究发现

研究还发现,地球磁场两次反转之间的时间最长周期约为300万年,最短的周期约为5万年,两次反转的平均周期约为42~48万年。地球的磁场方向己保留70万年了,所以,人们预感到一个新的磁场变化可能正在向我们靠近。

对于海底磁性条带的研究仍在继续之中,许多问题仍找不到令人满意的答案。例如,对于地球磁场为什么要来回反转这个最基本的问题,就无法解释清楚。尽管科学家们提出过种种假说,但其真正的原因还是不清楚的。也就是说,地球发生磁场转向的内在规律之谜,有待于科学家们去继续探索。

相关影响

磁芯温度一旦超过其居里温度,它的磁导率会急剧下降(按照磁性材料生产厂家的广泛定义,在到达所定义的居里温度之前已经开始急剧下降了)。也就说在到达居里温度后,磁芯的电磁效应已无法起到作用,后果很严重。

不同材质的磁芯所承受的居里温度不固定。就锰锌来说考虑居里温度效应的常见(其他材质居里温度较高),功率类的材料居里温度230℃以下,高导类的120℃以下。若是用高导磁芯,而变压器有较高耐温要求的话就得考虑了。

超过居里温度会由铁磁性变成顺磁性,应该未涉及相变态,因为有些体积会膨胀收缩,造成密度会变动,至于质量应该没改变,除非超出温度太多有些东西挥发了。

至于Tc每种磁性材料皆不同,例如铁的居里温度约770℃,钴的居里温度约1131℃。

不是在任何温度下,磁性材料都具有磁性。磁性材料具有一个临界温度Tc,即居里温度,在这个温度以上,由于高温下原子的剧烈热运动,原子磁矩的排列是混乱无序,铁磁物质磁化强度随温度升高而下降,它确定了磁性器件工作的上限温度,超过居里温度,磁芯的电感量会减小直至消失,电路无法正常工作。

一般常用的PC40,PC44居里温度在210℃。

根据电路需要及工作条件,选择合适的磁芯。

通常中小功率开关电源的变压器磁芯,通常选200℃附近的磁芯材料。

利用这个特点,人们开发出了很多控制元件。例如,我们使用的电饭锅就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为103℃的磁性材料。当锅里的水分干了以后,食品的温度将从100℃上升。当温度到达大约103℃时,由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失,磁铁就对它失去了吸力,这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开,同时带动电源开关被断开,停止加热。

用途

电饭锅的温控开关