什麼是居里溫度

鐵磁體(或鐵電體)失去自發磁化(自發極化)的溫度。高於此溫度成為順磁性。鐵約為770℃,鎳約為358℃。

日文名稱: キュリー温度

「居里溫度」出現在3領域的4道練習題中(磁性材料, 電子、磁性與光學材料, 材料的熱性質等)。

這個名詞所屬的領域: 電子、磁性與光學材料

自發磁化消失的溫度

在鐵磁性體中,原子的磁矩藉由交換作用使方向一致,產生自發磁化。溫度上升時熱運動擾亂這個秩序,自發磁化逐漸變小,在居里溫度成為0。高於此溫度時成為順磁性。居里溫度在鐵約為770℃(1043 K),鎳約為358℃,鈷約為1120℃,釓約為20℃,釹磁鐵的主相Nd₂Fe₁₄B約為310℃,磁鐵礦(Fe₃O₄)約為580℃。

居里溫度上下的行為

高於居里溫度時,磁化率遵循居里-外斯定律 χ = C/(T − θ),溫度下降接近θ時急遽變大。θ稱為順磁居里溫度,是接近居里溫度的值。鐵電體也同樣在居里溫度附近介電常數變得非常大,BaTiO₃在約120℃介電常數出現尖銳的極大值。居里溫度可由以磁天平量測磁化隨溫度變化的方法,或由DSC或熱膨脹的微小異常求得。

常見的誤解

鐵在770℃失去鐵磁性,但晶體結構仍是BCC的α鐵,變為FCC是在912℃。過去曾將這個溫度範圍的鐵稱為β鐵,但因不伴隨結構變化,現在不將其視為另一個相。此外,反鐵磁性體秩序消失的溫度稱為奈爾溫度,與居里溫度區別。永久磁鐵在遠低於居里溫度的溫度下,也會因矯頑力下降而發生不可逆退磁,因此最高使用溫度訂得比居里溫度低很多。

利用居里溫度的技術

在居里溫度磁性急遽改變,被用於溫度的控制。例如電子鍋中曾有利用在某溫度不再被磁鐵吸附的感溫鐵氧體,在飯煮好、溫度上升時切斷加熱的機構。某些烙鐵利用烙鐵頭的磁性體在居里溫度變得不易發熱,自動將溫度保持一定。岩石中的磁鐵礦冷卻到居里溫度以下時記錄地球磁場方向的性質,是古地磁研究的基礎。

練習居里溫度的題目

將鐵磁體的鐵加熱到高於居里溫度(約770℃)時,磁性會如何變化?

  1. A變成反磁性
  2. B變成反鐵磁性
  3. C變成順磁性
查看答案與解析

正確答案:C. 變成順磁性

在鐵磁體中,相鄰原子的磁矩藉由交換作用排列成相同方向,具有自發磁化。溫度升高時,熱運動擾亂一致的方向,超過居里溫度後自發磁化消失,成為只在施加外部磁場時才微弱磁化的順磁性。居里溫度鐵約為770℃,鎳約為358℃,鈷約為1120℃。反鐵磁性是相鄰磁矩反平行排列的有序狀態,其有序消失的溫度稱為尼爾溫度。反磁性是所有物質都具有的微弱性質,並不是鐵磁性消失後才出現的。

常見問題

居里溫度與奈爾溫度有什麼不同?

居里溫度是鐵磁性體或亞鐵磁性體失去自發磁化的溫度,奈爾溫度是反鐵磁性體失去反平行秩序的溫度。高於任一溫度都成為順磁性。

鐵在770℃晶體結構會改變嗎?

不會。770℃是保持BCC而只失去磁性秩序的磁性變態溫度,在Fe-C系相圖中稱為A2變態點。晶體結構變為FCC是在912℃(A3變態點)。

超過居里溫度的磁鐵,冷卻後會恢復嗎?

冷卻後會恢復鐵磁性,但磁區方向變得雜亂,因此作為磁鐵的磁力仍然失去。要使用時,必須再以強磁場重新充磁。若組織已改變,性能也不會恢復。

解析中的「居里溫度」

出現「居里溫度」的題目(4題)

  1. 將鐵磁體的鐵加熱到高於居里溫度(約770℃)時,磁性會如何變化?
  2. 鐵磁體即使沒有外部磁場也會分成許多磁區,其主要原因為下列何者?
  3. 在電動車馬達等高溫下使用的釹磁鐵中添加Dy或Tb,其主要目的為下列何者?
  4. Fe-36%Ni合金(因瓦合金,Invar)的線膨脹係數在室溫附近約為1×10⁻⁶ K⁻¹ 而非常小,其原因下列何者正確?

相關名詞

磁區 磁壁 磁晶異向性 矯頑力 飽和磁化 最大能量積 因瓦合金 線膨脹係數 馬提森法則 軟磁材料

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