丁洪良

(江蘇省丹陽高級(jí)中學(xué)，江蘇 丹陽 212300)

基于“居里點(diǎn)”的熱能磁動(dòng)機(jī)

丁洪良

(江蘇省丹陽高級(jí)中學(xué)，江蘇 丹陽 212300)

居里溫度是指材料可以在鐵磁體和順磁體之間改變的臨界溫度，本文介紹了如何借助這種物理效應(yīng)制作一種利用熱能的磁動(dòng)力裝置，該裝置既可以用于演示“居里點(diǎn)”效應(yīng)，也可以用于科技制作展示.

居里點(diǎn)；強(qiáng)磁體；熱能

居里點(diǎn)也稱居里溫度或磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)，是指材料可以在鐵磁體和順磁體之間改變的臨界溫度.19世紀(jì)末，法國物理學(xué)家居里發(fā)現(xiàn)：任何鐵磁性物質(zhì)都有一個(gè)特殊的溫度，高于這個(gè)溫度，鐵磁性物質(zhì)就會(huì)失去磁性，變?yōu)轫槾判?

高中物理課本3-2《傳感器》一章就涉及到“居里點(diǎn)”在自動(dòng)溫控中的應(yīng)用.為了更好地向?qū)W生演示“居里點(diǎn)現(xiàn)象”，筆者制作了一種富有創(chuàng)意的新型演示裝置，下面給出制作方法.

1 制作過程

圖1

找一個(gè)厚約10mm，直徑50mm的實(shí)心鋁盤，在盤面上均勻刻畫出8條直徑，使鋁盤分成16等份.用直徑1mm的鉆頭沿所刻畫的直徑方向在鋁盤四周鉆出16個(gè)小孔，深度約10mm..然后將16根直徑1mm，長度約70mm的等長鐵絲一端插入鋁孔內(nèi)固定.然后再在鋁盤中央打一直徑3mm小孔，再用一鋼釘穿過小孔將鋁盤釘在一豎直木板上，使鋁盤和鐵絲組成的機(jī)構(gòu)能以鋼釘為軸自由轉(zhuǎn)動(dòng).

接下來將一30mm×30mm×20mm的釹硼超強(qiáng)磁鐵固定在木板上與鋁盤圓心等高的右側(cè).此時(shí)，鋁盤上的鐵絲會(huì)受到來自強(qiáng)磁體的吸引力，特別是靠近磁體的鐵絲受力較大，但由對(duì)稱性可知，鋁盤受力平衡不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng).組裝完畢后，得到如圖1所示的裝置.

2 演示

將一酒精燈放在鋁盤的右下角位置，將其點(diǎn)燃，火焰對(duì)著靠近磁體的水平輻條及其下方相鄰輻條的末端(如圖所示B區(qū))，開始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到鐵絲的居里點(diǎn)時(shí)，被加熱部分所受磁力就會(huì)急劇減小甚至消失，導(dǎo)致圓盤右側(cè)鐵絲上下受力不再平衡，下方B區(qū)受力明顯小于上方A區(qū)，從而產(chǎn)生順時(shí)針方向的磁力矩，在該合力矩的作用下，圓盤就會(huì)沿順時(shí)針方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)起來，原本受火燒烤的鐵絲由于轉(zhuǎn)動(dòng)離開火焰后溫度下降，又會(huì)很快恢復(fù)鐵磁性，從而使鋁盤能持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去.用該裝置來演示“居里點(diǎn)現(xiàn)象”十分有趣，吸引學(xué)生眼球.

筆者認(rèn)為這一裝置也可以視作是一種基于居里點(diǎn)的熱能磁力發(fā)動(dòng)機(jī).進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果室外陽光比較好，我們利用凹面鏡或凸透鏡對(duì)光線的會(huì)聚作用，將太陽光集中起來對(duì)原先酒精燈加熱部分進(jìn)行照射，也能使圓盤持繼轉(zhuǎn)動(dòng)起來，由于使用的是取之不竭的太陽能，這就做成了一臺(tái)基于居里點(diǎn)原理的太陽能磁動(dòng)機(jī).

柏維正.錳鋅鐵氧體居里溫度特性的應(yīng)用[J].磁性材料及器件，1982，(1).