基于“居里點”的熱能磁動機

丁洪良

(江蘇省丹陽高級中學(xué)，江蘇 丹陽 212300)

基于“居里點”的熱能磁動機

丁洪良

(江蘇省丹陽高級中學(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力裝置，該裝置既可以用于演示“居里點”效應(yīng)，也可以用于科技制作展示.

居里點；強磁體；熱能

居里點也稱居里溫度或磁性轉(zhuǎn)變點，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)都有一個特殊的溫度，高于這個溫度，鐵磁性物質(zhì)就會失去磁性，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”在自動溫控中的應(yīng)用.為了更好地向?qū)W生演示“居里點現(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

找一個厚約10mm，直徑50mm的實心鋁盤，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構(gòu)能以鋼釘為軸自由轉(zhuǎn)動.

接下來將一30mm×30mm×20mm的釹硼超強磁鐵固定在木板上與鋁盤圓心等高的右側(cè).此時，鋁盤上的鐵絲會受到來自強磁體的吸引力，特別是靠近磁體的鐵絲受力較大，但由對稱性可知，鋁盤受力平衡不會轉(zhuǎn)動.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，將其點燃，火焰對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，當溫度達到鐵絲的居里點時，被加熱部分所受磁力就會急劇減小甚至消失，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)生順時針方向的磁力矩，在該合力矩的作用下，圓盤就會沿順時針方向緩慢轉(zhuǎn)動起來，原本受火燒烤的鐵絲由于轉(zhuǎn)動離開火焰后溫度下降，又會很快恢復(fù)鐵磁性，從而使鋁盤能持續(xù)轉(zhuǎn)動下去.用該裝置來演示“居里點現(xiàn)象”十分有趣，吸引學(xué)生眼球.

筆者認為這一裝置也可以視作是一種基于居里點的熱能磁力發(fā)動機.進一步實驗發(fā)現(xiàn)，如果室外陽光比較好，我們利用凹面鏡或凸透鏡對光線的會聚作用，將太陽光集中起來對原先酒精燈加熱部分進行照射，也能使圓盤持繼轉(zhuǎn)動起來，由于使用的是取之不竭的太陽能，這就做成了一臺基于居里點原理的太陽能磁動機.

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).