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窗体顶端
建造一个磁性热机
我最初是用镍币做这个玩具的。镍币是用纯镍制成的,不像美国的镍币,因为美国的镍币含有大量的铜,所以没有磁性。你可以用镍或无线电商店里的稀土磁铁制造玩具。稀土磁铁的效果会好一点,因为它在较低的温度下会失去磁性,因此玩具可以用蜡烛代替酒精烧嘴作为热源。可以找到一些特别漂亮的小稀土磁铁在我们的邮购目录里.
这个热机很简单。我们把一小块磁性材料悬挂在钟摆的末端。在摆锤附近放置一块大磁铁,使小块材料粘在大磁铁上。磁铁应足够靠近,使材料永远不会停留在摆锤摆动的底部,而是跳到磁铁上。蜡烛放在材料下面,所以火焰只接触到它。
蜡烛的火焰会加热磁性材料,直到它失去被磁化的能力。重力会把它从磁铁上拉离(从而远离火焰)。一旦远离火焰,磁性材料会冷却一点,并重新获得粘在磁铁上的能力。磁铁将把它拉到火焰中,整个过程重复进行。
所有的零件都可以在无线电小屋找到,但是如果你想用镍币制造引擎,任何五金店都会有你需要的其他零件。
你需要一些铜线或铜线,一个大的陶瓷磁铁(收音机商店卖一美元左右的便宜的那种),和一根蜡烛。
我们只想让钟摆来回摆动,所以我们用两根金属丝来支撑它。剪一英尺长的金属丝,把金属丝的中心绕在大磁铁上。然后把两端形成小的环,弯曲它们,形成钟摆的支撑。
如果你用稀土磁铁来测量钟摆的重量,在这一点上,把它放在蜡烛火焰中消磁是有帮助的。你可以把它粘在衣架上,把磁铁放在火焰中直到它脱落。当我们调整摆锤时,这将防止磁铁跳到大型陶瓷磁铁上。
用另一英尺长的金属丝缠绕在镍或稀土磁铁上,这将构成摆锤的重量。将钢丝的两端形成环,然后滑入摆锤支架的环中。确保摆锤的重量与磁铁的距离足够近,使其在摆锤垂直时上升到磁铁上。摆锤及其支架的导线应足够长,使重物在消磁时能够从火焰上落下并垂直悬挂。
将钟摆固定在大磁铁上,放置一根短蜡烛(点燃),使火焰刚好接触重量。你可能需要保护火焰不受气流的影响,这样它才能保持稳定。火焰会加热稀土合金,直到它失去粘在大型陶瓷磁铁上的能力。然后它会落下,在冷却时摆动几下。当它冷却到可以再次磁化时,它会上升并粘在磁铁上,在那里火焰会再次加热它。
如果砝码从磁铁上落下时仍接触火焰,则稍微调整摆锤的支撑,使砝码停留得更远一些。如果重物离得太远,一旦被磁化,磁铁就无法将其拉回原位,则应调整支架使其靠近。调整支架时要小心,因为它们可能很热。同时要小心移动蜡烛,以免被蜡烛的火焰灼伤。当发动机调整得恰到好处时,它会稳定到一个可预测的摆动,通常只需要一次摆动就可以冷却到足以再次粘在磁铁上。只要蜡烛燃烧,它就会一直持续。
如果你选择使用加拿大镍,你将需要一个比蜡烛更好的热源。一个小酒精灯或火锅烧嘴会很好。为了给灯腾出空间,你可能需要把钟摆支撑线加长。
居里效应热机的作用
我们是如何建立这个模型的
上面照片中的三个木块大小和形状都差不多。大的铁氧体(陶瓷)磁铁放在两个“茶灯”蜡烛上(小杯子里的小蜡烛)。一支蜡烛被点燃(另一支只是用来支撑磁铁的另一端)。火焰刚好擦过磁铁的近端。
发动机的运动部分是一根弯曲的铜线,中间有一颗细小的钕铁硼磁珠。
如果我们让钕磁铁接触到大磁铁,那么它就不会像离得更远那么快加热。所以我们稍微弯曲一下电线,这样只有铜线接触到大磁铁,而小磁铁可以放在火焰中间。
为什么会这样?
热机工作是因为居里效应。居里效应描述了磁性材料在加热到一定温度以上时,如何丧失其粘附磁铁的能力。这个温度叫做居里温度,它随材料的不同而变化。
铁的居里温度约为摄氏度。廉价陶瓷磁铁的居里温度也很高,这就是蜡烛火焰甚至酒精灯都不会影响它们的原因。加拿大镍的居里温度较低,约为摄氏度。这个温度在酒精灯的范围内,几乎可以用蜡烛。无线电棚式稀土磁铁的居里温度是摄氏度,蜡烛很容易达到这个温度(不仅因为居里温度较低,而且因为磁铁比镍小得多,所以它们加热得更快,未加热的表面积也更小)。
我试过打火机燧石,它的居里温度也在蜡烛的容易范围内。小尺寸和低居里点的结合使它们在居里点以上停留的时间过长。磁铁和火焰必须靠在一起才能使发动机工作。当燧石离磁铁足够近以克服重力时,它们离火焰足够近,可以上升到居里点以上。其他的设计也被成功地尝试过,包括将燧石放在轮子上,并使用烙铁作为热源。当火石接触磁铁时,可以用放大镜将太阳聚焦在燧石上,而不必在燧石下落时加热它。尝试其他设计。有很多可能性。