Как сделать магнитный двигатель на эффекте Кюри

по Начо Морато

Благодаря вкладу от Дао физики, Я знаю Двигатель на эффекте Манетика Кюри. Из этого свойства строится очень интересная и полезная маленькая научная игрушка для объяснения в классе и нашим детям.

«двигатель Кюри» основан на открытом Пьером Кюри свойстве ферромагнетиков, заключающемся в том, что с определенной температуры, называемой точкой Кюри, ферромагнетики теряют свой магнетизм и перестают притягиваться магнитами. А при остывании вновь восстанавливают свои свойства.

Но это не мотор для использования. Он не служит для создания работы, которую мы можем использовать. Это хорошая лабораторная игра. Хотя это свойство материи и магнетизма, безусловно, можно использовать во многих приложениях.

Таким образом, простой термомагнитный двигатель что мы видим на изображении выше.

Подпишитесь на наш Youtube-канал

Цикл двигателя очень простой.

• Подвижная подвижная часть притягивается к магниту.
• Достигнув позиции, ближайшей к магниту, свеча нагревает металлическую часть.
• По достижении температуры Кюри он размагничивается и возвращается в исходное положение.
• Затем он остывает, восстанавливает магнетизм, и цикл начинается заново.

Пару видео

Хотя он имеет очень простую конструкцию, наиболее сложной частью является правильное выравнивание компонентов, чтобы физический эффект намагничивания и размагничивания стал непрерывным циклом.

Я оставляю тебе это pdf с размерами конструкции, хотя они представлены в дюймах от Imagesco.

Если вы хотите еще немного углубиться в теоретическую часть этого физического эффекта. Я оставляю вам объяснение Уолтера Левина из Массачусетского технологического института

Парамагнитные и ферромагнитные свойства материалов зависят от температуры. Диамагнитных свойств нет.

При низких температурах тепловое возбуждение очень мало, и легче настроить диполи и поддерживать магнетизм.

Ферромагнитный материал, когда он достигает точки Кюри, становится парамагнитным. Это внезапный процесс. Очень быстрое и его восстановление по кулдауну тоже.

Три наиболее распространенных ферромагнитных материала:

1. никель с температурой Кюри 358ºC
2. железо с 770ºC
3. и кобальт 727ºC

Очень любопытным материалом является гадолиний, который имеет температуру Кюри 16ºC, поэтому он ферромагнитен зимой, когда температура опускается ниже 16ºC, и парамагнитен летом при температуре выше 16ºC.

Автор изображения Makezine

Точка Кюри • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

200 законов мироздания > Физика

Ферромагнитные свойства вещества проявляются лишь при температурах ниже точки Кюри.

Подавляющее большинство атомов обладает собственным магнитным полем. Практически любой атом можно представить в виде крошечного магнитика с северным и южным полюсами. Этот магнитный эффект объясняется тем, что электроны при движении по орбитам вокруг атомного ядра создают микроскопические электрические токи, которые и порождают магнитные поля (см. Открытие Эрстеда). Сложив магнитные поля, индуцируемые всеми электронами атома, мы получим суммарное магнитное поле атома.

В большинстве веществ магнитные поля атомов ориентированы хаотично, в результате чего они взаимно гасятся. Однако в некоторых веществах и материалах (прежде всего в сплавах, содержащих железо, никель или кобальт) атомы упорядочиваются так, что их магнитные поля направлены в одну сторону и усиливают друг друга. В результате кусочек такого вещества оказывается окружен магнитным полем. Из таких веществ, называемых ферромагнетиками, поскольку обычно они содержат железо, и получают постоянные магниты.

Чтобы понять, как образуются ферромагнетики, представим себе кусок раскаленного железа. Из-за высокой температуры атомы в нем движутся очень быстро и хаотично, не оставляя возможности для упорядочения атомных магнитных полей в одном направлении. Однако по мере понижения температуры тепловое движение ослабевает и начинают преобладать другие эффекты. В железе (и некоторых других металлах) на атомном уровне действует сила, стремящаяся объединить магнитные диполи соседних атомов друг с другом.

Эта сила межатомного взаимодействия, получившая название обменной силы, была впервые описана Вернером Гейзенбергом (см. Принцип неопределенности Гейзенберга). Она обусловлена тем, что два соседних атома могут обмениваться внешними электронами, и эти электроны начинают принадлежать одновременно обоим атомам. Обменная сила прочно связывает атомы в кристаллической решетке металла и делает их магнитные поля параллельными и направленными в одну сторону. В результате упорядоченные магнитные поля соседних атомов взаимно усиливаются, а не гасятся. И такой эффект может наблюдаться в объеме вещества порядка 1 мм³, в котором содержится до 10¹⁶ атомов. Атомы такого магнитного домена (см. ниже) выстроены таким образом, что мы имеем чистое магнитное поле.

При высоких температурах действию этой силы мешает тепловое движение атомов, при низких же температурах атомные магнитные поля могут усиливать друг друга. Температура, при которой происходит этот переход, называется точкой Кюри металла — в честь открывшего ее французского физика Пьера Кюри.

В реальности структура ферромагнетиков гораздо сложнее, чем описано выше. Обычно отдельные домены включают всего несколько тысяч атомов, магнитные поля которых однонаправлены, однако поля различных доменов направлены беспорядочно и по совокупности материал не намагничен. Поэтому обычный кусок железа магнитных свойств не проявляет. Однако при определенных условиях упорядочиваются и магнитные поля доменов, из которых состоит ферромагнетик (например, при остывании раскаленного железа в сильном магнитном поле). И тогда мы получаем постоянный магнит. Наличие точки Кюри объясняет также, почему при сильном нагревании постоянного магнита в какой-то момент происходит его полное размагничивание.

Мария СКЛОДОВСКАЯ-КЮРИ
Marie Sklodowska Curie, 1867–1934

Польский, затем французский химик. Родилась в Варшаве в интеллигентской семье в тяжелый период российской оккупации, выпавшей на долю Польши. Учась в школе, помогала матери содержать пансион, прислуживая в нем в качестве горничной. После окончания школы какое-то время работала гувернанткой в состоятельных семьях, чтобы заработать средства на получение медицинского образования для своей сестры. На этот период приходится расстроенная родителями жениха помолвка Склодовской с юношей из семьи, где она прислуживала (родители сочли такой брак их сына недостойным их социального положения и упустили блестящую возможность улучшить свой фамильный генофонд). После получения ее сестрой медицинского образования в Париже туда же оправилась учиться и сама Склодовская.

Блестящие результаты вступительных экзаменов по физике и математике привлекли к молодой полячке пристальное внимание ведущих французских ученых. Результатом стала ее помолвка в 1894 году с Пьером Кюри и брак с ним, заключенный в следующем году. В те годы исследования явления радиоактивности только начинались, и работы в этой области был непочатый край. Пьер и Мария Кюри занялись извлечением радиоактивных образцов из руд, добываемых в Богемии, и их исследованием. В результате супругам удалось открыть сразу несколько новых радиоактивных элементов (см. Радиоактивный распад), один из которых был назван кюрием в их честь, а еще один — полонием в честь родины Марии. За эти исследования супруги Кюри были совместно с Анри Беккерелем (Henri Becquerel, 1852–1908), открывшим рентгеновские лучи, удостоены Нобелевской премии по физике за 1903 год. Именно Мария Кюри первой ввела в употребление термин «радиоактивность» — по названию первого открытого Кюри радиоактивного элемента радия.

После трагической гибели Пьера в 1906 году Мария Кюри отказалась от предложенной Сорбонским университетом пенсии и продолжила исследования. Ей удалось доказать, что в результате радиоактивного распада происходит трансмутация химических элементов, и, тем самым, положить начало новой отрасли естественных наук — радиохимии. За эту работу Мария Кюри была удостоена Нобелевской премии по химии за 1911 год и стала первым ученым — дважды лауреатом самой престижной премии за достижения в естественных науках. (В том же году Парижская Академия наук отклонила ее кандидатуру и не приняла Марию Кюри в свои ряды. Видимо, двух Нобелевских премий господам академикам показалось недостаточно для преодоления своей склонности к дискриминации по национальному и гендерному признаку.)

В годы Первой мировой войны Мария Кюри занималась активными прикладными медицинскими исследованиями, работая на фронте с портативной рентгеновской установкой. В 1921 году в Америке была открыта подписка на сбор средств на покупку для Марии Кюри 1 грамма чистого радия, который был ей необходим для дальнейших исследований. В ходе ее триумфальной поездки по Америке с публичными лекциями ключик от шкатулки с драгоценным радиоактивным металлом был вручен Кюри самим Президентом США Уорреном Хардингом (Warren Harding).

Последние годы жизни Марии Кюри были заполнены важными международными инициативами в области науки и медицины. В начале 1930-х годов здоровье Марии Кюри резко ухудшилось — сказались огромные дозы радиоактивного облучения, полученные ею в процессе многолетних экспериментов, — и в 1934 году она скончалась в санатории во Французских Альпах.

Пьер КЮРИ
Pierre Curie, 1859–1906

Французский физик. Родился в Париже в семье видного врача. Получил домашнее образование. Первоначально изучал фармакологию в Сорбонне, однако очень скоро увлекся естественнонаучными экспериментами с кристаллами, которые проводил его брат Жак, и со временем стал директором Школы физики и химии (École de Physique et Chimie). В 1895 году женился на Марии Склодовской и в том же году защитил докторскую диссертацию по магнитным свойствам парамагнетиков (см. Закон Кюри). Вместе с супругой в тяжелейших рабочих условиях проводил в Школе опыты по изучению свойств радиоактивных веществ. В 1904 году получил назначение на пост профессора физики и директора лаборатории (вскоре преобразованной в Институт радия) Сорбонны. В апреле 1906 года Пьер Кюри погиб в результате нелепого несчастного случая, попав под колеса извозчика. Он даже не успел завершить оборудование своей новой лаборатории.

1

Показать комментарии (1)

Свернуть комментарии (1)

Написать комментарий

1905

Третье начало термодинамики

1950

Тест Тьюринга

Новостная рассылка
 

«Элементы» в соцсетях: 

Двигатель с температурой Кюри

В этом двигателе используется только нихромовая проволока, магнит, пропановая горелка и
температура кюри нихромовой проволоки на витке.

Двигатель температуры Кюри в действии.

Полная настройка двигателя температуры Кюри.

Температура Кюри – это температура, при которой ферромагнитный
материал теряет свою магнитную способность. Ниже этой температуры будет
притягиваться к магниту, при этой температуре и выше она не будет
больше не привлекаться. Это было очень хорошо показано в

этот эксперимент с температурой Кюри.

Как сделать двигатель с температурой Кюри

Первым шагом является изготовление опорной конструкции ротора.
Используйте неферромагнитный
материал, например, медь или латунь. Если материал не привлекает
магнитом, то он неферромагнитный. Я нашел немного толстой меди
провод, около 14 калибра. Это можно получить от кабелей для бытовых нужд.
электропроводки или из магазинов электротоваров.
Я также вырезал несколько медных полосок из листа, который
вы можете получить в магазине хобби, художественном магазине или на свалке металлолома.
Медные полоски имеют небольшую щель возле одного конца, через которую будет проходить провод.
войти в.

Я также просверлил отверстие в куске пробкового дерева и вырезал
три слота в нем. Его цель состоит в том, чтобы удерживать детали на месте.
пока они спаяны вместе.

Части.

Сборка деталей.

Пайка.

Ниже вы можете увидеть полученную структуру поддержки.

Далее вам понадобится ферромагнитный провод. Нихромовая проволока ферромагнитна.
и я нашел его в старом фене. Нихром состоит из 80% никеля и 20%
хром. Вы можете проверить, является ли он ферромагнитным, я вижу, что это
притягивается магнитом.

Готовая опора ротора.

Старый фен со снятой передней крышкой.

Проверка нихромовой проволоки магнитом.

Я нарисовал шаблон на бумаге, сделав отверстие в центре и
рисуя круг вокруг него. Круг — это размер петли
что проволока будет образовываться. Я взял достаточно провода от фена
сделать три петли.

Затем я вставляю трубку опорной конструкции через отверстие в
бумажный шаблон и закрепите проволоку петлей так, чтобы она входила в прорези в
медные полоски и повторяли форму круга, нарисованного на бумаге.

Чтобы петли были плотными, я отрезал короткие отрезки тонкой меди.
проволока и завязала их вокруг петель.

Бумажный шаблон и нихромовая проволока.

Делаем петли из проволоки.

Стягивание петель большим количеством проволоки.

Ниже представлен готовый ротор.

Статор, стационарная часть, это просто кусок дерева с двумя
обрезки алюминиевых стержней родом из Home Depot. я использовал
молоток и гвоздь, чтобы сделать ямочки, небольшие углубления, в каждой части
алюминиевого стержня для ротора. Ниже вы можете увидеть
ротор в статоре. Я использовал наждачную бумагу, чтобы сформировать концы толстого
медный провод в точки, чтобы они сидели в ямках и позволяли
ротор свободно вращается. Обратите также внимание, что все это было размером
так, чтобы ротор мог стоять в статоре, не падая,
при этом он не был настолько тугим, что не мог вращаться.

Готовый ротор.

Статор.

Ротор на статоре.

Затем нужно было сделать конструкцию, которая могла бы удерживать на месте несколько магнитов.
Мои магниты — это два неодимовых магнита от двигателей жестких дисков, но любой
сильные магниты сделают. Положив по одному с каждой стороны лома Г-образной формы
алюминиевый стержень, они притягивались друг к другу достаточно сильно, чтобы оставаться на
бар.

Затем я поставил L-образную планку с магнитами на край стола и
прикрепил зажим, чтобы добавить немного веса и заставить его оставаться там, где я его положил.
Я тоже посадил статор с ротором на край стола
чтобы я мог подать тепло снизу с помощью пропановой горелки.

Нагрев к нихромовой проволоке прикладывается только к одной стороне, где
провод находится ближе всего к магнитам. Затем он вращается.

Изготовление магнитной конструкции.

Крупный план в действии.

Двигатель температуры Кюри в действии.

Видеоротор – Температурный/точечный ротор Кюри – Как он устроен/Как он работает

В следующем видео показано изготовление двигателя с температурой Кюри.
дает и объяснение того, как это работает, и демонстрирует это в действии.

Другие темы

5G50.10 — Точка Кюри постоянных магнитов

Кодовое число:

5G50.10

Название демо:

Точка Кюри постоянных магнитов

Условие:

Хороший

Принцип:

Потеря магнитных свойств

Область исследования:

Электричество и магнетизм

Отказ от ответственности

Оборудование:

Металлический монель, никелевые монеты, наконечник на гибком стержне, горелка Бунзена и пропановая горелка.

Процедура:

Расположите магнит и гибкий стержень так, чтобы магнит едва удерживал стержень. Нагрейте соединение магнита и стержня горелкой Бунзена и наблюдайте потерю магнитного притяжения из-за нагревания (точка Кюри).

Повесьте монель или никелевые монеты на магнит. Нет необходимости нагревать соединение. Просто слегка нагрейте монель, и он отвалится от магнита. Монеты также можно нагревать напрямую, но для достижения точки Кюри потребуется более высокая температура.

Использованная литература:

• Крис Чиаверина и Джордж Лисенски, «Никель-двигатель точки Кюри», TPT, Vol. 52, № 4, апрель 2014 г., с. 250.
• С. Веласко и Ф. Л. Роман, «Определение температуры Кюри железа и никеля», TPT, Vol. 45, № 6, сентябрь 2007 г., с. 387.
• Чеслав Кизовски, Сильвия Будзик и Юзеф Цебульский, «Определение температуры Кюри для ферромагнитных материалов», TPT, Vol. 45, № 1, январь 2007 г., с. 31.
• Давод Э. Уилсон, «Снова точка Кюри», TPT, Vol. 27, №5, 19 мая89, с. 374.
• Джордж Барнс, «Вращающийся тепловой двигатель с точкой Кюри», TPT, Vol. 24, № 4, апрель 1986 г., с. 204.
• Ф. А. Леви, Э. Билансия, «Эксперимент с точкой Кюри», TPT, Vol. 24, № 4, апрель 1986 г., с. 201.
• Джордж Барнс, «Демонстрация точки Кюри в никеле», TPT, Vol. 24, № 2, февраль 1986 г., с. 86.
• Яаков Крафтмахер, «Спонтанное намагничивание ферромагнетиков», AJP, Vol. 73, № 12, декабрь 2005 г., с. 1191.
• Джордж Барнс, «Трехмерная поверхность гистерезиса для никеля», AJP, Vol. 56, #1, 19 января88, с. 45.
• Ганс Тофтлунд, «Вращающийся магнитный двигатель с точкой Кюри: простая демонстрация устройства с циклом Карно», AJP, Vol. 55, № 1, январь 1987 г., с. 48.
• Э. В. Смит, «Метод моста переменного тока для измерения точек Кюри», AJP, Vol. 33, № 2, февраль 1965 г., с. 167.
• Э. В. Смит, «Забытый метод измерения точек Кюри», AJP, Vol. 31, № 9, сентябрь 1963 г., с. 731.
• Уильям Т. Остерхейс, «Простой метод измерения точки Кюри», AJP, Vol. 31, № 2, 19 февраля63, с. 132.
• «B-390. Канадские четверти и десятицентовики», Демонстрационная тетрадь DICK и RAE по физике.
• Г. Д. Фрейер и Ф. Дж. Андерсон, «Es-6, 8», Демонстрационный справочник по физике.
• Уоллес А. Хилтон, «E-10a», Демонстрационные эксперименты по физике.
• Д. Пескетти, «Использование «монель-металла» в лабораторных экспериментах и ​​демонстрациях лекций о ферромагнитной точке Кюри», AJP, Apparatus Notes, июль 1965 г. — декабрь 1972 г., с. 91.
• Яаков Крафтмахер, «7.15, точка Кюри», Эксперименты и демонстрации в физике, ISBN 981-256-602-3, с. 483.
• Яаков Крафтмахер, «5.6, точка Кюри», Эксперименты и демонстрации в физике, ISBN 981-256-602-3 , с. 331.
• Яаков Крафтмахер, «3.3, скин-эффект», эксперименты и демонстрации в физике, ISBN 981-256-602-3 , с. 161.
• Артур Б. Эллис, Маргрет Дж. Гезельбрахт, Брайан Дж. Джонсон, Джордж С. Лисенски, Уильям Р. Робинсон, «Точка Кюри никеля», Преподавание общей химии — материаловедение, с. 34.
• «Точка Кюри», Научный справочник, 34. 1–34.2.
• Рон Хипшман, «Точка Кюри», Exploratorium Cookbook III, 181.1–181.4.
• «МОНЕЛЬ Сплав 400», www.specialmetals.com.

• Рудольф Ф. Граф, «Тепло разрушает магнетизм», Безопасные и простые электрические эксперименты, с. 54.

Глава 1: Магнетизм: создание магнитного теплового двигателя

Глава 1: Магнетизм: создание магнитного теплового двигателя PDF

^{Отказ от ответственности: Эти демонстрации предназначены только для иллюстративного использования лицами, связанными с Университетом Айовы, и только под руководством опытного инструктора или физика. Университет Айовы не несет ответственности за демонстрации, проводимые теми, кто использует свое собственное оборудование или кто решил использовать этот справочный материал в своих целях. Включенные здесь демонстрации являются общественным достоянием и могут быть найдены в материалах, хранящихся в библиотеках, книжных магазинах и в электронных источниках.}