居里点单摆：一点火就停不下来 | 正经玩
2018/8/11 13:01:04 中科院物理所
正经玩每周六上午会推送一个好玩的科学实验，可以由家长大朋友带着小朋友在家里动手操作。希望正经玩陪您度过每一个温馨的亲子周末，让小朋友的童年充满知识、爱和陪伴。
引子与先睹为快
铁磁性是一种神奇的性质
对于一个偌大的元素周期表来说
拥有铁磁性的常见元素
不过铁Fe、钴Co、镍Ni三种
可是，它的存在最不容被忽视
地磁场、电磁感应等均是生活中的重要应用
指南针更是自古以来我国人民
利用磁性制成的重要发明
而在物理学中，磁性也是非常难以研究的性质
由于磁性与电子的自旋、原子的磁矩等关系颇深
还有顺磁性、抗磁性、反铁磁性等其他重要性质
在磁性器件的制造中也有广泛应用
于是乎，我们
中科院物理所
专门针对磁性物理的研究
设立了“磁学国家重点实验室”
其实，这期我们要展示的实验
就是“磁性”的神奇
请看
实验过程
实验器材：铁架台，粗镍丝(可从某宝购买)，细铜丝，蜡烛，打火器，磁铁，锯，钳子，所标杯
这个实验的最核心材料
也是最难寻找到的材料
就是“镍丝”
所以首先，我们要对镍进行处理
从粗镍丝那里剪一个口
并沿着剪口锯下一小段镍
就像这样
我们还可以架在所标杯上锯
(看到瑟瑟发抖的所标杯了吗
)
总之，在使用锯的时候注意安全
要按照规范的操作进行
在获得了那一小段镍之后
我们用钳子把它弯成一个小圈
现在，我们检测一下镍的磁性
尝试用磁铁吸引刚才做好的镍环
显然，镍环被磁铁吸引了起来
这个过程中
我们还可以发现
磁铁对镍的吸引力比铁要小
下面，我们把细铜线剪下一段
并绑在镍环上，如下图所示
铜线的另一端用于绑在铁架台上
铜线的长度应适应铁架台
固定镍环的高度应根据蜡烛的高度调整
镍环固定完成后
在铁架台的另一端放上磁铁
并在镍环下面放上蜡烛备用
在磁铁的引力作用下
镍环铜线撑在铁架台上保持平衡
实验的主体结构长这样：
下面，是最关键的一步——
点燃蜡烛!
然后……
嗯，没有然后了
等着吧
1s
2s
3s
30s
……
1min
2min
咦好像哪里不一样：
大概等了两三分钟后
镍环竟然落下来了!
除了蜡烛点燃外没有任何操作
镍环竟然自己主动地
落下来了!
下来了!
来了!
了!
之后，小编把火撤掉
并重现把镍环放在磁铁附近
它又会重新被磁铁吸引起来!
稳定地吸引起来!
下面我们重做一下实验
重温一下这个完整的过程
原理解说
居里点(Curie point)又作
居里温度点(Tc)或磁性转变点
是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度
是铁磁性或亚铁磁性物质
转变成顺磁性物质的临界点
磁铁对拥有铁磁性的物质具有强烈吸引力
而对顺磁性物质的引力则肉眼不可见
上述实验中
“镍”的居里点为627K(约354℃)
低于蜡烛火焰外焰的温度(约600℃)
因此点燃蜡烛之前
这个体系可以由于磁吸引力的存在平衡
镍环不会下落
但一旦对镍环进行加热
镍环的温度升高至高于其居里点
镍环就会失去磁性
引力随之消失，镍环下落
下落后的镍环脱离火焰，温度降低
磁性可以重新恢复
因此把它重新扶起来后，体系依旧可以平衡
描述这个过程更准确的公式为
体系温度T超过居里温度Tc时
磁化率会随温度的升高而下降
这就是居里-外斯定律
以两位伟大的法国物理学家冠名
如果我们控制更加精确
还阔以做成“永动机”的样子
镍环在“加热失去磁性”和“降温重现磁性”之间来回摇摆
做成了“居里点单摆”
(永动你妹!没看见蜡烛在那烧么
)
另一种更常见的材料铁则没有那么幸运
显然它的磁性更强
但它的居里温度高达1043K
看来，除非你有个酒精喷灯
不然就不用尝试用铁做居里点单摆了
上期回顾
NO.114 黑枸杞水变色
01-廖鑫的实验分享如下：
02-夏目漱石的实验分享如下：
03-江山如此多娇的实验分享如下：
04-Hugo的实验分享如下：
05-我的世界666的实验分享如下：
06-岛的实验分享如下：
投票时间于8月14日00:00(即星期二12点整)截止
另外由于小编失误，上期夏目漱石的实验没有展示，这里补充展示一下
NO.113 两束水流
夏目漱石的实验分享如下：
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