Термомагнитный двигатель
Используя свойства так называемого Температуры Кюри, а также разделение веществ за счет магнитных свойств позволяют создать простейший термомагнитный двигатель.
температура Кюри
1. Питер Кюри
Жил в 1859-1906 годах. Он был выдающимся
физик. Вместе со своим братом Жаком он открыл феномен
пьезоэлектричество, вместе изучал кристаллические вещества
с Марией он получил Нобелевскую премию по физике в год
1903 г. Он также изучал влияние температуры на свойства
магнитные материалы. Обнаружил явление распада
ферромагнитные свойства при определенной температуре.
Это вещество специфично и было названо
Температура Кюри (точка).
Имя в шапке всем нам знакомо. В данном случае, однако, речь идет не о Марии, а о ее муже Пьере Кюри (1). Существование температуры Кюри позволяет построить простой термомагнитный двигатель. Чтобы понять принцип его работы, надо помнить, что по магнитным свойствам вещества можно разделить на:
- ферромагнитные материалы – притягиваются магнитом, их магнитная проницаемость намного больше единицы (μ >> 1);
- парамагнетики — слабо притягиваются магнитом, магнитная проницаемость чуть выше единицы (μ > 1);
- диамагнетики — плохо отталкиваются от магнита, магнитная проницаемость меньше единицы (μ<1).
Ферромагнетики выше температуры Кюри теряют свои свойства и становятся парамагнетиками.
Исполнение двигателя
Нам нужно:
- медная или стальная проволока диаметром 0,4-1 мм,
- постоянный магнит,
- небольшой кусочек феррита (это может быть кусочек ферритового магнита),
- свечи или спиртовка в качестве источника тепла.
Из куска проволоки сгибаем маятник, на конец которого надеваем кусочек феррита. Их следует подвесить так, чтобы они могли свободно двигаться. Затем аккуратно поднесите постоянный магнит к ферриту — в какой-то момент он должен притянуть подвешенный фрагмент. Это приведет к тому, что он выйдет из равновесия. Горящую свечу следует поместить под маятник таким образом, чтобы ее пламя нагревало притягиваемый к магниту кусок ферромагнитного материала. Подготовленная экспериментальная установка представлена на схеме, приведенной на рис. иллюстрация 2.
Первоначально к магниту притягивается кусок феррита, что заставляет качаться весь маятник. Через некоторое время необходимо изменить частоту колебаний маятника в широких пределах.
Видение
2. Схема тепломагнитного двигателя
Давайте подумаем, как объяснить такое поведение маятника? Феррит является ферромагнитным по своей природе и притягивается магнитом. В то же время этот материал имеет довольно низкую температуру Кюри: примерно от 200 до 300 °С. При нагревании к нему через некоторое время он становится парамагнитным и сила, с которой его притягивает магнит, уменьшается, и маятник возвращается в вертикальное положение. Однако в положении равновесия он не нагревается пламенем свечи и его температура начинает падать. Ниже температуры Кюри феррит снова начинает проявлять ферромагнитные свойства — маятник снова качается, и цикл замыкается.
Но почему ферромагнетизм исчезает при определенной температуре? При температурах ниже температуры Кюри магнитные диполи атомов или молекул выстраиваются химическими связями в одном направлении, образуя ферромагнитные домены. При температурах выше температуры Кюри тепловые колебания кристаллической решетки разрушают установки магнитных диполей, и диполи колеблются.
За счет притока тепловой энергии в систему и изменения магнитных свойств феррита мы получаем периодические колебания маятника. Таким образом, это настоящий двигатель, который преобразует тепловую энергию в работу с помощью магнитной силы.
Желаю приятного и познавательного веселья 🙂
