科學玩具——磁性熱機（文摘）

窗體頂端

建造一個磁性熱機

我最初是用鎳幣做這個玩具的。鎳幣是用純鎳製成的，不像美國的鎳幣，因為美國的鎳幣含有大量的銅，所以沒有磁性。你可以用鎳或無線電商店裡的稀土磁鐵製造玩具。稀土磁鐵的效果會好一點，因為它在較低的溫度下會失去磁性，因此玩具可以用蠟燭代替酒精燒嘴作為熱源。可以找到一些特別漂亮的小稀土磁鐵

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這個熱機很簡單。我們把一小塊磁性材料懸掛在鐘擺的末端。在擺錘附近放置一塊大磁鐵，使小塊材料粘在大磁鐵上。磁鐵應足夠靠近，使材料永遠不會停留在擺錘擺動的底部，而是跳到磁鐵上。蠟燭放在材料下面，所以火焰只接觸到它。

蠟燭的火焰會加熱磁性材料，直到它失去被磁化的能力。重力會把它從磁鐵上拉離（從而遠離火焰）。一旦遠離火焰，磁性材料會冷卻一點，並重新獲得粘在磁鐵上的能力。磁鐵將把它拉到火焰中，整個過程重複進行。

所有的零件都可以在無線電小屋找到，但是如果你想用鎳幣制造引擎，任何五金店都會有你需要的其他零件。

你需要一些銅線或銅線，一個大的陶瓷磁鐵（收音機商店賣一美元左右的便宜的那種），和一根蠟燭。

我們只想讓鐘擺來回擺動，所以我們用兩根金屬絲來支撐它。剪一英尺長的金屬絲，把金屬絲的中心繞在大磁鐵上。然後把兩端形成小的環，彎曲它們，形成鐘擺的支撐。

如果你用稀土磁鐵來測量鐘擺的重量，在這一點上，把它放在蠟燭火焰中消磁是有幫助的。你可以把它粘在衣架上，把磁鐵放在火焰中直到它脫落。當我們調整擺錘時，這將防止磁鐵跳到大型陶瓷磁鐵上。

用另一英尺長的金屬絲纏繞在鎳或稀土磁鐵上，這將構成擺錘的重量。將鋼絲的兩端形成環，然後滑入擺錘支架的環中。確保擺錘的重量與磁鐵的距離足夠近，使其在擺錘垂直時上升到磁鐵上。擺錘及其支架的導線應足夠長，使重物在消磁時能夠從火焰上落下並垂直懸掛。

將鐘擺固定在大磁鐵上，放置一根短蠟燭（點燃），使火焰剛好接觸重量。你可能需要保護火焰不受氣流的影響，這樣它才能保持穩定。火焰會加熱稀土合金，直到它失去粘在大型陶瓷磁鐵上的能力。然後它會落下，在冷卻時擺動幾下。當它冷卻到可以再次磁化時，它會上升並粘在磁鐵上，在那裡火焰會再次加熱它。

如果砝碼從磁鐵上落下時仍接觸火焰，則稍微調整擺錘的支撐，使砝碼停留得更遠一些。如果重物離得太遠，一旦被磁化，磁鐵就無法將其拉回原位，則應調整支架使其靠近。調整支架時要小心，因為它們可能很熱。同時要小心移動蠟燭，以免被蠟燭的火焰灼傷。當發動機調整得恰到好處時，它會穩定到一個可預測的擺動，通常只需要一次擺動就可以冷卻到足以再次粘在磁鐵上。只要蠟燭燃燒，它就會一直持續。

如果你選擇使用加拿大鎳，你將需要一個比蠟燭更好的熱源。一個小酒精燈或火鍋燒嘴會很好。為了給燈騰出空間，你可能需要把鐘擺支撐線加長。

居里效應熱機的作用

我們是如何建立這個模型的

上面照片中的三個木塊大小和形狀都差不多。大的鐵氧體（陶瓷）磁鐵放在兩個“茶燈”蠟燭上（小杯子裡的小蠟燭）。一支蠟燭被點燃（另一支只是用來支撐磁鐵的另一端）。火焰剛好擦過磁鐵的近端。

發動機的運動部分是一根彎曲的銅線，中間有一顆細小的釹鐵硼磁珠。

如果我們讓釹磁鐵接觸到大磁鐵，那麼它就不會像離得更遠那麼快加熱。所以我們稍微彎曲一下電線，這樣只有銅線接觸到大磁鐵，而小磁鐵可以放在火焰中間。

為什麼會這樣？

熱機工作是因為居里效應。居里效應描述了磁性材料在加熱到一定溫度以上時，如何喪失其粘附磁鐵的能力。這個溫度叫做居里溫度，它隨材料的不同而變化。

鐵的居里溫度約為800攝氏度。廉價陶瓷磁鐵的居里溫度也很高，這就是蠟燭火焰甚至酒精燈都不會影響它們的原因。加拿大鎳的居里溫度較低，約為631攝氏度。這個溫度在酒精燈的範圍內，幾乎可以用蠟燭。無線電棚式稀土磁鐵的居里溫度是310攝氏度，蠟燭很容易達到這個溫度（不僅因為居里溫度較低，而且因為磁鐵比鎳小得多，所以它們加熱得更快，未加熱的表面積也更小）。

我試過打火機燧石，它的居里溫度也在蠟燭的容易範圍內。小尺寸和低居里點的結合使它們在居里點以上停留的時間過長。磁鐵和火焰必須靠在一起才能使發動機工作。當燧石離磁鐵足夠近以克服重力時，它們離火焰足夠近，可以上升到居里點以上。其他的設計也被成功地嘗試過，包括將燧石放在輪子上，並使用烙鐵作為熱源。當火石接觸磁鐵時，可以用放大鏡將太陽聚焦在燧石上，而不必在燧石下落時加熱它。嘗試其他設計。有很多可能性。