打字猴:1.70107599e+09
1701075990
1701075991 图5.6下则展示了另外一种磁铁,比如条形磁铁,以及图5.5中的马蹄形磁铁,这种磁铁的磁极是沿着磁铁的长边方向的。当它断裂之后,形成的两块磁铁正好是南北极相对,所以它们之间是吸引力。这样才出现了图5.5中的情况,即马蹄形磁铁断裂以后还能拼在一起形成一个完美的整体。
1701075992
1701075993
1701075994
1701075995
1701075996 图5.6 断裂磁铁之谜
1701075997
1701075998
1701075999
1701076000
1701076001 图5.7 证明两块断裂磁铁之间是排斥力
1701076002
1701076003 接下来我们来看前面提到的铝和铜与磁铁的相互作用。由于这个作用非常微弱,我们需要一个灵敏的高科技装置才能测量到,见图5.8,这便是一个扭称(用扭称来做这些实验的原始想法来自于《无线电》杂志2012年第592期的一篇文章《抗磁悬浮》,主要作者是王超)。扭称可不简单,历史上库伦曾用它测量过电荷之间的相互作用力,牛顿曾用它测量过质量之间的万有引力,可谓彪炳史册的一个实验装置。图5.8中白色的圆杆是一根吸管,左边是配重(我用的是一小块胡萝卜),右边是缠绕的铜丝。通过调节胡萝卜的位置可以使得扭称平衡。
1701076004
1701076005
1701076006
1701076007
1701076008 图5.8 磁力扭称
1701076009
1701076010 由于所测量的作用力非常微弱,我们需要用尽量强的磁铁来做这个实验。目前最强的磁铁是一种人工合成的被称作“钕铁硼磁铁”或者“稀土磁铁”的东西(因为钕,英文名Neodymium,是一种稀土金属元素),它比一般的黑色磁铁的磁性要强数百倍,大家可以从网上买到。要注意不要把它靠近磁卡、电脑等带有磁性的物件,否则可能会造成磁卡无效,硬盘损毁等后果。另外要谨防被两块强磁铁夹伤。
1701076011
1701076012 图5.9展示了两块钕铁硼强磁铁(银白色物,黑色方块是普通磁铁)慢慢靠近铜导线的情景(照片是从上向下拍摄的,磁铁与扭称处于同一个水平面),可以很明显地看到铜导线被推开了。要注意,磁铁要慢慢地靠近,因为如果太快了,会在铜导线中产生感生电流,根据楞次定律,这个感生电流产生的磁场也是抵抗外加磁场的。所以这个效应就会与我们想要观测的逆磁性相混淆了。
1701076013
1701076014
1701076015
1701076016
1701076017 图5.9 铜被强磁铁推动
1701076018
1701076019 把铜丝换成家里用来包裹食物的铝箔(如果读者不容易找到铝箔的话,从五金店买一点点铝丝缠绕起来也是可以的),调整平衡以后,我们就可以测量铝与外加磁铁的作用了,见图5.10,铝箔被磁铁明显地吸引过去。当然还是要注意磁铁移动要缓慢,避免楞次定律的干扰。
1701076020
1701076021
1701076022
1701076023
1701076024 图5.10 铝箔被强磁铁吸引
1701076025
1701076026 现在应该相信我开始所言不假了吧?看到扭称另一端的胡萝卜,你有没有在想,反正闲着也是闲着,要不要看一看胡萝卜有没有磁性呢?举手之劳,请见图5.11,哈哈!原来隐藏得最深的胡萝卜也是具有磁性的!而且看它与磁铁之间的缝隙,似乎它比铜丝的逆磁性还要强呢!
1701076027
1701076028
1701076029
1701076030
1701076031 图5.11 胡萝卜也具有磁性
1701076032
1701076033 估计你到这时候应该相信,身边的东西大概都是有磁性的,不仅仅只有铁有这个性质。只不过它们的磁性有强有弱。除了铁磁性容易被人关注以外,其他看似没有磁性的东西实际上也是具有微弱的抗磁性或者顺磁性的。
1701076034
1701076035 让我们回头再来看看大家公认的磁性物质,金属铁,在19世纪末,法国著名的物理学家居里先生(居里夫人的老公)在实验中发现,铁的磁性随温度的升高而降低。我们知道,一块普通的金属铁,如果和别的磁铁在一起呆久了也会变成一块磁铁。而且更有趣的是,当铁的温度上升到770℃以上时,它的磁性就完全消失了,这个温度被称作“居里温度”。我们可以形象地理解这一现象,首先带有磁性的铁里面的电子自旋基本上都是朝向同一个方向的,如图5.1所示,随着温度的升高,电子运动速度和金属中离子的振动幅度都会加大。这些更加活跃的电子和离子之间相互碰撞着就导致一些电子的自旋偏离了原来的方向,所以磁性减弱。而当温度高到一定程度的时候,金属中的电子和离子运动得如此剧烈,它们的自旋就完全乱了方向,这个温度就是居里温度。不同材料的居里温度有着很大的差别,而且与它们一开始的磁性强弱并没有直接的联系。比如一般的黑色磁铁(主要成分是四氧化三铁),其居里温度是800℃左右,而磁性非常强的钕铁硼磁铁,其居里温度只有两百多摄氏度,只要稍微在火焰上烤一下就变得没有磁性了。
1701076036
1701076037 根据物质的这个特性,人们设计了一种巧妙有趣的“居里引擎”,或称“居里单摆”,见图5.12。图5.12中,被火焰烧红的部分是一根钉书针,它通过一根铜导线悬挂起来形成一个单摆。钉书针被图5.12右边黑色的磁铁所吸引,所以停留在图5.12中的位置。但是随着火焰的加热,钉书针的温度越来越高,最终超过了770℃,这时钉书针变得没有磁性了(更准确地说是变成了顺磁体,而我们前面看到过顺磁体与磁铁的相互作用是非常微弱的),在重力的作用下,单摆离开磁铁。一旦它离开火焰的加热,其温度很快就降下来了,它又恢复了铁磁性,从而又被黑色磁铁吸引回来,完成了一个运动周期。
1701076038
1701076039
[ 上一页 ]  [ :1.70107599e+09 ]  [ 下一页 ]