铁磁物质居里温度演示装置的制作方法

本实用新型涉及一种电磁学实验演示装置，特别涉及一种能够验证铁磁物质居里温度的课堂实验演示装置。

背景技术：

铁磁物质的磁特性随温度的变化而改变，当温度上升至某一阈值时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，也就是失去了铁磁物质的特性而变为顺磁物质，这个温度阈值称为该铁磁物质的居里温度。居里温度表征磁性材料的基本特性，与材料的化学成分和晶体结构有关。验证居里温度的存在及其值得测定，传统方法是交流电桥法，通过交流电桥法测定铁磁物质自发磁化消失时的温度，但是该方法中要用到正弦信号发生器、交流电压表、示波器和居里温度测试仪或者搭建电桥电路及加热装置。该方法对居里温度的测量较为精确，但是存在如下两点不足：首先，实验所需设备较多，需要按要求连接，根据步骤进行实验，记录输入输出波形。其次，由于上述要求，实验适合在实验室条件下进行，基本不具备随课堂授课进行演示的条件。

技术实现要素：

为了克服上述铁磁物质居里温度验证装置的不足，提供一种简易的铁磁物质居里温度演示装置，该装置简单、便携，操作简单，适于在物理课堂上向学生进行居里温度验证演示。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的铁磁物质居里温度演示装置，包括底板、矩形支架、pt100温度测量仪、悬挂钢丝、铁磁材料金属球、隔热板、条形永磁铁和双管卡式喷火枪。

所述的铁磁材料金属球包括分别由铁、钴和镍三种金属材料制成的3颗小球，实现对3种最常见的铁磁物质居里温度现象的演示。

所述的铁磁物质居里温度演示装置的矩形支架由不锈钢制作而成，底部两侧固定于所述的底板上面，起到固定pt100温度测量仪、悬挂钢丝、隔热板及条形永磁铁的作用。

所述pt100温度测量仪采用铂电极测温，pt电极延长线顶端深入金属球内部，顶端部分采用瓷管实现绝缘和耐高温。

所述的铁磁材料金属球共包含3个形状和外观相同的小球，其材质分别为铁、钴、镍，小球直径为2cm，顶端带有金属环和深入小球内部的孔洞，其中金属环便于悬挂钢丝钩挂，孔洞用于铂电极深入内部测量小球温度。

所述双管卡式喷火枪有两个喷嘴，电子打火，可以根据操作分别控制，火焰类型为硬火，能够高效的将小金属球加热到其居里温度值。所述双管卡式喷火枪在所述底板中间的放置位置有标注。

所述的隔热板采用隔热玻璃板，由焊接在矩形支架的框固定，双管卡式喷火枪靠近所述隔热板一侧的喷嘴与所述隔热板间隔1cm。

本实用新型的有益效果是：避免实验室条件下居里温度的验证与测定的复杂过程，克服了传统电桥式测量居里温度装置不适于进行课堂或非实验室条件下演示的困难。本装置不需要外接电源，可以在任何场合进行简单直观的验证居里温度的存在并大概测定其数值。所述装置组成简单，制作简便，演示过程操作简单、结果直观。本装置的使用,一方面可以对高中物理或者大学物理电磁学中铁磁材料的课堂学习可以起到积极促进作用，另一方面可以进一步增加相关内容的趣味性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型具体实施方式的结构示意图。

图中1.底板，2.矩形支架，3.条形磁铁固定框，4.条形永磁铁，5.隔热玻璃板，6.双管卡式喷火枪，7.悬挂钢丝，8.铁磁材料金属球，9.铂热电阻，10.热电阻延长线，11.pt100温度测量仪，12.铁质金属球，13.钴质金属球，14.镍质金属球。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括底板1、矩形支架2、pt100温度测量仪11、悬挂钢丝10、铁磁材料金属球8、隔热板5、条形永磁铁4和双管卡式喷火枪6。底板1可由0.5-1.0cm厚的环氧树脂板或钢木板等防火、隔热，具有良好刚度和韧性的板材制作。由不锈钢制作而成的矩形支架，两端通过螺丝钉固定于上述底板1上面，其上如图1所示固定相关框架用于固定pt100温度测量仪11、悬挂钢丝7、隔热玻璃板5、和条形永磁铁4。具体位置安排如下：pt100温度测量仪11固定于矩形支架2的最左上角，其中铂热电阻延长线10向上穿过支架预留小孔向下，将铂热电阻9放置于被测铁磁材料金属球8孔洞内。悬挂钢丝7上端固定位置恰好位于双管卡式喷火枪6左侧喷管正上方，当铁磁材料金属球8悬于钢丝7自然下垂时，保证小球恰好位于双管卡式喷火枪6左侧喷管正上方火焰处。与矩形支架2相连接的隔热板框架将隔热玻璃板5固定于双管卡式喷火枪6右侧喷管右面的1cm处，使得当铁磁材料金属球8受到条形永磁铁4吸引时，由于所述隔热玻璃板5的阻挡，恰好位于双管卡式喷火枪6右侧喷管正上方火焰处。与矩形支架2连接的条形永磁铁4固定框架，要将永磁铁4固定于隔热玻璃板5右侧，为保证足够的磁力，永磁铁4左侧居里隔热玻璃板小于1cm，并且保证铁磁材料金属球8和条形永磁铁4中心轴都在由矩形支架2形成的平面内。

铁磁材料金属球8包括分别由铁、钴和镍三种金属材料制成的3颗小球，实现对3种最常见的铁磁物质居里温度现象的演示。

具体演示过程，首先按图1所示将各组成部分安装完毕，取铁质金属球12挂于悬挂钢丝上面，将铂热电阻9置于球上孔洞的最深处，此时由于受到条形永磁铁4吸引的作用，小球向左直至贴于隔热玻璃板5左侧，并恰好位于双管卡式喷火枪6右侧喷嘴上方1-2cm处。此时，打开双管卡式喷火枪6右侧喷嘴的火焰对小球8进行加热，pt100温度测量仪11的温度随时间升高，大约加热到770℃左右，小球8温度达到铁的居里温度，金属铁变为顺磁材料，受到条形永磁的引力变小，在重力的作用下，小球8回到自然下摆位置，即双管卡式喷火枪6左侧喷嘴上方1-2cm处。此时左侧喷嘴火焰并未打开，小球8在此停留片刻，温度逐渐降低至低于居里温度，金属铁再次变为强磁材料，受到条形永磁铁4吸引再次贴近到玻璃隔热板5左侧，然后由于双管卡式喷火枪6右侧喷嘴加热，温度上升至超过居里温度，小球再次回到自然下摆位置，如此周而复始。上述过程如果当小球8位于自然下摆位置即双管卡式喷火枪6左侧喷嘴上方，此时打开左侧喷嘴火焰，能够保证小球温度持续高于金属铁的居里温度，此时小球将保持顺磁特性，不再受到条形永磁铁4的磁力的吸引。最后关闭双管卡式喷火枪左右侧两个喷嘴，随着温度的下降，当温度低于居里温度时大约770℃时，小球逐渐受到条形磁铁的吸引，又回到贴近隔热玻璃板左侧位置，并且稳定地位于该位置。

将小球换为钴质小球13和镍质小球14，具体操作过程和上面过程相同，不同的是金属钴的居里温度为358℃左右，而金属镍的居里温度为1040℃左右。

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