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青少年科技創(chuàng )新小論文
創(chuàng )新是人類(lèi)特有的認識能力和實(shí)踐能力，是人類(lèi)主觀(guān)能動(dòng)性的高級表現，是推動(dòng)民族進(jìn)步和社會(huì )發(fā)展的不竭動(dòng)力，下面是我為大家帶來(lái)的青少年科技創(chuàng )新小論文，希望對大家有所幫助。
【目的】
為了發(fā)現磁鐵磁性受高溫與強磁場(chǎng)環(huán)境的影響，并且為了找到我們在學(xué)習中常見(jiàn)的V形磁鐵的居里溫度，我們進(jìn)行了實(shí)驗。
【思路】
為發(fā)現磁鐵磁力減弱或消失的變化情況，我們準備采用模擬這兩種環(huán)境的方法。強磁場(chǎng)的環(huán)境采用直流電磁鐵來(lái)模擬；高溫環(huán)境采用高溫電爐進(jìn)行模擬。
【工具材料】
永磁鐵：兩塊，分別為U形和條形。
高斯計：LakeShore制造的410型，最小分辨率為0.1GS，量程為2000GS。
電源：直流穩流電源，最大輸出電流為400A，最大輸出電壓為50V。
兩極直流電磁鐵。
天津電爐廠(chǎng)制造的RJX25—13型箱式高溫電爐，最高加熱溫度為1350℃。
【制作過(guò)程】
用高斯計測量一塊V形磁鐵和一塊長(cháng)條形磁鐵，分別放入強磁場(chǎng)及高溫環(huán)境中，不斷改變輸入電磁鐵的電流和電爐溫度，同時(shí)記錄數據最后進(jìn)行分析。
【科學(xué)性】
本次實(shí)驗得到了準確的數據，并進(jìn)而得到一些簡(jiǎn)單的物理結論。
【先進(jìn)性】
本次實(shí)驗完全由學(xué)生設計，親自動(dòng)手操作，不拘泥于資料中的數據，通過(guò)自己設計的實(shí)驗方法，找到了問(wèn)題的答案。
【創(chuàng )新點(diǎn)】
根據設計實(shí)驗思路，提出具體的操作方法，并親手操作，得到了最后的結論。
在日常生活中原本磁力很強的磁鐵由于在強磁場(chǎng)的環(huán)境下磁力的方向以及大小會(huì )發(fā)生變化，例如小磁鐵在兩塊大磁鐵的干擾下磁力會(huì )有所減弱；磁鐵放在爐子旁，在高溫情況下，磁力也會(huì )有所減弱；鐵釘吸附在磁鐵上，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì )有磁性，我們查閱了許多資料，知道每一塊磁鐵都有不同的居里溫度(Curie Temperature)，即磁鐵在該溫度下會(huì )失去磁性，而我們在學(xué)習中常見(jiàn)到的磁鐵的居里溫度是多少呢?帶著(zhù)生活、學(xué)習中許許多多有關(guān)磁鐵磁力減弱、消失、產(chǎn)生的種種疑問(wèn)，我們進(jìn)行了具體的實(shí)驗，得到了準確、定量的物理結論。
經(jīng)過(guò)認真的分析以及查找資料我們發(fā)現，使磁鐵的磁力減弱或消失的條件有：高溫環(huán)境、強磁場(chǎng)環(huán)境以及強烈震動(dòng)等。我們著(zhù)重對高溫以及強磁場(chǎng)兩種環(huán)境下磁鐵磁力減弱或消失的情況進(jìn)行了實(shí)驗；實(shí)驗的目的是發(fā)現磁鐵在高溫環(huán)境下磁力的變化情況，并盡可能地發(fā)現其中的一些規律，預計在最后數據構成的曲線(xiàn)圖像中可以發(fā)現一些大致的趨勢和簡(jiǎn)單的規律。
我們用高斯計對磁鐵進(jìn)行磁場(chǎng)值的測量。為了使數據更加準確，我們采用了一個(gè)磁極多點(diǎn)測量的辦法，即以一個(gè)磁極的中點(diǎn)為主要測量點(diǎn)，把磁鐵四角的四個(gè)點(diǎn)作為輔助測量點(diǎn)，因為在永磁鐵中，磁感線(xiàn)的分布在磁鐵的四角有重疊部分，所以不很準確，而中心能夠準確地反映磁極的磁場(chǎng)值，所以在數據中我們以磁極中心的磁場(chǎng)值為最主要的數據，具體點(diǎn)的命名是：N極的四角分別為A、B、C、D；S極的四角分別為E、F、G、H；N極的中點(diǎn)為P，S極的中點(diǎn)為Q。
1．強磁場(chǎng)環(huán)境下的實(shí)驗
我們在實(shí)驗室中先用高斯計測量了條形型鐵N、S兩極的磁場(chǎng)值，接著(zhù)我們將其放入了直流電磁場(chǎng)中，這時(shí)將經(jīng)穩流電源整流、濾波后的直流電通給直流電磁場(chǎng)一定安培的電流，用高斯表測量強磁場(chǎng)內的磁場(chǎng)值，之后關(guān)閉穩流電源，拿出條形磁鐵，再次用高斯表測量其N(xiāo)極、S極的磁場(chǎng)值的大小，進(jìn)行對比之后，重復以上步驟，只是逐步增大其輸入電流，記錄不同的數值之后畫(huà)出曲線(xiàn)圖，通過(guò)曲線(xiàn)對數據進(jìn)行分析。
2．高溫環(huán)境下的實(shí)驗
我們?yōu)榱税l(fā)現溫度對于磁鐵磁力的影響，我們采用高溫電爐對磁鐵進(jìn)行加熱，用高斯計對磁鐵的磁場(chǎng)值進(jìn)行測量，以溫度每升高20℃為界限對磁鐵進(jìn)行測量，因為條件不允許，而且通過(guò)查資料我們看到磁鐵在高溫時(shí)與降溫后的磁場(chǎng)值變化不大，所以我們測量磁鐵時(shí)都是在磁鐵從電爐中拿出用水冷卻后才進(jìn)行測量的。
3．對U形磁鐵重新充磁的實(shí)驗
在實(shí)驗的最后，我們準備對已經(jīng)完全失去磁性的磁鐵放入直流電磁鐵中進(jìn)行充磁，即將其按照一定的方向放入(即將其側放，目的是盡可能使直流電磁鐵的磁感線(xiàn)符合U形磁鐵原始的磁感線(xiàn)分布，真正達到充磁的目的)，然后再給電磁鐵通上400A的電流，五秒鐘后將電磁鐵斷電，拿出磁鐵，經(jīng)過(guò)高斯計測量后，測得S為-92．8GS，N為77．6GS，雖然它的磁場(chǎng)值沒(méi)有實(shí)驗前大，但現在仍可以吸起小塊金屬。
這次實(shí)驗最終測量出來(lái)數據基本符合我們的預料，在強磁場(chǎng)環(huán)境下的數據所呈現的曲線(xiàn)較為不規律。對照曲線(xiàn)圖可以看到對電磁鐵所加電流小于20A時(shí)，磁鐵正負磁場(chǎng)的磁場(chǎng)值變化不大，磁極也沒(méi)有發(fā)生任何偏轉，當輸入電流大于20A時(shí)，磁鐵的磁極以及磁場(chǎng)值發(fā)生了許多變化，N極的五個(gè)測量點(diǎn)大幅度減小，平均都在六分之一到七分之一左右，而S極也發(fā)生了許多變化，輸入電流由1 8A變?yōu)?1A時(shí)，S極的Q點(diǎn)由-319GS變?yōu)?2GS。另外，不但數值發(fā)生了很大的變化，極性也發(fā)生了偏轉。在我們測量的五個(gè)點(diǎn)中有三個(gè)發(fā)生了偏轉，之所以?xún)蓸O的磁場(chǎng)值發(fā)生巨大的變化，是因為輸入直流電磁場(chǎng)的電流是21A時(shí)，電磁鐵中的磁場(chǎng)值明顯超過(guò)了磁鐵兩極的磁場(chǎng)值，所以會(huì )對磁鐵產(chǎn)生很大的影響。在后來(lái)的幾次測量中，磁極的磁場(chǎng)值變化都不是很大，直至將輸入電流增加到40A時(shí)，N極的幾個(gè)輔助測量點(diǎn)都發(fā)生了偏轉，主測量點(diǎn)的值也已經(jīng)變得很小，而S極的磁場(chǎng)值也已經(jīng)完全成為正值，這說(shuō)明磁鐵的兩極在此時(shí)已經(jīng)完全發(fā)生了變化。緊接著(zhù)我們就將輸入電流增大至200A，這時(shí)電磁鐵內的磁場(chǎng)值是輸入電流為40A時(shí)的10倍，這時(shí)的磁鐵的磁極已經(jīng)與外面的涂漆標志相反了，這塊磁鐵的涂漆為S一端已經(jīng)可以和一塊正常的磁鐵涂漆為S的那一端相吸引了。在高溫環(huán)境下的實(shí)驗數據中，我們可以明顯看到N、S極的P、Q點(diǎn)的磁場(chǎng)值都是隨著(zhù)溫度的上升而下降的，當溫度在220℃～300℃之間時(shí)磁場(chǎng)值下降最快，當爐內溫度到達300℃左右時(shí)，磁鐵被加熱至紅熱狀態(tài)，溫度達到340℃時(shí)，磁鐵兩極的磁場(chǎng)值都降至很小，溫度到360℃時(shí)，兩極磁場(chǎng)值均變?yōu)?。
磁鐵在高溫以及強磁場(chǎng)環(huán)境下磁力會(huì )發(fā)生變化：磁鐵在高溫環(huán)境下磁力會(huì )減弱直至消失；磁鐵的磁場(chǎng)方向在強磁場(chǎng)環(huán)境下會(huì )發(fā)生變化，甚至發(fā)生磁極的偏轉；沒(méi)有磁性的金屬在強磁場(chǎng)環(huán)境下會(huì )具有一定的磁力。
一切物質(zhì)都是由它的分子組成的，分子又由原子組成，原子由原子核和核外電子組成，電子在不停地自轉和繞原子核旋轉，電子的這兩種運動(dòng)都會(huì )產(chǎn)生磁性。但由于其運動(dòng)的方向各自不同，普通的金屬內部各個(gè)分子電流的取向是雜亂無(wú)章的，它們的磁場(chǎng)互相抵消，對外界不顯磁性。在外界強磁場(chǎng)的作用下，有些物質(zhì)內部原本的、各自運動(dòng)的電子，全部排列整齊，而此時(shí)，電子旋轉產(chǎn)生的磁效應與外界磁場(chǎng)方向一致，物質(zhì)便呈現出磁性。磁鐵之所以能吸住鐵釘，是因為具有磁性的磁鐵靠近鐵釘時(shí)，鐵釘內的原子被磁鐵磁化。同理，若是讓正常的磁鐵處在強磁場(chǎng)環(huán)境下，磁鐵內部的電子旋轉的磁效應與外界磁場(chǎng)方向不同，所以磁鐵內部的一部分電子旋轉的取向會(huì )受到外界強磁場(chǎng)的干擾而發(fā)生變化，這時(shí)磁鐵內部的電子旋轉的取向會(huì )有所不同，會(huì )有一部分分子電流互相抵消，使磁鐵內部的磁場(chǎng)方向發(fā)生很大的變化，甚至發(fā)生磁極偏轉。而磁鐵在高溫環(huán)境下磁力消失是因為磁鐵內的分子在高溫環(huán)境下熱運動(dòng)會(huì )加快，改變了電子運動(dòng)方向的規律性，會(huì )使分子電流互相抵消，從而使磁鐵的磁力減弱直至消失。對磁鐵進(jìn)行重新充磁，使原子的電子排列重新具有規律性，而使失去磁性的磁鐵重新具有磁力。
通過(guò)這次實(shí)驗我們對于磁鐵退磁得到了更加深刻的理解，而利用磁鐵的居里溫度以及磁極偏轉這些性質(zhì)，可以為我們更好地服務(wù)，例如，電飯鍋底部的控溫裝置就是利用了磁鐵居里溫度這一特性，該裝置用的就是一塊居里溫度是105℃并且在降溫后磁性還會(huì )恢復的磁鐵，當鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100℃上升。當溫度到達大約105℃時(shí)，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對它失去了吸力，這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會(huì )把它們分開(kāi)，同時(shí)將電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，停止加熱，如果在不方便測溫度的情況下，可以放入一塊磁鐵性質(zhì)已知的磁鐵，最后通過(guò)分析磁鐵的磁場(chǎng)值的變化來(lái)估算溫度最高達到了多少。利用這些性質(zhì)在安全開(kāi)關(guān)、放火滅火方面有很大作用，當然這些都是一些設想，若要真正實(shí)現還需要我們的進(jìn)一步努力。
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