青少年科技創新小論文

時間：2023-01-25 15:17:27 論文我要投稿

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青少年科技創新小論文

　　創新是人類特有的認識能力和實踐能力，是人類主觀能動性的高級表現，是推動民族進步和社會發展的不竭動力，下面是我為大家帶來的青少年科技創新小論文，希望對大家有所幫助。

青少年科技創新小論文

　　【目的】

　　為了發現磁鐵磁性受高溫與強磁場環境的影響，并且為了找到我們在學習中常見的V形磁鐵的居里溫度，我們進行了實驗。

　　【思路】

　　為發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境的方法。強磁場的環境采用直流電磁鐵來模擬；高溫環境采用高溫電爐進行模擬。

　　【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。

　　天津電爐廠制造的RJX25—13型箱式高溫電爐，最高加熱溫度為1350℃。

　　【制作過程】

　　用高斯計測量一塊V形磁鐵和一塊長條形磁鐵，分別放入強磁場及高溫環境中，不斷改變輸入電磁鐵的電流和電爐溫度，同時記錄數據最后進行分析。

　　【科學性】

　　本次實驗得到了準確的數據，并進而得到一些簡單的物理結論。

　　【先進性】

　　本次實驗完全由學生設計，親自動手操作，不拘泥于資料中的數據，通過自己設計的實驗方法，找到了問題的答案。

　　【創新點】

　　根據設計實驗思路，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的環境下磁力的方向以及大小會發生變化，例如小磁鐵在兩塊大磁鐵的干擾下磁力會有所減弱；磁鐵放在爐子旁，在高溫情況下，磁力也會有所減弱；鐵釘吸附在磁鐵上，經過一段時間后會有磁性，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失去磁性，而我們在學習中常見到的磁鐵的居里溫度是多少呢?帶著生活、學習中許許多多有關磁鐵磁力減弱、消失、產生的種種疑問，我們進行了具體的實驗，得到了準確、定量的物理結論。

　　經過認真的分析以及查找資料我們發現，使磁鐵的磁力減弱或消失的條件有：高溫環境、強磁場環境以及強烈震動等。我們著重對高溫以及強磁場兩種環境下磁鐵磁力減弱或消失的情況進行了實驗；實驗的目的是發現磁鐵在高溫環境下磁力的變化情況，并盡可能地發現其中的一些規律，預計在最后數據構成的曲線圖像中可以發現一些大致的趨勢和簡單的規律。

　　我們用高斯計對磁鐵進行磁場值的測量。為了使數據更加準確，我們采用了一個磁極多點測量的辦法，即以一個磁極的中點為主要測量點，把磁鐵四角的四個點作為輔助測量點，因為在永磁鐵中，磁感線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值，所以在數據中我們以磁極中心的磁場值為最主要的數據，具體點的命名是：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極的中點為P，S極的中點為Q。

　　1．強磁場環境下的實驗

　　我們在實驗室中先用高斯計測量了條形型鐵N、S兩極的磁場值，接著我們將其放入了直流電磁場中，這時將經穩流電源整流、濾波后的直流電通給直流電磁場一定安培的電流，用高斯表測量強磁場內的磁場值，之后關閉穩流電源，拿出條形磁鐵，再次用高斯表測量其N極、S極的磁場值的大小，進行對比之后，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出曲線圖，通過曲線對數據進行分析。

　　2．高溫環境下的實驗

　　我們為了發現溫度對于磁鐵磁力的影響，我們采用高溫電爐對磁鐵進行加熱，用高斯計對磁鐵的磁場值進行測量，以溫度每升高20℃為界限對磁鐵進行測量，因為條件不允許，而且通過查資料我們看到磁鐵在高溫時與降溫后的磁場值變化不大，所以我們測量磁鐵時都是在磁鐵從電爐中拿出用水冷卻后才進行測量的。

　　3．對U形磁鐵重新充磁的實驗

　　在實驗的最后，我們準備對已經完全失去磁性的磁鐵放入直流電磁鐵中進行充磁，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符合U形磁鐵原始的磁感線分布，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，經過高斯計測量后，測得S為-92．8GS，N為77．6GS，雖然它的磁場值沒有實驗前大，但現在仍可以吸起小塊金屬。

　　這次實驗最終測量出來數據基本符合我們的預料，在強磁場環境下的數據所呈現的曲線較為不規律。對照曲線圖可以看到對電磁鐵所加電流小于20A時，磁鐵正負磁場的磁場值變化不大，磁極也沒有發生任何偏轉，當輸入電流大于20A時，磁鐵的磁極以及磁場值發生了許多變化，N極的五個測量點大幅度減小，平均都在六分之一到七分之一左右，而S極也發生了許多變化，輸入電流由1 8A變為21A時，S極的Q點由-319GS變為42GS。另外，不但數值發生了很大的變化，極性也發生了偏轉。在我們測量的五個點中有三個發生了偏轉，之所以兩極的磁場值發生巨大的變化，是因為輸入直流電磁場的電流是21A時，電磁鐵中的磁場值明顯超過了磁鐵兩極的磁場值，所以會對磁鐵產生很大的影響。在后來的幾次測量中，磁極的磁場值變化都不是很大，直至將輸入電流增加到40A時，N極的幾個輔助測量點都發生了偏轉，主測量點的值也已經變得很小，而S極的磁場值也已經完全成為正值，這說明磁鐵的兩極在此時已經完全發生了變化。緊接著我們就將輸入電流增大至200A，這時電磁鐵內的磁場值是輸入電流為40A時的10倍，這時的磁鐵的磁極已經與外面的涂漆標志相反了，這塊磁鐵的涂漆為S一端已經可以和一塊正常的磁鐵涂漆為S的那一端相吸引了。在高溫環境下的實驗數據中，我們可以明顯看到N、S極的P、Q點的磁場值都是隨著溫度的上升而下降的，當溫度在220℃～300℃之間時磁場值下降最快，當爐內溫度到達300℃左右時，磁鐵被加熱至紅熱狀態，溫度達到340℃時，磁鐵兩極的磁場值都降至很小，溫度到360℃時，兩極磁場值均變為0。

　　磁鐵在高溫以及強磁場環境下磁力會發生變化：磁鐵在高溫環境下磁力會減弱直至消失；磁鐵的磁場方向在強磁場環境下會發生變化，甚至發生磁極的偏轉；沒有磁性的金屬在強磁場環境下會具有一定的磁力。

　　一切物質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，電子的這兩種運動都會產生磁性。但由于其運動的方向各自不同，普通的金屬內部各個分子電流的取向是雜亂無章的，它們的磁場互相抵消，對外界不顯磁性。在外界強磁場的作用下，有些物質內部原本的、各自運動的電子，全部排列整齊，而此時，電子旋轉產生的磁效應與外界磁場方向一致，物質便呈現出磁性。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，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環境下，磁鐵內部的電子旋轉的磁效應與外界磁場方向不同，所以磁鐵內部的一部分電子旋轉的取向會受到外界強磁場的干擾而發生變化，這時磁鐵內部的電子旋轉的取向會有所不同，會有一部分分子電流互相抵消，使磁鐵內部的磁場方向發生很大的變化，甚至發生磁極偏轉。而磁鐵在高溫環境下磁力消失是因為磁鐵內的分子在高溫環境下熱運動會加快，改變了電子運動方向的規律性，會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。

　　通過這次實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，可以為我們更好地服務，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，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，這時磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會把它們分開，同時將電源開關斷開，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已知的磁鐵，最后通過分析磁鐵的磁場值的變化來估算溫度最高達到了多少。利用這些性質在安全開關、放火滅火方面有很大作用，當然這些都是一些設想，若要真正實現還需要我們的進一步努力。

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