磁化

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原作者:謝迺岳
關鍵詞:地磁,磁化,去磁
同義詞:地磁,磁鐡,電磁鐡
水面上有一個盤子,盤子上有一支湯匙,它會自動指向南北方向;如果把兩個這樣的盤子靠近彼此,兩支湯匙還會相互吸引,真稀奇。


探究問題

為什麼磁針會指向南北方?如何磁化一支湯匙?如何消除磁針的磁性?如何測量地球磁場的強度?


實作項目

  1. 材料
    鐡湯匙,大頭針,水盆,塑膠盤,磁鐡,漆包線(4m,φ=0.6mm),電池組
  2. 製作
    把塑膠盤放在水面上,鐡湯匙放在塑膠盤上;讓塑膠盤在水面上旋轉,停止後觀察湯匙的方向,操作多次以確定湯匙不具有磁性。接著再用湯匙吸引大頭針,這時應該不能吸引大頭針。
  3. 操作
    把磁鐡放在鐡湯匙上,沿著「握柄」的方向快速往前滑動,然後把磁鐡和湯匙分開;重複同樣操作數十次,使湯匙磁化。
  4. 猜測:磁化的動作次數愈多,湯匙的磁性是否愈強?(能吸引較多支大頭針)
  5. 猜測:用同樣的力量,讓湯匙在桌面上敲擊的次數愈多,是否磁性消除的愈徹底?(不能吸引大頭針)
  6. 猜測:用漆包線捲在鐡湯匙並連結電池盒,成為電磁鐡。測試磁化與去磁的靈敏度。用同樣的漆包線捲繞成的線圈,是否寬度愈窄則磁力愈強?(可用膠帶把漆包線貼在鐡湯匙上,避免線圈脫落)


結果與討論

磁化的方法有接觸、摩擦與感應,原則上都是讓鐡湯匙內的「磁域」形成同一方向的小磁區,再合而為一塊磁鐡。消除磁性的方法為加熱、逆磁與敲擊,目的是使磁區受到熱運動而鬆動,回復到磁域散亂的狀態。

  1. 結果:磁化的時間愈久,則鐡湯匙的磁性愈強;但是有上限,也就是所有的磁域都排列整齊時,磁場最強。
  2. 結果:去磁的時間愈久,則鐡湯匙的磁性愈弱;但是有下限,也就是所有的磁域都混亂時,磁場最為微弱。
  3. 結果:線圈愈緊密、愈靠近線圈兩端,或使用軟鐡作為磁芯時,磁化與去磁的效果愈好。另外,線圈愈多圈、漆包線愈粗、電流愈強,磁化愈快速;但是對消磁沒有影響。(可介紹地磁的成因為地函電流所引起)



教學目標

不限年齡與教育程度。

  1. 知識上:認識磁性的來源,地磁的成因。
  2. 技能上:學習磁化與去磁的方法,磁力的檢測。
  3. 情意上:喜歡玩磁鐡與做實驗。


應用

  1. 在科學上:磁化與去磁的原理,磁力的測量。
  2. 在科技上:製造永久磁鐡與電磁鐡。
  3. 在藝術上:利用永久磁鐡玩疊羅漢。
  4. 進階活動:用電磁鐡設計電報或電鈴,或電磁鐡拔河比賽。


參考資料