Curieovo vidličkové kyvadlo

Pokus číslo: 2181

  • Cíl pokusu

    Cílem experimentu je porozumět chování feromagnetik v okolí Curieovy teploty.

  • Teorie

    Curieův bod je teplota, při níž se feromagnetická látka mění na paramagnetickou – jinými slovy, téměř se přestává přitahovat k magnetům. Této vlastnosti lze využít pro konstrukci Curieova kyvadla.

    Kyvadlo, které v tomto experimentu zkonstruujeme, bude mít podobu vidličky z feromagnetického materiálu, kterou zahříváme v blízkosti permanentního magnetu. Když jeden hrot vidličky vložíme do plamene, stane se po zahřátí paramagnetickou látkou a nebude již přitahován blízkým magnetem, ke kterému se proto přitáhne druhý hrot. Pootočením vidličky se ale první hrot dostane mimo plamen a druhý naopak do plamene – první hrot se tedy ochladí a začne se znovu k magnetu přitahovat, zatímco druhý hrot se stane paramagnetikem. Vidlička se vrátí do původní pozice a děj se bude periodicky opakovat, čímž získáme jakési „horizontální kyvadlo“.

  • Pomůcky

    • vidličkové kyvadlo
    • stojan
    • šroub
    • kovová deska na odvod tepla
    • permanentní magnet (využíváme neodymový)
    • hořák a zápalky
  • Výroba vidličkového kyvadla

    Pomůcky

    • korkový špunt
    • drátek z feromagnetické látky (využíváme ocel)
    • dřevěné prkno
    • hřebík
    • nářadí

    Postup výroby vidličkového kyvadla

    1. Do dřevěného prkna provrtáme díru a vložíme do ní hřebík (obr. 1A).

    2. Do korkového špuntu provrtáme z boku díru a vložíme do ní drát vytvarovaný do podoby vidličky (obr. 1B a 1C).

    3. Do korkového špuntu vyvrtáme zespoda díru o něco větší než je průměr hřebíku a špunt nasadíme na hrot hřebíku (obr. 1D a 1E).

    Obr. 1: Konstrukce vidličkového kyvadla
  • Postup

    1. Sestrojíme konstrukci podle obrázku 6. Kovová deska má funkci odvodu tepla od magnetu, aby nedošlo k jeho odmagnetování.

    2. Umístíme vidličkovou konstrukci kyvadla do blízkosti šroubu, který je umístěn na magnetu.

    3. Pod vychýlený hrot vidličky umístíme hořák a zapálíme ho.

    Obr. 2: Aparatura připravená na pokus.
  • Vzorový výsledek

    Video níže zachycuje vzorový výsledek experimentu.

  • Technické poznámky

    • Pro úspěch experimentu je zásadní vzdálenost hrotů vidličky. Pokud budou hroty příliš daleko od sebe, budou se méně přitahovat k magnetu. Pokud budou naopak příliš blízko, můžete prohřát oba hroty zároveň a efekt nebude viditelný. Ve vzorovém experimentu s plynovým hořákem byla vzdálenost hrotů cca 3 cm.

    • Doporučujeme použít silný neodymový magnet, neboť takto sestrojené kyvadlo má v korkovém ložisku nezanedbatelné tření (lze jej snížit například naolejováním hrotu hřebíku).

    • Neodymové magnety mají doporučenou pracovní teplotu 80 °C a je nutné zajistit, aby se magnet nezahřál na teplotu vyšší. Pro odvod tepla jsme proto použili kovovou desku, ke které je magnet přichycen. Dále jsme k magnetu připevnili feromagnetický šroub – ten se zmagnetuje a poslouží jako magnet, který snese vysoké teploty.

    • Snáze než ocel zahřejeme na Curieovu teplotu nikl (tato teplota je pro něj výrazně nižší než pro ocel), ovšem jde o méně běžný materiál – prodává se např. v obchodech s elektronickými cigaretami.

  • Metodické poznámky

    • Před provedením experimentu je zásadní si vyzkoušet uspořádání aparatury, zejména najít optimální vzájemnou polohu magnetu, hořáku a vidličky.

    • Pokud je umístění kyvadla na špičce hřebíku nestabilní a hrozí pád vidličky, chraňte se před rizikem popálení pracovními rukavicemi.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od střední školy
Potřebné vybavení: proveditelné s pomůckami, které se na školách obvykle vyskytují
Čas přípravy pokusu: delší než 10 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu
Multimediální encyklopedie fyziky