2013年2月28日

科學玩具-磁學-磁場觀察片


手邊有種做得非常彎曲且耐用的觀察片,是將鐵磁性物質以微型封裝的方式封在夾層內,把觀察片直接放在任何磁性物質的表面時,立刻就顯現出磁場的形狀,能讓學生觀察到永久磁鐵附近的靜態磁場,或是直流電磁鐵附近的穩定磁場,而且功能還不只這樣,更可以觀察到磁性物質上的磁極數量。那怎麼知道磁極在那裡呢?

靠近磁性物質時,可以在綠色的觀察區塊上看到分成亮區及暗區兩大部分,亮區所代表的是磁力線平行於觀察片表面的區域,也就是鐵磁性物質反射光線的部分,相對於亮區的暗綠色區塊(磁力線垂直於觀察片表面),鐵磁性物質則是讓光線較容易穿透。所以用亮暗交界來區分,是種容易找到磁極的辨別方式。
以手邊的幾個永久磁鐵來測試,可以發現長方體磁鐵的磁極在面上
而周圍較亮的稜線則是磁力線平行於觀察片的區域

接著測試中央空心的環型磁鐵,看看有沒有不一樣的地方
照這樣的分布情形看來,覆蓋住的地方是一面完整的磁極

讓磁鐵在觀察片上移動時,表示磁極與磁場的亮暗區塊也會跟著移動,國中實驗室用的是鐵粉,鐵粉吸附得越多,就代表磁場越強,也就是磁極附近的鐵粉比其他部分多,移動磁鐵時也同時改變了磁場的空間分布,所以鐵粉也隨之起舞。觀察片上的亮暗區塊隨磁鐵移動,也是同樣的道理,不過兩者都不能指出目前偵測的部分是N極還是S極。
不過同樣是環型磁鐵,所呈現的磁極分布可不一樣,而且大有玄機
這個複合型的磁鐵是由六塊小磁鐵結合而成,亮區就是接合處

這是一個不錯的磁鐵演示教具,也明確傳達出磁極的科學概念,不僅僅可以單獨使用,隨時隨地可以拿來偵測生活物品當中隱藏的磁鐵或電磁鐵,像是手機裡的聽筒裡或冰箱門上的封條就有,也能找到不同型態磁鐵的磁場分布模式。也相當適合用來搭配渦電流鋁管一起演示,因為可以將它的功能發揮得淋漓盡致。
使用響尾蛇蛋之類的強力磁鐵,則是可以把觀察片吸附起來,整個騰空
而且因為磁力強,所以周圍的亮區比一般磁鐵來得寬廣

鐵磁性物質越集中且越垂直於觀察片,顏色會越深,相對的周圍就會越亮
響尾蛇蛋的暗區中央會出現一條亮帶,表示這裡有平行於觀察片的磁力線通過

起初並不知道磁極觀察帶裡面的物質是什麼,後來知道裡面含有數以百萬計的微小鎳金屬顆粒懸浮在這薄薄的夾層內,但可以確定的是,當磁鐵放在附近時,微小的鎳金屬顆粒便會被磁化並按磁力線方向排列。

但我在研究它的性質的過程中還發現一個頗為奇妙的地方,如果透過它對著較亮的光源看,本來較暗的地方,鎳金屬顆粒依磁場排列的方向垂直於觀察片,透光性則會高於周遭!

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