國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室   回首頁   

浴火鞦韆

一碰到火就會來回擺盪的鞦韆

提醒:本遊戲必須由大人陪伴才可以進行

準備器材:封口條、蠟燭、鐵絲、強力磁鐵

操作過程與現象:

  這是一個碰到火就會來回擺盪的鞦韆,因此稱為「浴火鞦韆」,現象相當有趣,操作過程如下:

1.取一「封口條」(五金店有售,用於將塑膠袋口加熱封起來的機器零件,長約20公分),將封口條的一端剪掉(如圖一)。

2.將封口條有小圈圈的一端掛在橫立的鐵絲上懸空(如圖二),其中鐵絲先彎折為凹狀,以便讓封口條可以掛上去(如圖三)。

3.取一強力磁鐵(直徑約一公分),由底部慢慢靠近封口條,一旦封口條被磁鐵吸引就停住,不要再移動磁鐵(如圖四)。

4.點燃蠟燭(注意:先將蠟燭高度調整好,要低於封口條的下端),並將蠟燭放到封口條下端加熱(如圖五)。很快地封口條似乎很怕蠟燭,但是又愛磁鐵;一下子離開蠟燭,一下子被磁鐵吸回去,如此來回擺盪不停,如同盪鞦韆一樣(如圖六)。

 

觀賞實驗影片(0.93M)

原理:

  約1891年左右,法國科學家居禮(Pierre Curie,1859~1906)(居禮夫人的先生) 發現鐵磁性物質在加熱到某一特定溫度時,磁性會消失,後來稱此溫度為「居里點」( Curie Point ),也稱為居里溫度或磁性轉變點。在此溫度,鐵磁性或亞鐵磁性物質會轉變成順磁性物質。而不同鐵磁材質的居里點溫度不同,例如鈷(Co)的居里溫度約為 1123℃,鐵(Fe)是770℃,鎳(Ni)則只有358℃。一旦溫度下降,鐵磁性又可隨即恢復。

  本科學遊戲利用上述原理,將含有鎳成分的封口條加熱,由於鎳的居里溫度只有358℃,因此以燭火加熱即可達到居里溫度。當封口條達到居里溫度,鐵磁性消失,不再被磁鐵吸引,因此就會因重力而盪下來。離開燭火之後,封口條溫度降低,恢復鐵磁性,又可被磁鐵吸引。如此反覆,形成封口條來回擺盪的運動了。

延伸的科學遊戲:

  類似原理的科學遊戲是將封口條的盪鞦韆運動,設計為水平左右擺動,操作過程如下。

1.先將封口條水平綁住固定,再將強力磁鐵偏右(或偏左)靠近封口條,如圖七。待封口條被強力磁鐵吸引後就停住,不要再移動磁鐵或封口條,如圖八。

2.點燃蠟燭,移到封口條下面加熱,一會兒封口條就會彈開,彈開後又再被磁鐵吸引回來,如此反覆的左右來回擺盪,如圖九。

觀賞實驗影片(1.08M)

叮嚀的話:

1.由於本遊戲用到蠟燭並點火,因此不可以讓小朋友自行操作,必須由大人陪伴才可以進行。

2.強力磁鐵建議使用大一點的(直徑約1公分以上),而且操作時磁鐵不能太靠近燭火,因為強力磁鐵也會因為受熱而失去磁性。

3.在教學上,建議可以指導學生進行以下活動或討論。(1)使用大小不一樣的強力磁鐵,封口條擺動的結果有何差異?答:磁力越大,來回擺動得會越快。(2)使用長短不一樣的封口條,擺動的結果有何差異?答:封口條越短,擺動的越快,但是擺動幅度越小。(3)使用鐵片也可以成功嗎?如何設計?答:建議嘗試使用酒精燈,但是務必注意安全,並在實驗室及教師指導下進行。

 

*本科學遊戲承國立台灣科學教育館許兆芳先生提供諮詢意見,謹此誌謝

參考資料:

Science Toys 網站:

1.http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/magnets/magnets.html#rheological

2.http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/magnets/magnets.html#curie_effec