При какой температуре железо теряет свои магнитные свойства точка кюри
Классически, все существующие материалы по своим магнитным свойствам делятся на несколько групп, связанных со структурным строением материала…
Классически, все существующие материалы по своим магнитным свойствам делятся на несколько групп, связанных со структурным строением материала, среди которых, в силу тематики настоящей статьи, следует выделить следующие:
– диамагнетики
– парамагнетики
– ферромагнетики
Эта классификация отражает поведение материала при воздействии на него внешним магнитным полем.
Диамагнетиками называют материалы, магнитная восприимчивость которых отрицательна, т.е. при попадании в магнитное поле, вектор намагниченности каждого атома диамагнетика направлен встречно вектору напряженности внешнего магнитного поля. Таким образом, в отсутствии магнитного поля такие материалы немагнитны, а при попадании во внешнее магнитное поле, диамагнетики ослабляют его. Магнитная проницаемость таких материалов меньше единицы.
Парамагнетиками называют слабомагнитные материалы, магнитная восприимчивость которых положительна, т.е. при попадании в магнитное поле, вектор намагниченности атомов парамагнетика сонаправлен с вектором напряженности внешнего магнитного поля. Однако ввиду слабовыраженных магнитных свойств, магнитная проницаемость таких материалов приблизительно равна единице. Таким образом, несмотря на сонаправленность вектора намагниченности, парамагнетики практически не оказывают влияния на внешнее магнитное поле, а в его отсутствии – немагнитны.
Ферромагнетиками называют материалы с выраженными магнитными свойствами, отличающиеся наличием доменной структуры, при которой каждый из доменов может имеет некоторую спонтанную намагниченность. Доменами называют объемные области материала, в которых направления спиновых магнитных моментов электронов атомов совпадают.
Такая структура позволяет ферромагнетикам сохранять намагниченность в отсутствии внешнего магнитного поля, а высокие значения магнитной проницаемости позволяют ферромагнетикам усиливать внешнее магнитное поле в десятки, сотни и даже тысячи раз. Такие материалы широко применяются при изготовлении постоянных магнитов, магнитопроводов трансформаторов, концентраторов магнитного потока и т.п.
Классическими представителями ферромагнетиков являются железо, кобальт, никель, а также сплавы на их основе и их оксиды.
Для ферромагнетиков характерно наличие гистерезиса, а также фазового перехода второго рода, связанного с изменением структуры кристаллической решетки материала. При этом переходе тепловой энергии движения узлов кристаллической решетки становится достаточно для дезориентации магнитных спиновых моментов электронов атомов, что приводит к утрате материалом ферромагнитных свойств.
Таким образом ферромагнетик становится парамагнетиком. Температура, при которой происходит данное магнитное превращение материала называется температурой Кюри или точкой Кюри. Значение этой температуры для материала варьируется в зависимости от типа и количества примесей. Для чистого железа эта температура составляет 1043K (770 OC).
На графике представлена зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от температуры. Несмотря на высокую крутизну характеристики в окрестности точки Кюри, магнитный материал не переходит точку Кюри скачкообразно: переход происходит постепенно, начиная с поверхности. При этом материал заготовки становится как бы двухслойным: слой парамагнетика поверх слоя ферромагнетика с достаточно резкой границей раздела сред. Это объясняется неравномерностью нагрева заготовки в поперечном сечении и сильно зависит от интенсивности проявления поверхностного эффекта.
Для индукционного нагрева этот переход имеет огромное значение, поскольку мощность нагрева заготовки непосредственно связана с магнитной проницаемостью материала согласно уравнению
Снижение магнитной проницаемости при нагреве материала выше точки Кюри приводит к следующим эффектам:
– снижается мощность нагрева
– увеличивается толщина скин-слоя
– повышается резонансная частота системы
– снижается КПД системы
Очевидно, что эти эффекты не способствуют повышению интенсивности индукционного нагрева, поэтому являются нежелательными. Борьба с ними – одна из основных задач при проектировании ТВЧ оборудования.
Тем не менее, практическое большинство процессов термообработки металлов на основе железа связаны с обработкой его γ-модификации, так же называемой аустенитом, устойчивой в температурном интервале 917 – 1394 OC, т.е. при температуре значительно выше точки Кюри.
Источник
Польский, затем французский химик. Родилась в Варшаве в интеллигентской семье в тяжелый период российской оккупации, выпавшей на долю Польши. Учась в школе, помогала матери содержать пансион, прислуживая в нем в качестве горничной. После окончания школы какое-то время работала гувернанткой в состоятельных семьях, чтобы заработать средства на получение медицинского образования для своей сестры. На этот период приходится расстроенная родителями жениха помолвка Склодовской с юношей из семьи, где она прислуживала (родители сочли такой брак их сына недостойным их социального положения и упустили блестящую возможность улучшить свой фамильный генофонд). После получения ее сестрой медицинского образования в Париже туда же оправилась учиться и сама Склодовская.
Блестящие результаты вступительных экзаменов по физике и математике привлекли к молодой полячке пристальное внимание ведущих французских ученых. Результатом стала ее помолвка в 1894 году с Пьером Кюри и брак с ним, заключенный в следующем году. В те годы исследования явления радиоактивности только начинались, и работы в этой области был непочатый край. Пьер и Мария Кюри занялись извлечением радиоактивных образцов из руд, добываемых в Богемии, и их исследованием. В результате супругам удалось открыть сразу несколько новых радиоактивных элементов (см. Радиоактивный распад), один из которых был назван кюрием в их честь, а еще один — полонием в честь родины Марии. За эти исследования супруги Кюри были совместно с Анри Беккерелем (Henri Becquerel, 1852–1908), открывшим рентгеновские лучи, удостоены Нобелевской премии по физике за 1903 год. Именно Мария Кюри первой ввела в употребление термин «радиоактивность» — по названию первого открытого Кюри радиоактивного элемента радия.
После трагической гибели Пьера в 1906 году Мария Кюри отказалась от предложенной Сорбонским университетом пенсии и продолжила исследования. Ей удалось доказать, что в результате радиоактивного распада происходит трансмутация химических элементов, и, тем самым, положить начало новой отрасли естественных наук — радиохимии. За эту работу Мария Кюри была удостоена Нобелевской премии по химии за 1911 год и стала первым ученым — дважды лауреатом самой престижной премии за достижения в естественных науках. (В том же году Парижская Академия наук отклонила ее кандидатуру и не приняла Марию Кюри в свои ряды. Видимо, двух Нобелевских премий господам академикам показалось недостаточно для преодоления своей склонности к дискриминации по национальному и гендерному признаку.)
В годы Первой мировой войны Мария Кюри занималась активными прикладными медицинскими исследованиями, работая на фронте с портативной рентгеновской установкой. В 1921 году в Америке была открыта подписка на сбор средств на покупку для Марии Кюри 1 грамма чистого радия, который был ей необходим для дальнейших исследований. В ходе ее триумфальной поездки по Америке с публичными лекциями ключик от шкатулки с драгоценным радиоактивным металлом был вручен Кюри самим Президентом США Уорреном Хардингом (Warren Harding).
Последние годы жизни Марии Кюри были заполнены важными международными инициативами в области науки и медицины. В начале 1930-х годов здоровье Марии Кюри резко ухудшилось — сказались огромные дозы радиоактивного облучения, полученные ею в процессе многолетних экспериментов, — и в 1934 году она скончалась в санатории во Французских Альпах.
Источник
Сила магнетизма определяется так называемым “магнитным моментом” – дипольным моментом внутри атома, который исходит из углового момента и спина электронов. Материалы имеют разные структуры собственных магнитных моментов, зависящих от температуры. Точка Кюри – это температура, при которой изменяются собственные магнитные моменты материала.
Постоянный магнетизм обусловлен выравниванием магнитных моментов, и индуцированный магнетизм создается, когда неупорядоченные магнитные моменты вынуждены выравниваться в приложенном магнитном поле. Например, упорядоченные магнитные моменты (ферромагнитные) меняются и становятся неупорядоченными (парамагнитными) при температуре Кюри. Более высокие температуры делают магниты слабее, поскольку спонтанный магнетизм происходит только ниже температуры Кюри – это одна из главный особенностей подобных спонтанных явлений. Магнитная восприимчивость выше температуры Кюри может быть рассчитана по закону Кюри-Вейсса, который получен из закона Кюри.
Использование и формулы
По аналогии с ферромагнитными и парамагнитными материалами температуру Кюри можно также использовать для описания фазового перехода между сегнетоэлектричеством и параэлектричеством. В этом контексте параметр порядка представляет собой электрическую поляризацию, которая переходит от конечного значения к нулю, когда температура повышается выше температуры Кюри.
Магнитные моменты представляют собой постоянные дипольные моменты внутри атома, которые содержат электронный момент по соотношению μl = el / 2me, где me – масса электрона, μl – магнитный момент, l ì – момент количества движения, без которого трудно высчитать температуру Кюри; это отношение называется гиромагнитным.
Электроны в атоме вносят магнитные моменты из собственного углового момента и из их орбитального момента вокруг ядра. Магнитные моменты от ядра незначительны в отличие от магнитных моментов от электронов. Тепловые вклады приводят к появлению более высоких энергий электронов, нарушающих порядок и разрушение выравнивания между диполями.
Особенности
Ферромагнитные, парамагнитные, ферримагнитные и антиферромагнитные материалы имеют разные структуры магнитного момента. При определенной температуре Кюри материала эти свойства меняются. Переход от антиферромагнитного к парамагнитному (или наоборот) происходит при температуре Нееля, которая аналогична температуре Кюри – это, в сущности, главное условие подобного перехода.
Ферромагнитная, парамагнитная, ферримагнитная и антиферромагнитная структуры состоят из собственных магнитных моментов. Если все электроны внутри структуры спарены, эти моменты компенсируются из-за их противоположных спинов и угловых моментов. Таким образом, даже при приложении магнитного поля эти материалы имеют разные свойства и не имеют температуры Кюри – для железа, например, используется совсем другая температура.
Материал парамагнитен только выше его температуры Кюри. Парамагнитные материалы немагнитны, когда магнитное поле отсутствует и магнитно при приложении магнитного поля. Когда магнитное поле отсутствует, материал имеет неупорядоченные магнитные моменты; то есть атомы асимметричны и не выровнены. Когда присутствует магнитное поле, магнитные моменты временно перестраиваются параллельно приложенному полю, атомы симметричны и выровнены. Магнитные моменты, выровненные в одном направлении, являются причиной индуцированного магнитного поля.
Для парамагнетизма эта реакция на приложенное магнитное поле положительна и известна как магнитная восприимчивость. Магнитная восприимчивость применяется только выше температуры Кюри для неупорядоченных состояний.
За пределами точки Кюри
Выше температуры Кюри возбуждаются атомы, и ориентации спинов становятся рандомизированными, но могут быть перестроены приложенным полем, т.е. материал становится парамагнитным. Все, что ниже температуры Кюри, – это пространство, внутренняя структура которого уже претерпела фазовый переход, атомы упорядочены и сам материал стал ферромагнитным. Магнитные поля, индуцированные парамагнитными материалами, очень слабы по сравнению с магнитными полями ферромагнитных материалов.
Материалы только ферромагнитны ниже их соответствующих температур Кюри. Ферромагнитные материалы являются магнитными в отсутствие приложенного магнитного поля.
Когда магнитное поле отсутствует, материал имеет спонтанную намагниченность, являющуюся результатом упорядоченных магнитных моментов. Т. е. для ферромагнетизма атомы симметричны и выровнены в одном направлении, создавая постоянное магнитное поле.
Температура кюри для ферромагнетиков
Магнитные взаимодействия удерживаются вместе обменными взаимодействиями; иначе тепловой беспорядок преодолел бы слабое взаимодействие магнитных моментов. Обменное взаимодействие имеет нулевую вероятность параллельных электронов, занимающих одну и ту же точку во времени, что подразумевает предпочтительное параллельное выравнивание в материале. Фактор Больцмана вносит значительный вклад, поскольку он предпочитает, чтобы взаимодействующие частицы были выровнены в одном направлении. Это приводит к тому, что ферромагнетики имеют сильные магнитные поля и высокие определения температуры Кюри около 1000 К.
Ферримагнитные материалы являются магнитными в отсутствие приложенного магнитного поля и состоят из двух разных ионов.
Спонтанный магнетизм
Когда магнитное поле отсутствует, материал имеет спонтанный магнетизм, являющийся результатом упорядоченных магнитных моментов; т.е. для ферримагнетизма магнитные моменты одного и того же ионного момента выровнены в одном направлении с определенной величиной, а магнитные моменты другого иона направлены в противоположном направлении с другой величиной. Поскольку магнитные моменты имеют разные величины в противоположных направлениях, существует спонтанный магнетизм и присутствует магнитное поле.
Что происходит ниже точки Кюри?
Как утверждает современная сегнетоэлектрика, температура Кюри имеет свои ограничения. Подобно ферромагнитным материалам магнитные взаимодействия удерживаются вместе обменными взаимодействиями. Однако ориентации моментов являются антипараллельными, что приводит к чистым импульсом, вычитая их импульс друг от друга.
Ниже температуры Кюри атомы каждого иона выровнены параллельно с разными импульсами, вызывающими спонтанный магнетизм; материал является ферримагнитным. Над температурой Кюри материал парамагнитен, поскольку атомы теряют свои упорядоченные магнитные моменты, когда материал подвергается фазовому переходу.
Температура Нееля и магнетизм
Материал имеет равные магнитные моменты, выровненные в противоположных направлениях, что приводит к нулю магнитного момента и нулевого магнетизма при всех температурах ниже температуры Нееля. Антиферромагнитные материалы слабо намагничены в отсутствие магнитного поля.
Подобно ферромагнитным материалам магнитные взаимодействия удерживаются вместе обменными взаимодействиями, предотвращающими тепловой беспорядок от преодоления слабых взаимодействий магнитных моментов. Когда происходит беспорядок, он находится при температуре Нееля.
Источник
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Магнитные свойства веществ (введение)
Все вещества по их отношению к магнитному полю можно разделить на три группы: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.
Диамагнитные вещества выталкиваются из магнитного поля, т.к. при наложении поля диамагнетики намагничиваются в направлении, противоположном внешнему магнитному полю. Большинство веществ и материалов – диамагнетики, в качестве примеров можно назвать воду, графит, водород, азот, медь, живые организмы.
Парамагнитные вещества при наложении магнитного поля намагничиваются в направлении, которое совпадает с направлением внешнего магнитного поля. В результате парамагнетики притягиваются к магниту. К парамагнетикам принадлежит кислород, оксид и диоксид азота, супероксид калия, а также много металлов (например, платина, щелочные и щелочноземельные металлы).
При наложении внешнего поля магнитные моменты атомов диамагнетиков ориентируются против направления поля, атомы парамагнетиков – в направлении поля. В первом случае магнитное поле ослабляется, во втором – усиливается.
Однако диамагнетики и парамагнетики имеют общее свойство: их магнитная упорядоченность очень слабая. Другими словами, и ослабление поля диамагнетиками и усиление его парамагнетиками проявляется лишь в небольшой мере. Например, чтобы заметить, что висмут или графит отталкиваются от магнита, а натрий – притягивается, нужен мощный магнит [1].
В ферромагнитных веществах магнитные моменты атомов ориентируются в направлении, которое совпадает с направлением внешнего магнитного поля – в этом они подобны парамагнетикам, но в отличие от парамагнетиков, магнитная ориентация атомов довольно сильная – в результате ферромагнетики могут усиливать внешнее поле во много раз. Более того, магнитная упорядоченность (ориентация) атомов ферромагнетиков сохраняется и после снятия внешнего магнитного поля. Возникает т.н. постоянный магнит.
Самый известный ферромагнетик – железо и его сплавы. Менее известны магнитные свойства кобальта и никеля [2]. При комнатной температуре из простых веществ ферромагнитными свойствами обладает также гадолиний.
Магнитными свойствами обладает и целый ряд сплавов, в том числе и те, которые не содержат в своем составе ферромагнитных металлов, например, сплав Гейслера состоит из двух парамагнетиков – марганца и алюминия и одного диамагнетика – меди. Данный сплав обладает сильными ферромагнитными свойствами. Другой пример – сплав сильманал (марганец, серебро и алюминий).
Магнитными свойствами обладает также оксид железа (II, III) – магнетит Fe3O4 и родственные ему соединения (ферриты) [2a]. Ферромагнетиками являются и некоторые органические вещества, не содержащие металлов (правда, это экзотика).
В настоящее время наиболее перспективны магниты, которые состоят из сплавов редкоземельных элементов – самария, неодима и празеодима с кобальтом и железом. Такие магниты гораздо сильнее привычных магнитов на основе железа.
Магнитной упорядоченности ферромагнетиков противостоит тепловое движение атомов. Чем выше температура – тем сильнее тепловое движение. Если постоянный магнит нагревать, то при определенной температуре ферромагнетик перейдет в парамагнетик, т.е. остаточная намагниченность исчезнет. Такая температура называется точкой Кюри.
Если мы охладим образец, он снова станет ферромагнитным, но потерянная намагниченность не восстановится – для этого нужно наложить внешнее магнитное поле.
Температура (точка Кюри) названа в честь Пьера Кюри, который впервые показал, что выше определенной температуры ферромагнитные вещества переходят в парамагнитные.
Для железа точка Кюри равна 770°С, кобальта – 1127°С, магнетита Fe3O4 – 585°С, гадолиния – всего 19°С.
Существуют также антиферромагнитные вещества. В таких веществах магнитные моменты атомов ориентируются попарно: один в направлении внешнего поля, другой – против поля. В результате суммарный магнитный момент атомов близок к нулю.
В большинстве случаев антиферромагнитные вещества имеют сразу две точки перехода – точку Нееля и точку Кюри. Выше точки Нееля данные вещества проявляют парамагнитные свойства, а при охлаждении ниже этой точки становятся антиферромагнетиками, и, наконец, при охлаждении ниже точки Кюри они приобретают ферромагнитные свойства.
При определенных условиях антиферромагнетиками являются некоторые редкоземельные металлы, некоторые соли, а также – твердый кислород.
__________________________________________________
1
Из этого правила есть важное исключение: сверхпроводники являются “абсолютными диамагнетиками” – они полностью выталкивают силовые линии магнитного поля из своего объема, но только до тех пор, пока сила внешнего магнитного поля не превысит определенную величину – в этот момент сверхпроводящее состояние исчезает.
2
См. статью
Получение пирофорных металлов;
раздел Магнитные свойства кобальта и никеля [ссылка]
2a
Строго говоря, магнетит Fe3O4 и родственные ему соединения (ферриты) обладают не ферромагнитными, а ферримагнитными свойствами (“феррИмагнитными”) – см. статью
Магнетит – ферримагнитный оксид железа [ссылка].
Переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное
Переход железа из ферромагнитного состояния в парамагнитное легко можно продемонстрировать с помощью самых простых средств. Я взял немного свернутой железной проволоки толщиной около миллиметра (такой проволокой фиксируют пробки бутылок с шампанским) и привязал ее с помощью длинного отрезка очень тонкой медной проволоки к горлышку бутылки. Сбоку закрепил магнит, вынутый из старого радиоприемника.
Необходимо было так разместить железную проволоку возле магнита, чтобы она “зависла в воздухе”: с одной стороны ее притягивает магнит, но медная проволочка не дает железу приблизиться. После этого я отдалил железную проволочку от магнита так, чтобы она еще висела в воздухе, но была на грани падения.
Описанные манипуляции проводить было непросто: лишний раз убеждаешься, что магнитное поле дает сильное притяжение, но с расстоянием оно быстро ослабевает. Стоит сместить железную проволоку чуть ближе – и она намертво пристанет к магниту, чуть дальше – и она упадет под действием собственного веса.
Магнетизм – это вам не гравитация. С одной стороны, гравитационные силы слабые: вы можете поднять камень, который притягивает вся Земля – огромная планета. Но с другой стороны, от земного притяжения вы никуда не денетесь – даже на Луне: с расстоянием гравитационная сила убывает гораздо медленнее, чем магнетизм.
Вспоминается случай, описанный в книге
Удивительная физика [3].
“…появился фантастический проект по спасению кораблей от пушечных ядер противника. Идея состояла в том, чтобы на корабле установить навстречу противнику мощные магниты, покрытые толстой броней. Ядра неприятеля должны были притягиваться близлежащим магнитом, сворачивать в его сторону и разбиваться о прочную броню. Остальные части корабля можно было бы оставить незащищенными.
В принципе все было верно, кроме того, что даже самый мощный из магнитов не может действовать на большом расстоянии. Представим себе, что мы имеем магнит, способный притянуть 10 т железа на расстоянии в 1 см. Это очень сильный магнит. Так вот, если мы отодвинем полезный предмет еще на 1 см, то сила притяжения упадет в 8 раз! На расстоянии в 1 м сила притяжения упадет в 1 000 000 раз, и ни о каком притягивании ядер не может быть и речи.
Но в прошлом веке еще не умели рассчитывать силы магнитов, и такой магнит-броня все-таки был построен в 1887 г. Этот магнит притягивал стальную плиту так, что для отрыва ее нужна была сила в 10 т. Четыре 120-килограммовых ядра висели одно за другим на полюсе магнита. Но за 2 м от магнита люди, имевшие стальные предметы в карманах, лишь едва чувствовали действие магнита. О притяжении ядер неприятеля нечего было и думать. Правда, на стрелку компаса такой магнит действовал за 10 км. ”
Теперь приступим к эксперименту. Свернутая железная проволока “зависла ” возле магнита: ферромагнетик притягивается к магнитному полю и стремится приблизиться к магниту. От этого его удерживает только медная проволока. А что случится, если ферромагнетик превратится в парамагнетик? Я взял горелку и направил пламя на железную проволоку (стараясь при этом не задевать пламенем магнит). Проволока раскалилась до красного свечения (частично – до желтого), начала медленно отдаляться от магнита – “провисать” и, наконец, упала. После охлаждения проволока снова стала притягиваться к магниту и опыт можно было повторять много раз.
При нагревании проволоки железо достигло температуры Кюри и стало парамагнетиком. Притяжение к магниту сохранилось, но резко ослабло – в результате проволока упала под действием собственного веса. Когда проволока вышла за пределы пламени, она быстро остыла и опять стала ферромагнетиком: она притянулась бы к магниту снова, если бы не отдалилась от него при падении.
Но, возможно, нагрев тут не при чем: поток газов из горелки просто “сдул” проволоку? Провел контрольный опыт: подачу газа открыл на максимум, но пламени зажигать не стал. Когда направил поток на проволочку, “зависшую” возле магнита, это не произвело на нее никакого впечатления.
Напомню, что для железа температура Кюри равна 770°С – с практической точки зрения это немало. Именно поэтому для опыта была выбрана легкая железная проволока – более массивный предмет нагреть до точки Кюри было бы сложнее. Даже в случае проволоки лишь часть ее достигло точки Кюри, но этого вполне достаточно – главное греть пламенем именно те участки проволоки, которые ближе всего к магниту (вспомните, что магнитные силы короткодействующие: притяжения дальних участков проволоки к магниту недостаточного для того, чтобы удержать ее в воздухе). В любом случае нужна хорошая горелка со сравнительно узким пламенем.
_______________________________________________
3
Нурбей Владимирович Гулиа – Удивительная физика: О чем умолчали учебники; раздел Сильны ли магнитные искушения? [ссылка]
Магнитный “вечный двигатель”
Вечные двигатели бывают (точнее – не бывают) разные. Во-первых, это вечные двигатель, который производит работы больше, чем тратит энергии – вечный двигатель первого рода. Такой двигатель смог бы совершать работу, не затрачивая энергии. Часть совершаемой ним работы можно было бы использовать в полезных целях, другая бы шла на выработку энергии, потребляемой самим двигателем.
К сожалению (а скорее – к счастью), вечный двигатель первого рода нарушает закон сохранения энергии – не удивительно, что такую машину никому построить не удалось. Многочисленные изобретатели вечных двигателей первого рода оказались либо фантазерами, либо жуликами. Первые чаще всего рисовали проекты вечных двигателей на бумаге, не удосужившись проверить их работоспособность на практике.
Некоторые из жуликов нажили неплохое состояние, демонстрируя свое изысканное (или не очень изысканное) надувательство. Например, такой была конструкция “вечного двигателя” Иоганна Орфиреуса, которым он смог одурачить многих, в частности – ландграфа Карла.
Вечный двигатель Иоганна Орфиреуса и его разоблачение
Шарлатан наверняка бы и умер, не зная горя, если бы ему не вздумалось поссориться со своей женой и служанкой. В отместку женщины выдали секрет “вечного двигателя”.
Существует также и вечный двигатель второго рода (точнее – не существует). Такой двигатель совершает работы ровно столько, сколько тратит энергии. Закона сохранения энергии такой двигатель не нарушает. Однако второй закон термодинамики гласит: возможно полное превращение работы в теплоту, но невозможно полное превращение теплоты в работу. Другими словами, любой реальный двигатель совершает работы меньше, чем тратит энергии (это относится не только к тепловой энергии, но и к другим видам).
Есть также вечные двигатели “третьего рода” [4] – и такие двигатели действительно существуют. Строго говоря, эти двигатели не являются вечными – поскольку тратят энергии больше, чем совершают полезной работы (т.е. они не нарушают ни закон сохранения энергии, ни второе начало термодинамики). Однако источник энергии в таких двигателях либо неочевиден, либо они расходуют настолько мало энергии, что могут работать длительное время без получения энергии извне. В качестве примера можно назвать часы, которые запасаются энергией за счет перепадов атмосферного давления, температуры либо за счет толчков и вибраций при их ношении.
Существует и вечные двигатели на основе магнитных сил. Конструкции их разнообразны. Ниже описан один из таких магнитных вечных двигателей.
Обманывать не буду: до момента эксперимента я знал про магнитные вечные двигатели из уже упомянутой книги Удивительная физика [5]. Однако конструировать вечный двигатель не было даже мысли. Все, что я планировал – продемонстрировать переход ферромагнитной проволоки в диамагнитную в пламени газовой горелки. Этот эксперимент описан в предыдущем разделе. Однако там изложен далеко не первый его вариант.
Сначала я разместил проволочку слишком близко к магниту – в нескольких миллиметрах и направил на нее пламя газовой горелки. Когда проволока раскалилась, она отклонилась вниз и начала падать. Однако она так и не упала. Во время падения проволока вышла из пламени, моментально остыла ниже температуры Кюри и снова притянулась к магниту! Разумеется, проволока опять попала в пламя, за короткое время нагрелась и снова начала падать. Во время падения она остыла и в очередной раз притянулась к магниту.
В результате получились незатухающие колебания. На первый взгляд получился вечный двигатель: на его работу магнит ведь энергии не расходует! На самом деле энергию дает пламя горелки: стоит его убрать и “вечный двигатель” остановится.
Если проволочку закрепить дальше от магнита и направить на нее пламя, то проволочка нагреется, станет парамагнетиком и начнет падать. Но в этот раз магнит уже не успеет ее “подхватить” после того, как проволочка остынет и снова станет ферромагнитной. В результате проволока упадет – как и было первоначально задумано.
__________________________________________________
4 Обратите внимание. Термины “вечный двигатель первого рода” и “вечный двигатель второго рода” являются устоявшимися – “официальными”. Название “вечный двигатель третьего рода” – всего лишь шутка автора, данное название не соответствует общепризнанному физическому термину.
5
Нурбей Владимирович Гулиа – Удивительная физика: О чем умолчали учебники; раздел Возможен ли магнитный “вечный двигатель”? [ссылка]
Источник