撞乱了我的心-铁磁性物质磁分子的巨观性质与声速.PDF

『撞』亂了我的心-鐵磁性物質磁分子的巨觀性質與聲速 一、 摘要 ： 本實驗以鐵磁性物質作為實驗材料，經由鐵球撞擊鐵棒的方式，以線圈纏繞在鐵棒上感 測振波的行進，並探討線圈所捕捉的波形代表的意義；影響振波及訊號的變因很多，如鐵球 撞擊鐵棒的速度、線圈的匝數與圈密度、鐵棒切口面角度、線圈擺放位置，我們均根據變因 控制原則一一加以驗證，並證實線圈得到的訊號為聲波通過時的所產生的，鐵棒切口的角度 確實會影響聲波的反射。 本實驗最後以單一線圈在鐵棒中不同位置感測以及利用雙線圈在鐵棒的兩端感測，所得 到的聲波速度約為 5217m/s，與標準值比較誤差約為 1.6% 。 由實驗中得到的感測波波形有奇怪的地方，如線圈在碰撞端時感測波形的第一個波電壓 相對甚高，經驗證是由鐵球引起，假如鐵球換成非鐵磁性材料的物體，第一個波則無隆起現 象。另外未碰撞時，線圈即可感測到一些零亂的訊號，可能是來自於背景電磁波訊號，假如 可以消除，對於觀測會有很大的幫助。 二、 研究動機 ： 每當趴在桌上睡覺時，總是會從桌子裡面聽到由遙遠處傳來的一些從空氣中聽不到的聲 音 ，而且十分的清晰，使我們不禁懷疑，這些聲音到底是哪裡來的?為什麼在空氣中聽不見呢? 所以我們想要知道聲音在固體中傳播的情形，為了方便觀測，我們選擇鐵磁性的鐵棒，利用 線圈感測傳過鐵棒的波動，以示波器顯示波形，於是設計出以下一連串的實驗。 三、研究原理： 當波動通過鐵磁性物質時 ，「磁分子」排列受到干擾，本來屬於磁中性的區域，會暫時失 去磁中性。因此在鐵棒上繞線圈，當波動通過時，線圈中的磁通量會隨時間變化，線圈中產 生了感應電動勢，可由示波器觀察波動通過的狀態。 為了定量測量，以鐵球當作單擺，擺至各種幅角，釋放後在最低點碰撞鐵棒，產生了波動。 不同的幅角，代表鐵球不同的動能，以此產生不同強弱波動以便觀察波動在鐵棒中的行進。 四、研究設備器材與裝置： 器材 數量 器材 數量 示波器(TDS220) 一台 量角器 一個 鐵棒 1.5m 一根 尖嘴鉗 一支 鐵架 數個 游標尺 一個 鐵絲 數包 數位相機 一台 鐵球 一個 計算機 一台 鐵鎚 一支 捲尺 一個 C 型夾 兩個 雙面膠 一捲 漆包線圈 0.17mm 數個 膠帶 一捲 砂紙 一張 剪刀 一支 WaveStar for 電線 兩條 Oscilloscopes軟 一套 體 裝置圖甲 ： PC 或印表機 示波器 [實驗裝置照片 A] 『撞』亂了我的心 ~ 1 ~ 實驗步驟： 1.鐵球直徑兩端鎖上細鐵線，固定在鐵架上，鐵棒固定在桌面上，當鐵球擺到最低點 時，恰可碰撞鐵棒。