쇠구슬을 이용한 퀴리온도 실험

쇠구슬과 대전류 변압기를 이용하여 퀴리온도 실험을 해 보았다. 

쇠구슬을 토치로 가열해도 되지만, 전류의 다른 작용들도 알아보기 위해서 전기로 가열해 보았다.

http://youtu.be/JhIhfQ36PkE

토로이달 트랜스에 굵은 전선을 4회 감은 다음, 전선 끝 부분은 풀어지지 않도록 굵은 동선으로 감아놓았다.

쇠구슬을 가운데 놓고 전류를 흘리면, 쇠구슬의 저항과 구리전선의 저항이 직렬연결된 형상이 되는데, 이 때 쇠구슬의 저항이 구리보다 훨씬 높으므로 쇠구슬에서 많은 열이 발생하여 쇠구슬만 집중적으로 가열된다. 물론 전선도 조금씩 뜨거워진다. 전류는 약 400~600A 정도로 추정된다. 

구슬을 가열하는 동안, 전류에 의해서 자석이 떨리는 것을 볼 수 있다. 

구슬이 식어있을 때에는 자석에 잘 붙지만, 가열되었을 때에는 자석에 붙지 않는다. 

하지만 구슬을 물에 식히면 다시 자석에 붙는 것을 볼 수 있다. 가열된 구슬을 물에 담그면, 구슬에 닿은 부분의 물이 바로 기화되기 때문에 구슬 주변으로 기체 막이 생긴다. 좀 더 큰 구슬을 이용하면 조금 더 긴 시간동안 기체 막을 관찰할 수 있다. 

아래 영상은 어떤 사람이 니켈 구슬을 가열해서 물에 담궈보는 실험 영상이다.

http://youtu.be/9qSEfcIfYbw

위의 영상은 좀 더 큰 구슬을 이용해서 그런지 기체 막이 좀 더 오랫동안 유지되다가 구슬이 식으면서 막이 사라진다.

니켈의 퀴리온도는 철 보다 낮으므로 퀴리온도 실험이 목적이라면 니켈 구슬이 좀 더 수월할 것 같다.   

큰 위험요소가 있는 실험은 아니지만 잘못하면 심각한 화상을 입을 수도 있으니 매우 조심해야 하는 실험이기도 하다. 

아래의 표는 위키백과에서 가져온 주요 원소들의 퀴리온도 표 이다. 온도는 절대온도(켈빈) 단위이다. 

Material	Curie Temperature (K)
Iron (Fe)	1043
Cobalt (Co)	1400
Nickel (Ni)	631
Gadolinium (Gd)	292
Dysprosium (Dy)	88
MnBi	630
MnSb	587
CrO2	386
MnAs	318
EuO	69
Iron(III) oxide (Fe2O3)	948
Iron(II,III) oxide (FeOFe2O3)	858
NiOFe2O3	858
CuOFe2O3	728
MgOFe2O3	713
MnOFe2O3	573
Y3Fe5O12	560

표 출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/Curie_temperature

가돌리늄의 경우 퀴리온도가 거의 상온이므로, 퀴리온도 실험용이라면 가돌리늄을 냉수나 온수에 담그는 방법 등을 이용하면 간단할 수 있지만, 가돌리늄은 희토류 원소라서 가격이 비싸다.  

화재위험이 큰 실험이므로 소화기나 방화수 등을 갖춰서 사고가 나지 않도록 한 후 실험을 해야 안전하다.