12 Curie Point Engine

Aufgabenstellung

Make a nickel disc that can rotate freely around its axis. Place a magnet near the edge of the disc and heat this side of it. The disc starts to rotate. Investigate the parameters affecting the rotation and optimize the design for a steady motion.

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Leitfragen

  • Was für Materialeigenschaften ändern sich beim Erhitzen von Nickel? Welche ist dabei die entscheidende? Gibt es auch andere Materialien, die solche Eigenschaften besitzen? Wieso ist Nickel aber am besten von diesen geeignet?
  • Welchen Effekt bewirkt der Magnet? Was passiert im Material durch die Temperaturänderung und ein Magnetfeld? Handelt es sich um einen einzigen Effekt oder vielleicht eine Kombination von mehreren Effekten, die voneinander abhängen?
  • Welche Eigenschaften sollte der Magnet haben? Ist ein homogenes Feld oder ein inhomogenes Feld besser geeignet?
  • Was passiert mit dem Magnetfeld beim Eindringen in die Nickelplatte?
  • Wie sollte der Magnet platziert und orientiert sein? Beeinflusst das die Rotationsrichtung?
  • Was für eine Kraft wirkt? Wie führt diese zur Rotation?
  • Wie ist die Temperatur an unterschiedlichen Punkten der Platte? Was für Vorgänge sind hierfür zuständig? Wie wird die Wärme zugeführt, wie über die Platte verteilt und wie wird sie von der Platte an die Umgebung abgegeben?
  • Gibt es auch Effekte, die die Platte abbremsen?
  • Was ist eine "steady motion"? Unter welchen Bedingungen kommt diese Zustande?

Experimenteller Aufbau

Eine komplette Scheibe aus Nickel kann sehr teuer sein. Eventuell ist es möglich, stattdessen eine Trägerscheibe (welche Materialeigenschaften sollte diese haben?) mit aufgebrachtem Nickelband (oder ähnlichem) zu verwenden. Funktioniert damit das Phänomen noch und wie wird es dadurch verändert?

Eine Aufhängemöglichkeit mit sehr wenig Reibung bietet eine Nadelspitze (kippt ständig um? wo sollte der Schwerpunkt der Scheibe sein?).