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磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究

科學實驗 閲讀(1.85W)
説起磁鐵,相信很多朋友們曾想過用巧妙的設計讓磁鐵懸浮起來。例如我構思過這麼一個方案,把很多磁鐵N極向上貼在一個碗的內側,然後把另外一些磁鐵N極向外貼在一個球的外側,這樣是否能懸浮呢?

著名的恩紹大定理告訴我們那是不可能的。

這個可惡的傢伙早在1842年就用數學證明了:若單靠宏觀的靜態古典電磁力,穩定的磁懸浮是不可能實現的。這是因為在物件上所承受的各種合力,包括了引力、靜電場及靜磁場會使物件變得很不穩定。這好比在光滑的坡頂放一個小球,雖然有某個平衡點存在,但事實上是無法穩定的,任意小的擾動都會讓它失去平衡。

但是恩紹大定理有個例外,就是物體的抗磁性。超導現象就是抗磁性的一個極端情況,因為超導體內部的感應電流可以非常大。這個實驗非常簡單,弄一個超導體的盤子,直接扔一塊磁鐵進去,磁鐵就能穩定地懸浮着。

磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究

我們在常温下有沒有可能實現靜態穩定磁懸浮呢?答案是肯定的!下面我們用抗磁性很強的金屬鉍(這個東西居然淘寶有賣,而且比奶粉便宜)設計一個巧妙的裝置,讓磁鐵懸浮起來,請看下圖:

磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究 第2張

下面介紹這個磁懸浮小製作裝置的作方法:

鉍的熔點只有271攝氏度,所以很容易就能把它融化,然後鑄造成各種形狀。下面我們就鑄造上面的裝置。

首先是安全防護和必要的工具:
(1)防護眼鏡
(2)厚(皮革)手套
(3)不鏽鋼湯勺
(4)熱源,如酒精燈、煤汽灶等
(5)事先做好的模具,可以用易拉罐做。

磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究 第3張

加熱熔化鉍

磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究 第4張

鉍熔化後倒入模具中

磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究 第5張

液態的鉍冷卻後得到鉍塊

把鉍塊安裝成如下圖所示的裝置

磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究 第6張

中心那個是磁鐵,是演示時才放置的。

製作這個架子,上面那串磁鐵用銅棒穿着且高度可調,調整適當高度,則置於鉍塊內的小磁鐵就可以懸浮了。

磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究 第7張

如果懸浮不成功,則要適當調整兩塊鉍的距離和上面磁鐵離鉍塊的距離。鑑於此,鉍塊也可以做成如下的結構,這樣就可以調整兩鉍塊的距離了。

磁懸浮小製作及磁懸浮裝置的原理探究 第8張

連接兩鉍塊的是一根銅絲,因其可以彎曲,所以很容易調整兩塊鉍的間距。