磁悬浮小制作及磁悬浮装置的原理探究

小实验 / 2015-01-08 / 黄爸爸 / 20715℃
说起磁铁,相信很多朋友们曾想过用巧妙的设计让磁铁悬浮起来。例如我构思过这么一个方案,把很多磁铁N极向上贴在一个碗的内侧,然后把另外一些磁铁N极向外贴在一个球的外侧,这样是否能悬浮呢?

著名的恩绍大定理告诉我们那是不可能的。

这个可恶的家伙早在1842年就用数学证明了:若单靠宏观的静态古典电磁力,稳定的磁悬浮是不可能实现的。这是因为在物件上所承受的各种合力,包括了引力、静电场及静磁场会使物件变得很不稳定。这好比在光滑的坡顶放一个小球,虽然有某个平衡点存在,但事实上是无法稳定的,任意小的扰动都会让它失去平衡。

但是恩绍大定理有个例外,就是物体的抗磁性。超导现象就是抗磁性的一个极端情况,因为超导体内部的感应电流可以非常大。这个实验非常简单,弄一个超导体的盘子,直接扔一块磁铁进去,磁铁就能稳定地悬浮着。

我们在常温下有没有可能实现静态稳定磁悬浮呢?答案是肯定的!下面我们用抗磁性很强的金属铋(这个东西居然淘宝有卖,而且比奶粉便宜)设计一个巧妙的装置,让磁铁悬浮起来,请看下图:

下面介绍这个磁悬浮小制作装置的作方法:

    铋的熔点只有271摄氏度,所以很容易就能把它融化,然后铸造成各种形状。下面我们就铸造上面的装置。

   首先是安全防护和必要的工具:
    (1)防护眼镜
    (2)厚(皮革)手套
    (3)不锈钢汤勺
    (4)热源,如酒精灯、煤汽灶等
   (5) 事先做好的模具,可以用易拉罐做。


    加热熔化铋


铋熔化后倒入模具中


液态的铋冷却后得到铋块

把铋块安装成如下图所示的装置


中心那个是磁铁,是演示时才放置的。

制作这个架子,上面那串磁铁用铜棒穿着且高度可调,调整适当高度,则置于铋块内的小磁铁就可以悬浮了。

如果悬浮不成功,则要适当调整两块铋的距离和上面磁铁离铋块的距离。鉴于此,铋块也可以做成如下的结构,这样就可以调整两铋块的距离了。


连接两铋块的是一根铜丝,因其可以弯曲,所以很容易调整两块铋的间距。

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