有趣又有用的磁悬浮现象

青蛙是两栖动物。有时它们会静静地漂浮在水中。也许他们正在休息。这并不罕见，但是你见过青蛙在空中漂浮吗？当青蛙在水里时，它会被水浮起。这个力正好等于它受到的重力，它漂浮在水中。空气不能给青蛙同样的浮力，地球的引力总是把它们拖向地面。青蛙只能悬浮在空中，除非它们有其他东西支撑着。这种力量存在吗？有一种磁悬浮力是可以实现的。现在，科学家们已经在实验室里意识到要用一个强磁场来推动青蛙向上，以抵消地球的重力，让它漂浮起来。学生可能会问，青蛙没有磁性，因为它不能像磁铁一样被吸引到冰箱门上，那么磁场是如何对它产生作用力的呢？请暂时把这个问题放在一边，耐心地读这篇文章，你就会明白了。我们知道，当两个磁铁的同一端靠得很近时，它们会互相排斥。当同义词接近时，它们互相吸引。如果下磁体的N极向上，上磁体的N极向下，则上小磁体被向上推，这是永磁体的磁悬浮。例如，有一个地球仪，在架子的中间悬挂着一个圆形球体，它可以旋转而不穿过球体的轴线。这是由磁悬浮原理制成的。如果你仔细看看，你肯定会发现里面藏着磁铁！你不妨找一些永久磁铁，利用同性相斥、异性相吸的原理，自己制作一些小玩意，这不是很有趣吗？永磁悬浮有许多应用。据报道，美国一家创新的可再生能源技术公司在风力涡轮机中使用带有永磁材料的叶片，由于磁铁的排斥力，使它们悬浮旋转。磁悬浮原理避免了电机的机械阻力和摩擦阻力，从而大大提高了风力发电机组的风能利用率，降低了风力发电的成本。2005年底，《人民日报》还报道称，包括中国科学院在内的几个单位联合开发了一种全永磁悬浮风力发电机，可将发电量提高20%以上。不仅永久磁铁，电磁铁也能产生磁场。1922年，德国工程师赫尔曼·强森提出了电磁悬浮原理，人类开始探索和发展磁悬浮列车。磁悬浮列车是一种依靠磁性吸引或排斥来降低摩擦阻力的列车。由于轨道的磁力，列车行驶时悬浮在空中，不与轨道接触，因此与轨道没有摩擦阻力，只有空气阻力。磁悬浮列车的最高速度可达500公里/小时以上，并能大大降低噪音。人们希望这将是未来除飞机之外的另一种快速交通方式。利用吸引力来提升物体，利用排斥力来提升物体，这两种力都能使物体处于悬浮状态。目前，世界上的磁悬浮列车主要以排斥和吸引的形式出现。磁悬浮列车利用磁引力使车辆悬浮，使用一个T型导轨。车辆两侧的下部环绕导轨的两侧。钢板安装在导轨的底部。金属线圈安装在车辆的下部。当电流流过线圈时，会产生磁场。这是一个电磁铁。钢板在顶部，电磁铁在底部。电磁铁的强大磁力将车辆向上吸引。当吸引力与车辆重力平衡时，车辆悬挂在导轨上方。排斥轨道是U形的。当列车向前移动时，车辆下方的电磁体使埋在轨道中的线圈产生感应电流，从而轨道中的线圈也变成电磁体，它与车辆下方的电磁体产生排斥磁力，将车辆推离轨道。几个国家开发的磁悬浮列车有多种形式。德国在1971年开发了一种磁悬浮测试车，带有通常导电的磁铁。英国在1984年建造了一条低速磁悬浮铁路。日本在1987年制造了最高时速为420公里的超导磁悬浮列车。目前，美国正在开发一种以超导模式运行的地下真空磁悬浮超音速列车。设计的最大速度是2.25×104公里/小时，穿越美国大陆只需要21分钟。上海磁悬浮列车建于2002年，采用德国技术。中国2005年建造的第一辆永磁悬浮列车在大连问世，采用了中国自主创新的“永磁补偿悬浮技术”。其他利用磁悬浮原理的设备包括磁悬浮电梯、磁悬浮轴承和磁悬浮电动洒水器。值得一提的是，南京的一名初中二年级学生发明了磁悬浮旗杆，它不需要人拉绳子，使用的基本原理与磁悬浮列车相同。最后，让我们谈谈为什么磁场能对青蛙产生作用力。事实证明，不同的物体在磁场中表现出不同的性质，但它们可以大致分为三种类型:顺磁性、反磁性和铁磁性。例如，铁和镍是铁磁性的，稀土元素是顺磁性的，青蛙是反磁性的。在磁场中，反磁性物质表现出反磁性。当一只青蛙被放在磁场中时，青蛙的每个原子就像一个小磁针。由于外部磁场对这些小磁针的作用，产生了向上的力。如果磁场的强度合适，力与青蛙的重力是平衡的，它们可以挂在空中。学生们看到这里，明白了反磁悬浮的原理不同于使火车飞行的电磁悬浮和永磁悬浮。事实上，动物属于反磁性物质，科学家也在老鼠等动物身上做了实验，结果相同。因为人类也是动物，他们当然可以被视为磁场中的反磁性物体。因此，利用反磁学原理，有可能在未来用足够强的磁场和精心设计来悬浮人类。当然，这不仅是为了好玩，而且在医学和其他领域也有实际意义。