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科学探索

旋转磁铁驱动的磁悬浮

科学探索万象经验2023-10-15

我们都知道,磁铁之间有相互吸引和相互排斥的力,这些力是由磁铁的磁化方向决定的。如果两个磁铁的同极相对,它们会互相推开;如果两个磁铁的异极相对,它们会互相吸引。这些力是沿着磁铁之间的连线方向的,所以如果我们想要让一个磁铁悬浮在另一个磁铁上方,我们必须找到一种方法来平衡这些力。

大多数人可能会想,可以用重力来抵消排斥力,这样就可以让一个磁铁静止地悬浮在空中了。但是,这是不可能的,因为根据恩肖定理,没有一种静态的磁场能够稳定地悬浮一个磁铁。换句话说,如果我们只用静态的磁场,悬浮的磁铁总是会在某个方向上失去平衡,然后掉下来或者飞走。

那么,我们能不能用动态的磁场来实现磁悬浮呢?答案是肯定的。事实上,有很多种方法可以用动态的磁场来悬浮一个磁铁,比如用交流电产生的变化的磁场,或者用反馈控制系统来调节磁场。但是,在这些方法中,悬浮的磁铁都是被动地跟随外部施加的磁场变化,而没有自己的运动。

然而,两年前,一些物理学家发现了一种新奇的磁悬浮现象,它不需要任何外部电源或控制系统,只需要两个永久性磁铁和一个电动机就可以实现。他们发现,如果让一个永久性磁铁快速地旋转起来(比如200赫兹),就可以让另一个永久性磁铁在它附近悬浮起来,并且跟着它一起旋转。这种现象很容易在实验室里用普通的器材复现,并且有很多有趣和令人惊讶的特点。