王顥科學小實驗教程 帥帥分享之真實的磁懸浮
一、前言
來過上海的都知道這邊有磁懸浮列車,從軌道2號線龍陽路到浦東國際機場,長度為30公里,坐磁懸浮大約只需要8分鐘。
因為時速大約為430公里/小時,而普通的高鐵也就300公里/小時,快了很多。磁懸浮列車和地面軌道沒有接觸,不管是否運行,都是懸浮1釐米左右。
生活常識,物體之間沒有接觸就沒有摩擦力,只有與空氣之間的摩擦力,但是這個可以忽略不計。就像飛機一樣,大氣壓力託着飛機懸浮,飛行速度可以很快,大約800-1000公里/小時。
其實磁懸浮列車原理很簡單,地面有線圈,可以產生電磁鐵,列車上也有電磁鐵,讓兩者產生的磁性相同就行,就會出現同性相斥的現象。
至於如何前進呢?列車上有電路控制,讓列車頭跟靠前的地面電磁鐵相吸,與靠後面的地面電磁鐵相斥,這樣就出現一個拉一個推的疊加,就會牽引列車前進啦!
中國的磁懸浮列車是德國的技術,所以是常導型,就是常温就行,不需要低温條件。我們都知道,日本也有磁懸浮列車,而且早就商業運行,但是他們是超導型,需要低温條件下讓特殊材料產生抗磁性。太複雜了,先簡單介紹下。
二、實驗材料
強力磁鐵若干個
熱解石墨(這都可以在X寶上買)
日本進口鉛筆芯
三、真實的磁懸浮科學小實驗步驟
將相鄰的強力磁鐵的N和S極相反,舉個例子:第一排N-S-N-S,第二排S-N-S-N,第三排N-S-N-S,以此類推就行。
然後將熱解石墨放在磁鐵上就行,隨意玩。可以在石墨下面放一張紙,也可以用吸管吹石墨的邊緣,這樣可以旋轉很久。
也可以將鉛筆芯放在磁鐵上,同熱解石墨類似。
四、實驗原理
利用熱解石墨的抗磁性,無論與磁體的N極還是S極相對,熱解石墨都對其產生斥力。熱解石墨是常温下抗磁性最強的物質,強到在永磁底座上產生的抗磁力就能夠抵消自身的重力,形成穩定磁懸浮。抗磁性強度表:
唯一比熱解石墨抗磁性強的物質是超導,但是超導卻需要在液氮營造的超低温環境下才有如此的性質,常温下遠不如熱解石墨,鉍的抗磁性也不錯(約為熱解石墨的十分之四),但是由於鉍的密度太大,產生的抗磁力遠遠小於自身的重力,無法形成懸浮。
熱解石墨和石墨是一回事兒嗎?
熱解石墨雖然名字後面有石墨二字,成分也是碳,但它跟石墨是晶格排列完全不同的兩種物質。如同金剛石和石墨的區別,兩者成分完全相同,但是形狀卻不同。特殊的晶格排列造就了熱解石墨的抗磁性是石墨的25倍。
實測同等條件下「熱解石墨」能懸浮1~2mm的高度,而高純石墨(日本進口)僅能懸浮0.2mm左右。國產高純石墨則完全不能懸浮,反被吸住(推測可能是國產石墨普遍含有微量的鐵)。
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