磁浮地球儀

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周祥順｜海洋大學光電學研究所

桌上有一個地球儀。仔細瞧瞧，地球儀竟然漂浮在半空中，為什麼地球儀可以抵抗重力呢？其實這是一種磁浮現象，我們利用電流磁效應使地球儀漂浮在半空中。

我們先談談什麼是電流磁效應。在十九世紀之前，人們認為電與磁是兩種毫不相干的現象。比方說，以羊毛布摩擦塑膠水管，水管可吸引紙片，這是電的現象；磁鐵會吸鐵屑，這是磁的現象。兩者之間似乎毫無關係。1820 年，丹麥物理學家奧斯特發現載電流導線可使指南針偏轉。奧斯特的發現為電與磁搭起了橋樑。

長直導線磁場方向可由右手定則決定：伸出你的右手，豎立大姆指，其餘四個手指彎曲。如果大姆指沿著電流方向豎立，則其餘四個手指彎曲的方向就是磁場的方向。圓形線圈及螺線管的磁場方向也可由右手定則決定：豎立大姆指，其餘四個手指沿電流方向彎曲，大姆指所指的方向即為磁場的方向。圓形線圈及螺線管的磁場與磁棒的磁場類似，發出磁力線的一端為北極（以Ｎ表示），磁力線進入的一端為南極（以Ｓ表示）。

我們現在可以瞭解磁浮地球儀的原理了。地球儀的下端有一個磁鐵，底座內有四個磁鐵。上下方為兩個永久磁鐵，左右方則為兩個螺線管電磁鐵。底座內四個磁鐵與地球儀下端的磁鐵互斥。左方螺線管對地球儀的磁力朝右上方，右方螺線管對地球儀的磁力則朝左上方。在水平方向，兩個螺線管的磁力抵銷；在垂直方向，兩個螺線管的磁力則相加。因此，兩個螺線管對地球儀的合力方向為向上。

更深一層看，如果地球儀向右偏離平衡點位置，則右方螺線管作用在地球儀的磁力將比左方螺線管大，因此可將地球儀向左推回平衡點位置。反之，如果地球儀向左偏離平衡點位置，則左方螺線管作用在地球儀的磁力將比右方螺線管大，因此可將地球儀向右推回平衡點位置。也就是說，當地球儀偏離平衡點位置時，螺線管的磁力可使它回到平衡點位置。這樣的平衡點稱為穩定平衡點。同樣道理，底座內兩個永久磁鐵對地球儀的合力也是向上。當地球儀偏離平衡點位置時，永久磁鐵的磁力也可使它回到平衡點位置。所以地球儀可以穩定地飄浮在半空中。

資料提供

海洋大學光電科學研究所周祥順教授
E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

浮(2) 右手定則(9)

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