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磁浮地球儀
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。
 
 
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(請參考「富藍克林馬達」單元);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
 
延伸閱讀:
細說「磁浮地球儀」
標籤 標籤:
右手定則(7)浮(2)重力力(1)
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