市面上講述的磁懸浮之電磁技術(shù)

磁懸F就是用磁力克服重力讓物體懸空，但真正做起來并不容易，主要原因是沒有穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。要達(dá)到懸浮，必須是穩(wěn)定的懸浮。也就是說，用一個(gè)力(或位移)在任何方向上(上下左右前后等)來(小)擾動(dòng)被懸浮物,都會(huì)有一個(gè)恢復(fù)力，使得外力撤消后重新恢復(fù)平衡。

磁懸浮可以分成有源的和無源的兩大類,前者比如反饋式的，用光電、磁電等手段檢測(cè)到被懸浮物體偏離正常懸浮點(diǎn)后，通過調(diào)節(jié)電磁鐵的電流來使得物體保持在懸浮點(diǎn)附近，因此需要用電。這樣的懸浮從道理上看，與開直升飛機(jī)懸停沒什么區(qū)別。

無源懸浮又分為超導(dǎo)懸浮和普通磁懸浮兩類，前者是靠超導(dǎo)體的完全抗磁性來達(dá)到的，超導(dǎo)體和磁體之間就像安裝了彈簧一樣。簡(jiǎn)單說就是任何磁鐵在超導(dǎo)體附近的移動(dòng)都會(huì)在超導(dǎo)體表面產(chǎn)生電流，而這個(gè)感生電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)，因此磁鐵就與超導(dǎo)體相對(duì)靜止。

普通磁懸浮又可分成兩類，排斥懸浮和吸引懸浮。排斥懸浮有成品可買到,就是所謂的陀螺懸浮。其原理是用五塊大磁鐵(比如四角四塊N極向上、中間一塊S極向上)在懸浮空間上方產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)谷(對(duì)N極向下的懸浮磁鐵周圍排斥力強(qiáng)但中間弱)，那么只要被懸浮磁鐵的極性得到保持，就可以成功懸浮。但處于自由狀態(tài)的磁鐵會(huì)上下反轉(zhuǎn)，把排斥力變成吸引力,結(jié)果懸浮就失敗。解決這一問題的辦法就是把懸浮磁鐵做成陀螺，保證在運(yùn)轉(zhuǎn)期間極性不反轉(zhuǎn)，這樣才能懸浮起來。懸浮需要技巧，陀螺的重量要通過墊片調(diào)整到誤差在0.1g之內(nèi)才能懸浮，而且要求底座很平。

以上懸浮要么需要能量，要么需要不會(huì)持久保持的條件(超導(dǎo)的低溫、陀螺的旋轉(zhuǎn))，因此都不是永久懸浮方案。

最后一種，就是吸引懸浮。但吸引懸浮中,兩塊磁鐵的吸引力基本上是與距離的平方成反比的，盡管吸力與重力有一個(gè)平衡點(diǎn)，但為非穩(wěn)定平衡。為了解決這一問題，需要用反磁性物質(zhì)制造一個(gè)局部的穩(wěn)定空間。

我們做一個(gè)測(cè)試實(shí)例：

1、測(cè)試時(shí)道具可采用鉍粒，純度較低也可以。

2、用不銹鋼勺子在煤氣灶上熔化鉍(鉍的熔點(diǎn)不算高,500多度C),用易拉罐的底做模具，做了兩塊鉍錠。

3、相對(duì)鉆上6個(gè)小孔，用三根適當(dāng)長(zhǎng)度的銅絲把兩塊鉍錠架起來，中間留有空隙。把稀土磁鐵放到中間。

4、在上面適當(dāng)位置放上大磁鐵,結(jié)果小磁鐵懸浮了起來。這個(gè)懸浮自然是穩(wěn)定的，前后左右偏離達(dá)10mm，仍然可以復(fù)原。上下位置，由于有金屬的限位自然跑不掉，但會(huì)自動(dòng)居中。

工作原理

所謂(正)磁性，就是類似鐵這樣的物質(zhì),會(huì)被磁鐵的N極或S極所吸引，而且基本上力的大小與距離的平方成反比。

所謂反磁性/逆磁性，會(huì)被磁鐵排斥,或者說無論磁鐵的N極或S極接近反磁性物質(zhì),都會(huì)產(chǎn)生排斥力,而且力的大小也基本上與距離的平方成反比。

鉍是具備最強(qiáng)的反磁性的金屬。當(dāng)然，這個(gè)反磁性的大小還是比較弱的，甚至正常情況下很難觀察到。我剛才用電子分析天平測(cè)量了一下,某稀土小磁鐵在距離鉍塊0.5mm的位置上,排斥力只有0.05克力。而司樣的磁鐵距離鐵塊0.5mm的場(chǎng)合下有500g的吸引力，因此鉍的反磁性的大小只有鐵的正磁性的萬分之因此這個(gè)裝置也需要精心的設(shè)計(jì)和調(diào)整才能達(dá)到懸浮。首先，磁鐵的重力是靠上面的一塊上下極性相反的大磁鐵來平衡的。其次，由于這個(gè)磁鐵選的比較大，因此可以在距離比較遠(yuǎn)的情況下,其吸引力就可以與小磁鐵的重力相等(平衡點(diǎn))。而由于距離比較遠(yuǎn)，因此可以在小磁鐵周圍一個(gè)小范圍內(nèi)建立比較均勻的磁場(chǎng)，也就是說，當(dāng)小磁鐵上下少量移動(dòng)時(shí)，吸引力的變化不至于過大。第三，由于兩塊鉍板的引入，使得小磁鐵在靠近鉍的時(shí)候排斥力很快增大，無論是向上靠近還是向下靠近(因?yàn)榕懦饬σ不旧吓c距離的平方成反比),而這種排斥力隨距離的變化大于上下磁鐵之間吸引力的變化。因此，中間就成為一個(gè)穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。也可以這樣來理解:由于鉍的反磁性,如果在失重狀態(tài)下把磁鐵裝到用鉍做的空心盒里，那么磁鐵將保持在中心。最后，當(dāng)小磁鐵在水平方向上偏離中心位置后,由于上邊磁鐵吸引力的“懸掛”效應(yīng)(類似單擺),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水平的向心分力，使得小磁體復(fù)原。這也是吸引懸浮的優(yōu)勢(shì)所在。

磁懸浮地球儀利用電流磁效應(yīng)使地球儀漂浮在半空中。地球儀頂端有一個(gè)磁鐵,圓環(huán)形塑膠框內(nèi)部頂端有一個(gè)金屬線圈，金屬線圈通過電流就會(huì)成為電磁鐵。電磁鐵與地球儀頂端磁鐵間的吸引力可抵消地球儀所受重力，因此地球儀可漂浮在半空中。用手輕輕觸碰地球儀使其偏離平衡位置，手移開后地球儀仍可回到平衡位置不至掉落，這是利用負(fù)反饋機(jī)制。