1+1+1可以大于3吗?

作者: GUOmazing&米老猫

来源: 中科院物理所

发布日期: 2021-01-16 13:00:48

通过实验探讨磁铁排列方式对磁场强度的影响,发现不同排列方式下磁铁的磁力有显著差异,特别是海尔贝克阵列可以显著增强磁场,这一原理在磁悬浮列车和冰箱贴等应用中具有重要意义。

大家一定都听过这样一个谚语:一个和尚挑水吃,两个和尚抬水吃,三个和尚没水吃。这说明责任与分工真的很重要!如果磁铁也懂得这个道理的话,几个磁铁排列起来,是不是可以获得更强的磁力呢?

实验器材:所标杯、绳子、透明塑料袋、小磁针、5个方形磁铁、长方体盒子、胶枪、钢珠。

实验过程:首先用小磁针判断磁铁的磁力方向,并在每一小块上做好标记。用胶枪在长方体盒子上粘上一小段绳子,当做挂钩与塑料袋连接起来。

先试试第一种排列方式,将排列好的磁铁条放入盒子内,利用磁铁的磁性将装置固定在铁板上,慢慢的向塑料袋中放入钢珠,发现第一种排列方式最多能放14个钢珠。换一种排列方式,采取与上述相同的方法,发现可以放入的钢珠大大增加,最多可以放112个!也可以试试这种排列的另一侧,则只可以放9个钢珠。用下面这种排列方式时,则可以放41个。

原理解说:不同磁体以不同方式排列起来,各自的磁场经过叠加,其磁场强度的空间分布会有不同。这次实验,我们把磁体按照不同的顺序纵向、横向交替排列,下面可以悬挂不同数目的钢珠,这说明小磁体上方的磁场强度是不同的。其中有一些排列顺序使得小磁铁某个方向的磁场强度得到了加强。这种特殊结构称为海尔贝克阵列,各个磁体的磁化方向按照阵列依次旋转某个角度,可以用最少量的磁体产生最强的磁场。

海尔贝克阵列可以加强单边磁场,在生活中有着广泛的应用。比如磁悬浮列车中应用到的电动悬浮原理,可以通过加强的单边磁场提高悬浮时的浮阻比,减小能量损失,同时减小对乘客的辐射。生活中的冰箱贴多应用价格低廉但磁力弱的钕铁硼材料,通过海尔贝克阵列,使其可以牢牢吸附。

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