磁悬浮地球仪的原理与措施

磁悬浮地球仪

MagneticSuspensionGlobe

磁悬浮地球仪能够在无任何支撑及触点的情况下在空中自转，具有独特的视觉效果，本实验对它进行介绍。

实验装置

磁悬浮地球仪如图1所示。仪器内部装置如图2所示，整个装置由A，B，C三部分组成，A为待悬浮体地球仪，B，C分别为上下固定点。在地球仪A的南北两极处各安装一个小的永磁体，外N极内S极；C处安装一个永磁体，极性为上S极下N极。

图1　磁悬浮地球仪装置

图2　地球仪内部构件示意图

现象观察(www.xing528.com)

1.接通电源；

2.双手持地球仪，使北极点自上而下慢慢接近上磁极，在一定高度处突然觉得手持力消失，双手松开即可将地球仪悬浮于空中，并可在空中缓慢地转动地球仪。

现象解密

本实验是利用磁体间的相互作用实现常温磁悬浮的。通常情况下，磁体间距离越近作用力越大。因此，由静磁场对磁体的作用而形成的磁悬浮一般是不稳定的。为克服这一点，磁悬浮地球仪采取了两项措施：负反馈调节磁力和用磁力定位。B为上固定点，它由永磁体E、磁场敏感元件F和励磁线圈D组成。如果没有D，只靠E的作用不可能使A稳定地浮起来。为使A能稳定地悬浮，特意在上固定点B设置F和D，令励磁线圈D通以一定强度的电流，电流线圈产生的磁场方向与永磁体E的相同，即它们的合磁场对地球仪上的N极产生吸引。磁场敏感元件F感知地球仪A的位置，若地球仪A靠近E的S极时，合磁场将较强，有更吸引A往上的趋势，此时受F调整的控制电路将减弱流过D线圈的电流，使合磁场变弱，A将因吸引减弱而不向上运动；反之，若A偏下，F感知地球仪偏下，F调整控制电路将增强流过D线圈的电流，使合磁场变强，A将因吸引力增强而不向下运动。总之，在控制电路的调节下，地球仪A受到的磁力与重力平衡，悬浮在空中。下固定点C的作用是防止地球仪A摆动，使A总是趋于竖直并稳定地悬浮在空中。

知识拓展

目前世界上有三种类型的磁悬浮。一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。而第三种，就是中国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。中国永磁悬浮与国外磁悬浮相比有五大方面的优势：悬浮力强、经济性好、节能性强、安全性好和平衡稳定好。槽轨永磁悬浮是专为城市之间的区域交通设计的，列车在高架的槽轨上运行，设计时速230公里，既可客运，又可货运。

思考题

1.用交流涡流能否实现物体的常温磁悬浮?

2.当出现断电时悬浮体会自动向上吸起，避免了落下而被损坏，试分析其原理。