范德格拉夫起电机演示试验

悬浮地球仪

Magnetic suspension globe

磁悬浮地球仪运用磁悬浮的科学原理，将地球仪在无任何支撑及触点的空中自转,展示地球的真实状态，具有独特的视觉效果，给人以奇特新颖的感觉和精神享受。同时具有很高的欣赏和使用价值，地球球面为标准的世

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技产品的神奇魅力。

[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。

[现象观察]

图1磁悬浮地球仪装置

B

C

图2 地球仪内部构件示意图

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在空中，并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。但通常情况下，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。这里是在上磁极上安装有一个带有负反馈功能的电磁线圈，使得在一定高度处有一个势能极小点。地球仪的常温磁悬浮就是利用这一极小点：即把地球仪放置在该势能极小点处。

为了实现磁悬浮，采取了两项措施，那就是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上极地磁极的位置，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：一是悬浮力强。二是经济性好。三是节能性强。四是安全性好。五是平衡性稳定。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，避免了向下掉损坏悬浮体，试分析其原理。