
欢迎各位观众来到陕西科技馆参观,相信参观过展厅二层的各位都对电产生了浓厚的兴趣。有展示动能转化为电能过程的展品、按动按钮后产生放电现象的展品,还有通电后观察磁场方向的展品,可以说是多种多样。可是在我眼里,这些展品都缺乏让人眼前一亮的科技魅力。现在就为大家介绍身后的磁悬浮地球,相信二层内没有比能悬空的展品更吸引人的了。
先观察下展品的结构,大家看到,这地球模型上不粘顶、下不挨地,悬浮于空中。不止如此,它还模仿地球自转,由西向东慢慢的扭动身体。作用在球体上的不是魔法,而是——磁悬浮技术。
磁悬浮的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对球体的悬浮。而展品则是顶端设有一个磁铁,圆环形塑胶框内部的顶端设置了金属线圈,当线圈通电后就会变成电磁铁,电磁铁与地球顶端的磁铁相互吸引,其吸力抵消了地球仪自身的重力,便漂浮了起来。
原理说起来是比较简单,但要做到展品所展示的效果却是困难的。
难点1:磁性的大小如何改变?
因为展品在开启后,硕大的球体会缓缓上升,到达指定位置以后悬停。这一举动可以理解为:既不改变悬浮物的质量和磁铁大小、线圈圈数等硬件设施、也不借助人力物力的支持,使球体上移。那么能做文章的就只有一点:电流输出的强度。为了直观的了解“输出电流可以改变电磁铁磁性大小”,我设计了以下实验:
准备一根铁钉、一段导线、3组同输出功率的电池或者2组输出功率差异较大的电池、一盒小铁钉、一个开关。实验想法是模仿下图,制作出电磁铁,之后通过加减电池数
量来吸附铁钉或先用小功率电池组吸附铁钉之后再换大功率电池组吸附铁钉,这样实验数据对比才最为明显。最终可以得出结论——“输出电流的大小就能决定电磁铁磁力的大小”。那么难点1就好解决了,改变电流就可以了!对吗?
接下来就是难点2:如何达到展品需要的电流可控性?
电流大小是无法在硬件不改动的情况下改变的,所以需要的硬件设施起码要有检流计、可变电阻器、控制芯片来辅助,由检流计来测定电流的大小、控制芯片来判断加大减小电流的数值、最后再由可变电阻器来实施。以上就是解决难点2的基本对策。
相信各位听我详细解说这件展品之后肯定会想:“展品看起来并没多复杂,但实际上却是这么的讲究?”老实说,这不是我想听到的。本次的讲解只是想让大家知道,任何好的科学想法必须有技术的支持才能达到效果。希望往后各位可以以食其肉、断其骨、吸其髓的精神来学习知识,因为:只有精通,才会活用。
本次讲解到此结束,谢谢大家,我们下期再见吧。
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展品 原理:
地球顶端有一个磁铁,上方的圆环形塑胶框顶部有一个金属线圈,金属线圈通过电之后就会成为电磁铁了,电磁铁与地球顶端磁铁间的吸力可以抵消掉地球仪自身的重力,这样一来,地球就可以漂浮开空中了。地球仪底部有一个霍尔侦测器,保持地球仪处于平衡位置,以一定角度持续转动。