我见过的磁悬浮可以分成有源的和无源的两大类,前者比如反馈式的,用光电、磁电等手段检测到被悬浮物体偏离正常悬浮点后,通过调节电磁铁的电流来使得物体保持在悬浮点附近(中国传统剪纸艺术论文),因此需要用电。这样的悬浮从道理上看,与开直升飞机悬停没什么区别。
无源悬浮又分为超导悬浮和普通磁悬浮两类,前者是靠超导体的完全抗磁性来达到的,超导体和磁体之间就像安装了弹簧一样。简单说就是任何磁铁在超导体附近的移动都会在超导体表面产生电流,而这个感生电流所产生的磁场阻碍磁铁的运动,因此磁铁就与超导体相对静止。
普通磁悬浮又可分成两类,排斥悬浮和吸引悬浮。排斥悬浮有成品可买到,就是所谓的陀螺悬浮。其原理是用五块大磁铁(比如四角四块N极向上、中间一块S极向上)在悬浮空间上方产生一个磁场谷(对N极向下的悬浮磁铁周围排斥力强但中间弱),那么只要被悬浮磁铁的极性得到保持,就可以成功悬浮。但处于自由状态的磁铁会上下反转,把排斥力变成吸引力,结果悬浮就失败。解决这一问题的办法就是把悬浮磁铁做成陀螺,保证在运转期间极性不反转,这样才能悬浮起来。这个“玩具”我很早也买过,悬浮需要技巧,陀螺的重量要通过垫片调整到误差在0.1g之内才能悬浮,而且要求底座很平。
以上悬浮要么需要能量,要么需要不会持久保持的条件(超导的低温、陀螺的旋转),因此都不是永久悬浮方案。
最后一种,就是吸引悬浮。但吸引悬浮中,两块磁铁的吸引力基本上是与距离的平方成反比的,尽管吸力与重力有一个平衡点,但为非稳定平衡。
为了解决这一问题,需要用反磁性物质制造一个局部的稳定空间。
我先给出我的试验过程和结果,过一会儿再讲具体原理,并给出另一个制作实例。
1、花90元买来500克分析纯的铋粒。实际上用不了这么多,也用不着这么纯,但只有这个可买。
2、用不锈钢勺子在煤气灶上熔化铋(铋的熔点不算高,500多度C),用易拉罐的底做模具,做了两块铋锭。
3、相对钻上6个小孔,用三根适当长度的铜丝把两块铋锭架起来,中间留有空隙。把稀土磁铁放到中间。
4、在上面适当位置放上大磁铁,结果小磁铁悬浮了起来。
这个悬浮自然是稳定的,前后左右偏离达10mm,仍然可以复原。上下位置,由于有金属的限位自然跑不掉,但会自动居中。
工作原理
所谓(正)磁性,就是类似铁这样的物质,会被磁铁的N极或S极所吸引,而且基本上力的大小与距离的平方成反比。
所谓反磁性/逆磁性,会被磁铁排斥,或者说无论磁铁的N极或S极接近反磁性物质,都会产生排斥力,而且力的大小也基本上与距离的平方成反比。