世界觀察：小磁鐵滑滑梯

圖片來(lái)源：pixabay

(資料圖)

今天的天氣很好。小磁鐵來(lái)到操場(chǎng)上，看到很多小伙伴在滑滑梯。滑梯是由一條光滑的鋁板制成的，這是學(xué)校里最好玩的運(yùn)動(dòng)器材。看著別人飛速地滑下來(lái)，小磁鐵也想試一試。

小磁鐵爬上滑梯的頂端，閉上眼睛向下滑去。本想體驗(yàn)飛一般的感覺(jué)的它，卻好像被什么東西限制住了！很遺憾，小磁鐵并沒(méi)有像其他人那樣“嗖”地一下滑到底端。這是怎么回事呢？鋁也是一種金屬，難道小磁鐵是被鋁滑梯吸住了嗎？

當(dāng)然不是了，能被磁鐵吸引的金屬只有幾種，比如鐵、鎳、鈷等。它們?cè)拥膬?nèi)部結(jié)構(gòu)很特別，本身就具有磁矩（微觀粒子磁性的物理量）。而鋁是一種順磁性物質(zhì)（對(duì)磁場(chǎng)響應(yīng)很弱的磁性）。雖然在遇到磁鐵時(shí)，鋁也會(huì)產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)，但是這種磁場(chǎng)非常微弱，還不如鐵的千萬(wàn)分之一！所以鋁是不能被磁鐵所吸引的。

既然不是鋁滑梯限制了小磁鐵的滑行。那么會(huì)是什么原因呢？

小磁鐵突然想到了那句“磁能生電，電能生磁”。向下移動(dòng)的自己，不就是一塊行走的發(fā)電機(jī)嗎？當(dāng)磁鐵在鋁板上運(yùn)動(dòng)時(shí)，它產(chǎn)生的磁場(chǎng)也相當(dāng)于在鋁板上運(yùn)動(dòng)。由此，鋁板里產(chǎn)生了感應(yīng)電流。雖然鋁不像鐵那樣有強(qiáng)大的磁力，但它也是一個(gè)很好的導(dǎo)體！電流在鋁板內(nèi)部團(tuán)團(tuán)轉(zhuǎn)，形成電流“漩渦”——渦流。本質(zhì)上，渦流是感應(yīng)電流，也能產(chǎn)生磁場(chǎng)。而且，這個(gè)磁場(chǎng)與磁鐵的磁場(chǎng)還是相互排斥的！所以阻礙小磁鐵滑滑梯的罪魁禍?zhǔn)拙褪菧u流。鋁板內(nèi)感應(yīng)出的渦流會(huì)對(duì)磁鐵的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙作用。

聽(tīng)起來(lái)，渦流是一個(gè)壞家伙。但實(shí)際情況卻相反，渦流還是個(gè)能干的家伙！

渦流會(huì)生熱。既然能帶來(lái)熱量，那渦流就可以做很多好事了。比如說(shuō)，已經(jīng)走入千家萬(wàn)戶廚房的電磁爐。

看起來(lái)，電磁爐也沒(méi)什么了不起的嘛！它們通常是一個(gè)漆黑的正方形，表面由堅(jiān)硬耐熱的玻璃陶瓷制成。

但在它黑色表面的下面，隱藏著緊密纏繞的金屬線圈。當(dāng)你打開(kāi)電源時(shí)，一股電流就會(huì)通過(guò)線圈，產(chǎn)生一個(gè)看不見(jiàn)的磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)中的磁力線穿過(guò)鐵鍋或不銹鋼鍋鍋底時(shí)，會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的小渦流，靠渦流來(lái)切割金屬鍋具，鍋就能產(chǎn)生熱量，加熱食物了。不同于普通的明火加熱，電磁爐不僅加熱速度快，也相對(duì)安全很多。如果你的手不小心放到了電磁爐上，你會(huì)發(fā)現(xiàn)爐面并不是熱的（已經(jīng)放了鐵鍋的區(qū)域，會(huì)因?yàn)殍F鍋的熱傳導(dǎo)變熱）。因?yàn)闊崃坎⒉皇请姶艩t產(chǎn)生的，而是發(fā)生了渦流效應(yīng)的鍋。而電磁爐只對(duì)導(dǎo)磁物質(zhì)有加熱的作用。我們的手并是不導(dǎo)磁的，放上去自然不會(huì)感覺(jué)到熱了。（但是，為了避免其他意外的發(fā)生，小朋友還是遠(yuǎn)離電器為好！）

這就是方便、快捷、沒(méi)有污染又很安全的電磁爐的工作原理。另外，利用渦流效應(yīng)，什么焊接、熔接等工藝當(dāng)然也不在話下；有的金屬檢測(cè)器也是借助金屬中的渦流感應(yīng)，來(lái)檢測(cè)巖石、土壤中的金屬。

這就是阻礙小磁鐵滑滑梯的渦流，同時(shí)，它也是個(gè)應(yīng)用性很強(qiáng)的家伙！

作者：董依明

審稿：張軒中（中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員，中國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)員）

標(biāo)簽： 感應(yīng)電流 中國(guó)物理學(xué)會(huì) 玻璃陶瓷