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世界觀察:小磁鐵滑滑梯

發(fā)布時間:2022-06-28 05:50:19 來源:中國科學(xué)技術(shù)館 責(zé)任編輯:caobo

圖片來源:pixabay


(資料圖)

今天的天氣很好。小磁鐵來到操場上,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)動器材。看著別人飛速地滑下來,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)飛一般的感覺的它,卻好像被什么東西限制住了!很遺憾,小磁鐵并沒有像其他人那樣“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。它們原子的內(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)(對磁場響應(yīng)很弱的磁性)。雖然在遇到磁鐵時,鋁也會產(chǎn)生一定的磁場,但是這種磁場非常微弱,還不如鐵的千萬分之一!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)動時,它產(chǎn)生的磁場也相當(dāng)于在鋁板上運(yùn)動。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。而且,這個磁場與磁鐵的磁場還是相互排斥的!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)出的渦流會對磁鐵的運(yùn)動產(chǎn)生阻礙作用。

聽起來,渦流是一個壞家伙。但實(shí)際情況卻相反,渦流還是個能干的家伙!

渦流會生熱。既然能帶來熱量,那渦流就可以做很多好事了。比如說,已經(jīng)走入千家萬戶廚房的電磁爐。

看起來,電磁爐也沒什么了不起的嘛!它們通常是一個漆黑的正方形,表面由堅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)你打開電源時,一股電流就會通過線圈,產(chǎn)生一個看不見的磁場。當(dāng)磁場中的磁力線穿過鐵鍋或不銹鋼鍋鍋底時,會產(chǎn)生無數(shù)的小渦流,靠渦流來切割金屬鍋具,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,也相對安全很多。如果你的手不小心放到了電磁爐上,你會發(fā)現(xiàn)爐面并不是熱的(已經(jīng)放了鐵鍋的區(qū)域,會因?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,放上去自然不會感覺到熱了。(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;有的金屬檢測器也是借助金屬中的渦流感應(yīng),來檢測巖石、土壤中的金屬。

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

作者:董依明

審稿:張軒中(中國科普作家協(xié)會會員,中國物理學(xué)會會員)

標(biāo)簽: 感應(yīng)電流 中國物理學(xué)會 玻璃陶瓷

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