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小磁铁滑滑梯

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发布日期:2022-04-08

  

  图片来源:pixabay

  今天的天气很好。小磁铁来到操场上,看到很多小伙伴在滑滑梯。滑梯是由一条光滑的铝板制成的,这是学校里最好玩的运动器材。看着别人飞速地滑下来,小磁铁也想试一试。

  小磁铁爬上滑梯的顶端,闭上眼睛向下滑去。本想体验飞一般的感觉的它,却好像被什么东西限制住了!很遗憾,小磁铁并没有像其他人那样“嗖”地一下滑到底端。这是怎么回事呢?铝也是一种金属,难道小磁铁是被铝滑梯吸住了吗?

  当然不是了,能被磁铁吸引的金属只有几种,比如铁、镍、钴等。它们原子的内部结构很特别,本身就具有磁矩(微观粒子磁性的物理量)。而铝是一种顺磁性物质(对磁场响应很弱的磁性)。虽然在遇到磁铁时,铝也会产生一定的磁场,但是这种磁场非常微弱,还不如铁的千万分之一!所以铝是不能被磁铁所吸引的。

  既然不是铝滑梯限制了小磁铁的滑行。那么会是什么原因呢?

  小磁铁突然想到了那句“磁能生电,电能生磁”。向下移动的自己,不就是一块行走的发电机吗?当磁铁在铝板上运动时,它产生的磁场也相当于在铝板上运动。由此,铝板里产生了感应电流。虽然铝不像铁那样有强大的磁力,但它也是一个很好的导体!电流在铝板内部团团转,形成电流“漩涡”——涡流。本质上,涡流是感应电流,也能产生磁场。而且,这个磁场与磁铁的磁场还是相互排斥的!所以阻碍小磁铁滑滑梯的罪魁祸首就是涡流。铝板内感应出的涡流会对磁铁的运动产生阻碍作用。

  听起来,涡流是一个坏家伙。但实际情况却相反,涡流还是个能干的家伙!

  涡流会生热。既然能带来热量,那涡流就可以做很多好事了。比如说,已经走入千家万户厨房的电磁炉。

  看起来,电磁炉也没什么了不起的嘛!它们通常是一个漆黑的正方形,表面由坚硬耐热的玻璃陶瓷制成。

  但在它黑色表面的下面,隐藏着紧密缠绕的金属线圈。当你打开电源时,一股电流就会通过线圈,产生一个看不见的磁场。当磁场中的磁力线穿过铁锅或不锈钢锅锅底时,会产生无数的小涡流,靠涡流来切割金属锅具,锅就能产生热量,加热食物了。不同于普通的明火加热,电磁炉不仅加热速度快,也相对安全很多。如果你的手不小心放到了电磁炉上,你会发现炉面并不是热的(已经放了铁锅的区域,会因为铁锅的热传导变热)。因为热量并不是电磁炉产生的,而是发生了涡流效应的锅。而电磁炉只对导磁物质有加热的作用。我们的手并是不导磁的,放上去自然不会感觉到热了。(但是,为了避免其他意外的发生,小朋友还是远离电器为好!)

  这就是方便、快捷、没有污染又很安全的电磁炉的工作原理。另外,利用涡流效应,什么焊接、熔接等工艺当然也不在话下;有的金属检测器也是借助金属中的涡流感应,来检测岩石、土壤中的金属。

  这就是阻碍小磁铁滑滑梯的涡流,同时,它也是个应用性很强的家伙!

  作者:董依明

  审稿:张轩中(中国科普作家协会会员,中国物理学会会员)