冰箱貼和磁懸浮列車有關聯嗎?它們運用的原理是什麼?你知道嗎?

2020-11-29 漫談科學
冰箱貼

不知道大家生活中有沒有發現這個問題:家裡的冰箱貼只有一面可以貼住冰箱,而另一面放到冰箱上會掉下來。

按理說,冰箱貼應該是兩面都有磁性的啊?為什麼會有一面貼不住呢?答案就是:現在的冰箱貼裡應用了粒子加速器裡的磁體布陣法。

磁鐵

提請辭體布陣法就不得不引出一個概念——哈爾巴赫陣列。

線性哈爾巴赫陣列

哈爾巴赫陣列其實是一系列永磁體的排布方式,這種排布方式使得磁場在一邊減弱,但在另一邊得到增強。通過這種方法就可以有效增強某處的磁場,同時使其變得均勻。

眾所周知磁體同性相斥,異性相吸。所以很多人下意識地會認為,要讓磁場變大,就是把幾塊磁體的N極合在一起,S極也合在一起,但是事實上這樣真的有用嗎?

實際情況是:當你把幾塊按照同極合在一起後,磁鐵兩邊的磁力並不會變大。相反,如果讓幾塊磁體旋轉排布,反而能夠在一面能到更強的磁場。當然,另一面的磁場就會大大減弱減弱了。這就是哈爾巴赫陣列的邏輯。

同極排列
旋轉排列

這個現象最早是美國物理學家約翰·馬林森在1973年發現的,但在當時並沒有引起他的重視,他認為這個發現最多只能用在磁帶技術上。到了80年代,同樣是美國的物理學家克勞斯·哈爾巴赫 在研究如何集中粒子束時再次發現了這個陣列,並且獨立發表了聲明,因此這個現象最後就以他的名字命名——哈爾巴赫陣列。

克勞斯·哈爾巴赫

有的人可能會說為何早期的冰箱貼兩面都是吸在冰箱上?這是因為,一開始發明冰箱貼時就是將一顆圓柱形的磁鐵嵌在外層橡膠上。

老式磁鐵冰箱貼

但是隨著科技的發展以及市場需求,現在的冰箱貼基本不再使用磁鐵鑲嵌,而是用氧化鐵粉末和塑料粘合劑製成。這種磁性混合物被切割成邊長約為1毫米的三角形稜柱後,再按照哈爾巴赫陣列排布。這種技術不但可以增強磁場,還可以大大降低成本。

紅色箭頭代表有磁性

除了冰箱磁鐵,哈爾巴赫陣列也被廣泛應用在了高能物理領域,例如粒子加速器,、磁懸浮列車、自由電子雷射器,同步輻射裝置、直流電機、磁透鏡、磁力耦合器以及發電機等等。

磁懸浮列車

當然,除了線性哈爾巴赫陣列,還有其他類型的排布形式。

環形哈爾巴赫陣列
內陷型哈爾巴赫陣列

希望在未來我們能夠更好的將哈爾巴赫陣列用於我們的生活中!

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