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之前盛傳我國的超導磁流體推進潛艇已經下水試驗,因此掀起了一股磁流體推進熱。超導磁流體潛艇是指使用了磁流體噴水推進技術的潛艇,因為海水具有導電性,若使有電流通過的海水置于磁場中,海水將會在電磁力的作用下運動,規(guī)律與磁場下的通電導體一樣,都符合左手定則。
當海水向后運動,船就會被反作用力向前推進,這就是所謂的“磁流體推進”,處在磁場里的海水也就是“磁流體”了,“超導”則是指產生磁場的是超導體制成的線圈。雖然這是一種新的高技術裝置,但是它的原理并不復雜,我們在自己家里用一個簡單的實驗就可以演示。
準備材料:
高強度磁鐵、細銅絲、食鹽水、干電池、胡椒粉(圖1)。其中食鹽水是用來模擬海水的,為了提高導電性,增強演示效果,最好使用飽和食鹽水。
制作過程
1. 把裝有食鹽水的淺盤放在高強度磁鐵上面(圖2)。
2. 在食鹽水上撒一些胡椒粉,為的是便于觀察水的流動。取兩根細銅絲,分別與干電池的兩極相接觸。如圖3,兩銅絲的另一端間距5~10毫米,插入磁鐵正上方的食鹽水里。
可以看到,兩銅絲之間的食鹽水開始流動,懸浮在水面上的胡椒粉,非常清晰地標示出了水流的方向。電流在食鹽水里從一根銅絲流向另外一根,磁鐵的磁場方向豎直向上,根據左手定則,可以判斷出水流的方向,并跟實際觀察到的現象互相印證。改變電流或磁場的方向,水流的方向也會隨之改變。
基于上述原理再制作一個磁流體推進的模型船。
準備材料:
泡沫塑料做的船體,高強度磁鐵,9伏電池,銅片(圖4)。
制作步驟:
1. 把磁鐵放進泡沫船體后方挖好的小孔里固定;再把銅片從磁鐵兩側穿過泡沫,但是不要與磁鐵相互接觸(圖5、圖6、圖7)。
2. 用一點兒雙面膠把9伏電池粘在船上。一個銅片與電池正極連接,另一個與負極連接,一艘磁流體推進船的模型就完成了(圖8、圖9)!
3. 把船放進食鹽水里進行試驗!由于這個模型的推進力非常微弱,因此要輕輕地把船模放進水里,盡量不要讓水面發(fā)生波動。在最初的幾十秒里,可以看到船緩慢地開始航行。如果發(fā)現船是倒退的,可以改變磁極或者電流的方向(圖10)。
實際應用中的磁流體推進器不是利用磁鐵,而是由超導體線圈產生磁場的。眾所周知,上海的磁懸浮列車,超導線圈產生的超強磁場可以托起一輛列車,當然也能推動一艘輪船了!
注意:把船模放進食鹽水后,會發(fā)現兩銅片之間有氣泡冒出。這是因為在進行電解食鹽水的反應,接電池正極的銅片上有氯氣產生,負極產生氫氣。由于氯氣是有毒的,因此船模放在水里的時間不應過長,建議在30秒以內,而且需要選擇在通風良好的環(huán)境下進行。另外9伏電池的電壓衰減很快,這是因為放電電流很大,對電池有損害,這也要求船模的航行時間限制在30秒以內。