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之前盛傳我國的超導(dǎo)磁流體推進(jìn)潛艇已經(jīng)下水試驗,因此掀起了一股磁流體推進(jìn)熱。超導(dǎo)磁流體潛艇是指使用了磁流體噴水推進(jìn)技術(shù)的潛艇,因為海水具有導(dǎo)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(dǎo)體一樣,都符合左手定則。
當(dāng)海水向后運動,船就會被反作用力向前推進(jìn),這就是所謂的“磁流體推進(jìn)”,處在磁場里的海水也就是“磁流體”了,“超導(dǎo)”則是指產(chǎn)生磁場的是超導(dǎo)體制成的線圈。雖然這是一種新的高技術(shù)裝置,但是它的原理并不復(fù)雜,我們在自己家里用一個簡單的實驗就可以演示。
準(zhǔn)備材料:
高強(qiáng)度磁鐵、細(xì)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(dǎo)電性,增強(qiáng)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(qiáng)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(xì)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(biāo)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(jù)左手定則,可以判斷出水流的方向,并跟實際觀察到的現(xiàn)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(jìn)的模型船。
準(zhǔn)備材料:
泡沫塑料做的船體,高強(qiáng)度磁鐵,9伏電池,銅片(圖4)。
制作步驟:
1. 把磁鐵放進(jìn)泡沫船體后方挖好的小孔里固定;再把銅片從磁鐵兩側(cè)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(fù)極連接,一艘磁流體推進(jìn)船的模型就完成了(圖8、圖9)!
3. 把船放進(jìn)食鹽水里進(jìn)行試驗!由于這個模型的推進(jìn)力非常微弱,因此要輕輕地把船模放進(jìn)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(xiàn)船是倒退的,可以改變磁極或者電流的方向(圖10)。
實際應(yīng)用中的磁流體推進(jìn)器不是利用磁鐵,而是由超導(dǎo)體線圈產(chǎn)生磁場的。眾所周知,上海的磁懸浮列車,超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的超強(qiáng)磁場可以托起一輛列車,當(dāng)然也能推動一艘輪船了!
注意:把船模放進(jìn)食鹽水后,會發(fā)現(xiàn)兩銅片之間有氣泡冒出。這是因為在進(jìn)行電解食鹽水的反應(yīng),接電池正極的銅片上有氯氣產(chǎn)生,負(fù)極產(chǎn)生氫氣。由于氯氣是有毒的,因此船模放在水里的時間不應(yīng)過長,建議在30秒以內(nèi),而且需要選擇在通風(fēng)良好的環(huán)境下進(jìn)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(nèi)。