本文主要介绍一系列电磁学演示实验,共有十个视频,涉及法拉第笼、电流传输原理、电动火车、磁悬浮等主题。本文将对其中的几个实验进行现象介绍和原理解释。
1.法拉第笼
法拉第笼是以物理学家迈克尔·法拉第命名的,他在1836年首次制造了这种笼子。法拉第笼之所以能发挥作用,是因为外部电场导致笼子内的导电材料产生电荷分布,从而抵消内部电场的影响。这种现象可保护敏感电子设备免受外部射频干扰。演示者通过实验解释了静电的原理,并展示了在闪电天气下呆在汽车里的安全性。
2.电流传输
有一个科普视频详细讲解了“电流是如何传输的”。视频主要澄清了以下几个问题:
电能是通过电磁场在空间中传播的,而不是依赖电子的运动来输送。导线在其中的作用不可忽视。没有导线,电磁场会在空间中弥散,而导线的存在使空间的对称性被,有助于电能高效传输。虽然无限输电是可能的,但目前的技术还无法实现,因为沿途的损失太大。开关的操作会激发变化的电磁场,产生的电磁波以接近光速传播,受影响的导线会接收到能量。实验证明了在特定情况下,灯泡可以在非常短的时间内亮起。针对因果律的疑问,视频解释说在远方断开电路并不影响灯泡在开关处发出的电磁波抵达断点再反射回来之前的电路表现,这并不违反因果律。还采用了经典的集总电路模型来解释电磁波的影响。
3.电动火车
有一个有趣的实验展示了电动火车的制作。只需一个小电池作为电源,用无漆铜线或铜管弯曲成螺旋形作为轨道,两端安装强力的钕磁铁即可。当磁铁放入螺线管时,形成的磁场使得火车一端受到排斥力,另一端受到吸引力,从而使火车动起来。
4.磁悬浮
磁悬浮的原理是通过电磁力使物体悬浮在空中,并能在没有机械接触的情况下实现高速运动。其核心是利用电磁场产生的排斥力或吸引力来对抗重力。根据法拉第电磁感应定律,导体在磁场中运动时会感应出电流,产生的磁场与原始磁场相互作用,产生悬浮力。磁悬浮有几种不同的技术实现方式,常见的有电磁悬浮和电动力悬浮。在磁悬浮列车中,推进力和制动力是非常重要的技术要素。
5.超导磁悬浮
YBCO是一种高温超导材料,在液氮温区表现出超导性。通过使用液氮冷却YBCO化合物,可以使其变成超导体。根据迈斯纳效应,超导体在临界温度下进入超导状态时排斥外部磁场,形成悬浮现象。在实际的超导磁悬浮火车中,轨道还包括侧向磁铁和线圈,确保列车稳定悬浮。
6.磁场中旋转的水银
在这个实验中,水银被放置在一个木盘内,两侧有两个铝圈,中心有一个圆形磁铁。当电流流过铝圈时,会产生磁场。由于水银是导电性很强的金属,它会在磁场的作用下旋转。系统的旋转速度取决于供应的电压。随着张力的增加,水银会从碗中溢出。注意,该系统仅在直流电中工作。视频中的白色粉末是滑石,用于使水银的运动更加清晰可见。
7.关于静电的几个小实验
此视频包含9个小实验,都基于静电学原理。所有实验在干燥环境中效果更佳。例如,(1)悬浮板实验,(2)Can Can Go实验,(3)粘附实验等等。这些实验展示了静电的神奇现象和原理。
8.关于磁的几个很酷的实验
此视频包含了9个关于磁的小实验。(1)慢落球,(2)悬停笔,(3)沙上写字等等。这些实验展示了磁场的奇妙特性和原理的应用。具体的实验结果就不一一介绍了,读者可自行分析原理。