磁悬浮地球仪的悬浮原理

发布网友发布时间：2022-04-29 11:51

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热心网友时间：2022-06-27 06:05

磁悬浮地球仪利用电流磁效应使地球仪漂浮在半空中。地球仪顶端有一个磁铁,圆环形塑胶框内部顶端有一个金属线圈，金属线圈通过电流就会成为电磁铁。电磁铁与地球仪顶端磁铁间的吸引力可抵消地球仪所受重力，因此地球仪可漂浮在半空中。用手轻轻触碰地球仪使其偏离平衡位置，手移开后地球仪仍可回到平衡位置不至掉落，这是利用负反馈机制。

地球仪底端也有一个磁铁。塑胶框内部底端有一个霍尔侦测器，可侦测地球仪底端磁铁的磁场变化。地球仪偏离平衡位置时，霍尔侦测器侦测到地球仪底端磁铁的磁场变化，便会产生一补偿电流。补偿电流流到塑胶框顶端金属线圈时，金属线圈磁场增加，可将地球仪拉回平衡位置。轻轻转动地球仪便可持续不停转动,这可以用惯性原理(说得深入一点，依据动量守恒原理)解释。地球仪所受到的外力总和为零，因此会以固定速率沿固定方向转动。
磁悬浮地球仪主要由永磁体、铁芯、线圈、磁场传感器、功率放大器和控制器等组成。当地球仪处于平衡位置时 ,通过线圈绕组的电流为 i0 ,地球仪距顶部间隙为 x0 ,电磁吸力与永磁体吸力和地球仪的重力相平衡。当地球仪受到一个向下的干扰力而向下运动时,传感器检测到地球仪偏离平衡位置的位移,控制器将这一信号变换成控制信号 ,功率放大器又将控制信号转换成控制电流 i0 +Δi ,因此,电磁铁吸力变大了,从而驱动地球仪返回到原来平衡位置。反之,当地球仪向上运动时,控制电流变为 i0 -Δi ,因此,电磁铁吸力变小了,地球仪也能返回到原来的平衡位置。