2013年2月19日

科學玩具-電磁-懸浮地球儀


以前看過這種型態的懸浮地球儀時就很心動,但是當時據說要4500元,而且還要遠從歐洲寄過來,這對於一般老師而言是個天價,但是還是吸引很多有常在辦研習的老師們驅之若鶩。

不過,自從臺灣的經濟奇蹟「啊~福氣啦!」變成大陸版的經濟奇蹟「啊~Copy啦!」之後,一些高單價的物品馬上就會出現「和正版很類似」的版本,並且還推出原本沒有的造型,價格不到正版的二分之一,經過有心人的引進並放在網拍上,馬上就會造成一股選購風潮。
在取出底座後,發現上方貼有霧霧的一層薄膜
檯面上嵌有八個小圓點,似乎有什麼機關藏在裡面

這就是價格僅有原來四成的版本,功能一樣,只是原始版本的底座是圓形凸起狀,山寨版則是四四方方的。此外原始版本的底座外觀是亮面的,看不出來有任何機關,而山寨版在平台上的八個方位加了LED,以增加辨識度。
將保護貼膜撕開後,出現的是經過鏡面處理的平台,簡直可以當做鏡子

之前的文章(科學玩具-電磁-磁浮地球儀)就提到過這是重力與磁力兩種超距力的平衡,只不過以前的版本提供磁力的電磁鐵是在上方而不是在底座,因此要有一根彎曲的桿子沿著球體的外緣繞到上方,桿內的電線將電流送到上方的電磁鐵後才能產生磁力,也才能抵抗重力的拉扯。

而新版本的懸浮地球儀則是把電磁鐵安裝在底座上,節省了空間,不再那麼笨重,也增加神奇的程度。
這就是漂浮在空中的球體,為了輕量化,當然它不可能是實心的
但裡面也並非空空如也哦

只是通了電後,想要將球放在平台上懸浮可是要花一點時間和功夫的。2011年七月份有一場在科工館的研習,泡泡龍老師就把他這項教具展示在實驗桌上,雖然看到球漂浮在平台上令人嘖嘖稱奇,不過大部分的老師在嘗試將球取下再放上去後都宣告放棄,只有我雞婆地前去幫忙示範,並成功了兩次。
通電之後,LED就亮了起來,冷列的藍光增加了科技感
八個不同的方位配置其實是有用意的

底座平台上的八個LED其實是種指示器,並連接上霍爾偵測器,當球飄離中心點時,偵測器就會讓相對應的LED熄滅,使平台內部的電磁鐵產生足夠的磁力將球推回正中央。平台內環狀配置的電磁鐵從四面八方(東、西、南、北、東北、東南、西南及西北等八個方位)產生的磁力將球拱起而漂浮。
除了平台內有電磁鐵及霍爾偵測器等主要電路元件外
球的內部也要裝設永久磁鐵(而且是釹磁鐵),才能產生相斥的效果

台東大學林自奮教授請益時,他另外提到電子受磁場作用而飄移時,就會在空間的一側累積負電,另外一側就相對是正電。累積到某一個程度時,在空間中形成電位差(電動勢),電子又會受到這個電動勢的影響,使得磁力與電力達到平衡。
相斥的磁力越強,球與平台的間隔距離當然會越大
但是距離變大之後,磁力不但減弱,讓球體不穩定的因素也會增加

附帶一提,霍爾效應有三種主要功能。其一、可以測得粒子的電性(帶正電或帶負電?)。以前的觀念是認為電流是正電荷的流動,我們現在雖然知道真正流動的是負電,電流與電子流的方向剛好相反,但是這是以前電學發展初期所沒有的觀念,不過用這個方法卻可以知道真正在移動的粒子是帶正電或者是負電。其二、可以計算每單位體積有多少電子數。其三、利用實驗技巧還可以算出真正的飄移速率是多少。

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