一面轻而易举地就能吸在冰箱上,另一面,无论怎么按都贴不上去,我很好奇,冰箱贴是如何做到一面磁性极强、一面却几乎没磁的呢?
咱们先把三组这样排列的磁铁吸在弹簧上,然后往左拉,这是弹簧前进的最远距离。
接着,让磁铁排列成下面这个样子再来一次,结果,弹簧快要被拉到了木板的尽头。
反之,如果换个面拉弹簧,真的弱爆了!
这种特殊的磁体排列叫海尔贝克阵列【Halbach array】,至于它为什么会形成单边磁场,我们拆个冰箱贴看看,原来,这才是它的真实面目——上左下右,上左下右。
如果把它看成两个单元的话;
它们的磁场方向就变成了这样,上方同向,磁场增强,下方反向,磁场抵消,如此一来,就有了开头我们看到的现象。
更直观点,我们来看下它的磁感线,你会发现,绝大部分钢丝绒聚集在了磁铁的右边,另一边则出现了大面积的空白。
要是把两个这样的磁铁组相对放置,然后让一颗钢球从中间穿过,又会发生什么呢?
钢球快速向前移动了一段距离后,便开始来回摇摆了起来。
这就像你把两个冰箱贴的磁性面贴在一起后,缓慢地左右推动一样,你能感受到,它们好像一会在互相排斥,一会又在互相吸引。
这就是海尔贝克阵列的独特之处,它的线性阵列是可以随意变化的,且不同的排列和组合方式能实现不同的效果,比如这样放,它就成了一个自由电子激光器。
海尔贝克阵列是由物理学家Klaus Halbach于1979年提出的,旨在用最少量的磁铁产生最强的磁场。
研究发现,磁铁充磁方向的厚度如果在4-16mm,那么同等体量下,海尔贝克阵列磁铁组的强度能达到传统磁铁强度的1.4倍左右。
但有个问题,把这些不同方向的磁铁连在一起后,它们不会互相排斥吗?
其实,也有办法,比如,可以先将磁体制造出来后,再把它放进特制的夹具中进行充磁,简单点的话,就用下面这种方式——
首先,为每个磁铁的N极打上记号,并把它们分成上下和左右两组;
接着,给其中一组磁铁的侧面涂上磁体胶;
最后让两组磁铁交叉合在一起,使劲往中间挤压就OK了。
当然,除了直线型的,你还能把它排成环形的——
在磁观察膜下,你能看到,它的磁通量被限制在了圆孔的中心,所以,很适合被设计在无刷交流发电机中,用于输出更高的扭矩~