磁铁同极相斥——磁悬浮列车是怎么浮起来的？

查字典物理网> 物理广角> 生活中的物理> 磁铁同极相斥——磁悬浮列车是怎么浮起来的？

磁铁同极相斥——磁悬浮列车是怎么浮起来的？

查字典物理网 2016-09-21

知识点：磁铁同极相斥的斥力，无法稳定地托起火车，但把超导体放在磁铁之上，就可以保持超导体的平稳。这是因为磁场不能穿过超导体，所以磁力线会把超导体托起来。

我国第一辆磁悬浮列车于2003年1月，开始在上海运行，十多年过去了，大家的新鲜感消失，磁悬浮这个高端概念似乎要淡出大家的视线了。今年，我国第二条中低速磁悬浮线路京S1线全面开工建设，又让新长起来的一代，开始听说并好奇磁悬浮列车这个炫酷的名词。磁悬浮列车的浮力是怎么来的？跟磁铁的同极相斥的浮力是一回事儿吗？

我们知道，磁悬浮列车是在永久磁铁上开行的，永久磁铁一般就是稀土材料做的，磁场强度是在1个特斯拉内。

如果你把一块磁铁放在另外一块磁铁上，它们之间也是相互排斥的，上面那块磁铁仿佛也会浮起来。但马上你就会发现，放在上面的那块磁铁是不可能保持稳定平衡的，稍微有风吹草动就会掉下来，这背后的隐藏的秘密就是恩绍大定理（Earnshaw's theorem）。这个定理是一个叫恩绍的英国数学家，在1842年提出来的，他发现：一个运动的物体的稳定悬浮，不可能全部由永磁体或永磁体与软磁体之间的电磁力来实现。他从理论上证明了用永磁体实现悬浮是不可能的。也就是说，利用两块磁铁之间的排斥力来托起火车是不可能保持平稳的，火车一定会翻车。

那怎么办呢？难道磁悬浮是不可能实现的事儿？

还好，科学家发现，如果把超导体放在磁铁之上，则可以保持超导体的平稳，就好像轮船开在大海上，即使有风浪也不会翻船一样。这背后的物理定理就超越了前面讲到的恩绍大定理，而是利用麦斯纳效应：磁场不能穿过超导体，所以磁力线会把超导体托起来。这话听起来有些复杂，但是，想想初中物理课上学的液体的浮力那一章，里面讲到了阿基米德在洗澡的时候发现的那个浮力定律。把一个空心铁球放在水里，铁球有可能漂浮起来，这是很司空见惯的事情。