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反重力青蛙是如何漂浮起来的?

1997年,科学家制造出了一只反重力青蛙,这只青蛙在直径32nm的螺线管中悬空漂浮起来,完全无视地球的重力,而且在青蛙的身上并没有装任何其他的装置,那么科学家是如何让青蛙悬浮起来的?

问题就在那个特殊的螺线管上,里面有非常强的磁场,正是磁场让血肉之躯的青蛙飞了起来。那么这个磁场有多大呢?

为了方便理解,做个对比,地球的磁场强度为30微特斯拉,也就是0.00003特斯拉,一块普通的磁铁强度为0.001特斯拉,钕磁铁的磁场强度为1.4特斯拉,实验室给青蛙提供的磁场强度为16个特斯拉,相当于普通磁铁的1.6万倍。

上图就是青蛙漂浮在了管道的中间,并没有依附四周任何位置,不仅仅是青蛙,可以说万物皆可漂浮,科学家还实现了水滴漂浮。

栗子漂浮:

有些人会认为肯定是科学家在这些物体里植入了磁铁,其实并没有,如果真的植入了磁铁的话,反而物体才不容易悬浮,它很容易发生翻转,磁极颠倒,青蛙、栗子都会立刻被强大的力量吸引到底部。

而在科学家所作的这个实验中,这些物体都可随便往管道中一扔,不用分什么正反面,也不管是哪个朝向,都可以完美漂浮,还非常稳定。

其实这是利用了物质的抗磁性效应。

在生活中,所有的材料可以分为三种:铁磁性、顺磁性和抗磁性。

不管是哪一种材料它的磁性主要由原子最外层电子的多少,以及如何排列有关。还有就是每一个电子在自旋的过程中都会产生一个磁矩,就像是一个有南北极的小磁铁一样,这是物质产生磁性的关键。

铁磁性

铁磁性最典型的代表材料当然就是铁。原子轨道内部的电子数量是成对的,且自旋相反,所以磁矩就抵消掉了,但是铁原子最外层的电子是奇数,它不成对,所以就会表现出一个微小的磁矩。

在没有外来磁场作用的时候,所有铁原子最外层的电子是随机排列的,磁矩互相抵消,那么一块铁就没有了磁性。

当给铁施加了外磁场的话,铁原子最外层的电子就会在磁场的作用下排列的非常整齐,指向同一个方向,这些微小的电子产生的磁矩叠加在一起,所有整块铁就会变成一个磁铁。

这就是为什么把铁靠近磁铁的时候,不管是南北极,它都会吸引铁。当我们把铁靠近磁铁的北极时,电子的南极就会被吸引,北极被排斥,相反把铁靠近磁铁的南极,电子的指向就会颠倒。

这也是为什么我们长时间把铁放在磁铁上,磁铁也会被磁化,因为外磁场可以让铁原子最面最外面的电子指向一个方向,但随着时间的推移,电子的指向又会趋于混乱,铁的磁性也会消失。

顺磁性

顺磁性材料会表现出十分微小的磁性,代表材料就是铝、氧气、铂等等,顺磁性材料跟铁磁性有相似之处,它们原子的最外层也是一个电子,也有磁矩,但是顺磁性材料原子最外层的电子会与临近的原子最外层的电子配对,抵消掉磁性。(就像上图的样子)

在施加外磁场的时候,这些已经配对的电子就不那么容易发生偏转了,因此这种材料所表现出的磁性非常小。

但也是可以被检测到的。

抗磁性

抗磁性从名字就可以看出,它产生的磁场总是与原有磁场发生对抗,也就是说是相反的。

这种材料非常多,稀有气体、非金属,以及少量的金属都是抗磁性,还有常见的木头、水、任何有机体,这些也都是抗磁性。

你把一小片木屑放到水面上,然后用磁铁靠近水面,你就会发现,在磁铁没有靠近木屑的时候,也会也会被磁铁推离。

抗磁性材料的原子外层电子是成对的,从单个原子来说它就是磁中性,所以给这些材料外加磁场是没有任何作用的。

那么强磁场又如何使抗磁性物体悬浮起来的?又如何产生抵抗磁场的?

外加磁场可以使得原子的电子在运动的过程中产生感应电流,绕原子运行的微小的电流就使得每一个原子变成了微小的电磁铁,这就是我们常听说的电磁感应现象。

它产生磁场的方向总是和施加在原子上的磁场相反,因此抗磁性材料就主要表现出了抵抗原有磁场的能力。

其实任何物质都会产生抗磁性,只不过铁磁性、顺磁性材料的磁场力,已经完全抵消掉抗磁性产生的磁场力。

青蛙是抗磁性材料组成的,当把它放进强磁场以后,青蛙身体内的原子就会产生感应电流,并产生磁力,这个磁力总是排斥原有的磁力,如果施加的磁场够大的话,就可以抵消掉青蛙的重力,青蛙就漂浮了起来。

这种漂浮跟我们在空间站上体验到的漂浮是完全一样的,这说明我们也可以在地面上利用磁场来创造一个失重环境,来研究生物体在失重环境下的表现。

那么把人放进强磁场中呢?和青蛙的效果是一样的,我们人体也是抗磁性材料,我们的原子分子也会产生微小的感应电流,进而产生微小的感应磁场和原有的磁场对抗。

人体也会漂浮起来。但是区别在于人非常重,所需要的磁场强度非常大,且实验的仪器体积也要很大。

以人类现在的能力还无法制造出能够将人托起来的磁场。