為什麼超導體可以懸浮在磁鐵上,卻不能懸浮在地面上,地球本身不就是一個大磁鐵嗎?


……不要在答案中誤導人家了,不通電的超導體在磁鐵上降溫至超導態也是可以懸浮在磁鐵上的。或者也可以反過來,超導盤子上放磁鐵澆上液氮,磁鐵也會浮起來。

這個源於一個叫做邁斯納效應Meissner effect的現象,有時也稱為超導體的完全抗磁性。超導體不允許磁場穿過自身,這是除了0電阻以外超導體最重要的性質,只有兩個性質都滿足才會被稱為超導體。wiki上一個簡單的解釋說完全抗磁性是因為超導體表面產生電流,但即使是真的這也恐怕沒有那麼簡單。一般認為邁斯納效應和0電阻效應是不能互相解釋的。有趣的是如果外磁場大到一定程度(臨界磁場),即使在低溫下超導體的超導態也會被破壞。

我印象中邁斯納效應的成因應該會更為複雜,鑒於我們只有能符合第一類超導體的BCS理論,所以這個問題應該沒有被完全搞清楚。具體細節因為我不做這一方向,所知甚少。

P.S.不能懸浮在地面上當然是因為磁場太弱不抵重力。啊叻這好像才是問題的答案。


先說結論,超導體在磁場中的受力與磁場強度的梯度有關,未被磁化的鐵磁體亦如是。超導體可以懸浮在磁鐵上的原因是因為磁鐵附近的磁場強度梯度比較大,而地球表面的磁場幾乎是均勻的。同樣道理,地磁場可以偏轉指南針,卻幾乎不會吸引鐵製品。

寫點公式吧:

磁場的能量正比於int B^2dV,把超導體放到磁場里,磁場會發生如下的改變。

磁場強度與磁感線密度成正比。可以看到,有些地方的磁場強度減少了,有些地方的磁場強度增加了,由於積分式裡面是場強的平方,所以總體上來說能量是增加的,而且增加的部分和原來的場強的平方成正比。因此,超導體會趨向於處在場強較低的位置。所受磁力正比於
abla B^2。附圖一張,磁鐵磁場:


1. 超導體是指在低溫環境下電阻接近於零的物質,它本身沒有磁性。是在通電的情況下由電流的磁力作用產生了磁場。

它產生的磁場本質跟就跟普通磁鐵的磁場沒有區別,都是南北兩級。無論是普通磁鐵還是電磁鐵,同級相對就可能會產生懸浮。超導電磁場和磁鐵的主要區別其實在於產生的磁場大小和可控制性方面。

2. 磁力跟磁場強度成正比,而距離一遠磁場強度就大幅削弱。

磁鐵表面磁場可以強達2T。而到了地球表面,磁場強度已降到約為1×10(-5)T。由此產生的磁力作用大小差別可以想像。所以即使在磁場線垂直作用的地球兩級,產生垂直作用力也基本可以忽略。到了地面上地球巨大的磁場只會對放置其中的磁力物體產生扭矩作用 —— 比如轉轉指南針。


空氣也有浮力,你在空氣里游個泳給我看看?

我也可以發出地球那樣的引力,為什麼美女離不開地球,見了我卻能躲開?

有沒有不是關鍵,關鍵是有多少!ok?


超導體有完全抗磁性,放在磁場中會產生感應電流,感應電流分布在超導體的表面。這些電流相當於一個電磁鐵,產生的磁場強度與地磁強度相當,但是方向相反。這些超導電流也可以看做磁矩,粗略看其磁矩大小等於 mu=-BV/mu_{0} ,V是超導體的體積,磁矩在磁場中的受力等於 F=-
abla (-mucdot B)=-V/mu_{0}
abla B^{2} 。可見超導體在磁場梯度中才受力,並且受力指向磁場較弱的方向。地磁場在地球表面的磁場一方面太弱,另一方面幾乎是均勻的,梯度太小,所以超導體在其中的斥力也很小。


問者對量沒有概念,鑒定完畢


因為在地面上. 你無法讓地球產生巨大的磁力啊.

最簡單的例子就是: 指南針 為何要把磁鐵磨的超薄超細. 才可以指南和指北.

因為一旦質量大了. 引力就遠遠超過了磁力. 而你在地面上又無法產生足夠的大於引力的磁力.


地利球的磁感強度是萬分之一特斯拉,一般永磁磁鐵的附近這個距離非常重要,是地球的一百多倍,釹鐵硼永磁體是地磁場的一萬多唄。


通了電的超導體,和地面上的磁鐵產生互斥的磁場,於是浮起來。

地球這個磁鐵雖然大,但是大部分地點場強太弱,其垂直地面的分量就更弱了,所以能提供的垂直地面的斥力微乎其微。


Meissner effect發現超導體在超導狀態下不僅本身沒有電阻,表面還會形成感應電流。感應電流產生的磁場與外部磁場強度完全相同不過方向完全相反所以就相互抵消了。數字上的"相抵消"表現出來的就是"相排斥"。那如果把超導體的這種現象理解為一個對磁鐵的南北極都排斥的東西的話,那兩塊同極的磁鐵隔很遠並不會明顯相斥的原因就是超導體不會懸浮在地球表面的原因--離太遠了。。。


如果已有跟地球一百分之一一樣大的超導體有可能能浮起來。

還有地磁場與磁鐵的磁場是不一樣的,要是地球的磁場是吸鐵石你就見不到鐵了。


理論上確實是可以的吧,抗磁性原因是切割磁感線時產生永不衰減的渦流進而產生與原磁場方向互斥的磁場。這麼看除了兩個磁極,超導體在地球哪兒都能懸浮。如果實際不能,情況無非是現實的超導體電阻不絕對為零,而地磁場較弱。


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