[實用新型]莫比烏斯帶超導磁懸浮演示裝置

有效

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• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN204926614U
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 蔣衛(wèi)建;張健;顧智企
• 申請（專利權）人: 浙江大學寧波理工學院
• 主分類號: G09B23/04
• 分類號: G09B23/04;G09B23/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種莫比烏斯帶超導磁懸浮演示裝置，特別是涉及一種利用莫比烏斯帶單側性演示超導磁懸浮現(xiàn)象以及同時利用超導磁懸浮現(xiàn)象演示莫比烏斯帶單側性的裝置。

背景技術

莫比烏斯帶是高等數(shù)學拓撲學的教學內容。它是150多年前德國數(shù)學家莫比烏斯推出的一種拓展圖形。它將一根紙條剪斷，將一端扭轉180°后，與另一端重新粘貼成紙條圈。這樣使得普通具有兩個面(即雙側曲面)的紙帶變化為只有一個面，即單側曲面。一只小蟲可以爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣。這樣的帶具有奇異的特性，一些在平面上無法解決的問題，卻不可思議地在可以莫比烏斯帶上解決，它在生活和生產中已經(jīng)有了一些用途，為人們的日常生活和生產效率的提高發(fā)揮了積極的作用。但由于該內容有些抽象，理工類大學生大部分對它聞所未聞，有聽說者也僅略知其外表，沒有深層次的了解，更無法對它的應用和潛在的發(fā)展進行思考和研究，這大大限制了莫比烏斯帶進一步在生活和生產中的應用。

超導磁懸浮是利用超導體的零電阻特性和邁斯納效應將超導體懸浮在磁場中的現(xiàn)象。其原理是磁場可以部分穿過第二類超導體，根據(jù)楞次定律，感應電流會阻礙其內磁場的變化，對于超導體，穿過超導體的磁場就不會改變。所以超導體既可以懸浮在磁鐵上方，也可以懸掛于磁鐵下方。以往的磁懸浮裝置只能演示其中一種特性。

發(fā)明內容

本實用新型的目的是針對高校理工科學生對莫比烏斯帶單側性以及超導磁懸浮現(xiàn)象認識不足的現(xiàn)狀，提供一種莫比烏斯帶超導磁懸浮演示裝置，使學生形象地認識莫比烏斯帶單側性以及超導磁懸浮現(xiàn)象。

裝有超導體的小車懸浮于粘貼有磁鐵的莫比烏斯帶導軌上并可沿導軌運行。從導軌水平處觀察，小車先位于導軌上方，運行一周后，位于導軌下方，再運行一周后回到原來位置。

小車連續(xù)地經(jīng)過了莫比烏斯帶導軌上每個位置，爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣，說明莫比烏斯帶是一個單側曲面，形象地展現(xiàn)了莫比烏斯帶的單側性。

小車既可以懸浮在磁鐵上方，也可以懸掛于磁鐵下方，說明了超導磁懸浮的特性。利用莫比烏斯帶的單側性特點，將其作為導軌，連續(xù)地演示超導磁懸浮的這一特性，加深觀察者對超導磁懸浮現(xiàn)象的理解。

本實用新型莫比烏斯帶超導磁懸浮演示裝置包括小車、導軌、六角固定環(huán)和支架，導軌固定在六角固定環(huán)中央，四根支架支撐六角固定環(huán)，小車放在導軌平面的任一位置。

所述導軌包括條形鐵質基板和矩形塊狀磁鐵，條狀鐵質基板扭轉180°后，兩頭連接構成閉合圈，矩形塊狀磁鐵整齊排列四行粘貼在條狀鐵質基板兩表面上，旁邊兩行磁鐵N極垂直于鐵質基板向外，中間兩行磁鐵S極垂直于鐵質基板向外。

所述的小車包括外殼、小車廂體、兩圓柱狀超導體和尼龍搭扣，小車廂體包括泡沫箱和泡沫箱蓋，泡沫箱頂面開有一圓孔，孔下部為圓筒，泡沫箱蓋有一凸起圓柱體，其直徑與箱頂面圓孔匹配，泡沫箱蓋置于泡沫箱上，凸起圓柱體插入箱頂面圓孔，超導體固定在泡沫箱的底面，小車廂體外罩以外殼，尼龍搭扣將外殼和小車廂體捆成一體。

所述的支架，上部伸出四根分支架，頂端連接六角固定環(huán)，六角固定環(huán)平面垂直于導軌，導軌固定在六角固定環(huán)中央穿越而過，六角固定環(huán)的內切圓半徑大于小車高度。

所述的超導體為釔鋇銅氧(YBa₂Cu₃O_7-x)材料。

本實用新型的有益效果是：1、充分展示莫比烏斯帶基本性質，一輛超導磁懸浮小車在莫比烏斯帶上行駛，爬遍整個曲面而不必跨過它的邊緣，從而使觀察者對之有深刻認識；2、在展示莫比烏斯帶的同時，可觀察到超導磁懸浮現(xiàn)象，并連續(xù)地演示小車可以懸浮在導軌上方和下方，加深觀察者對超導磁懸浮現(xiàn)象的理解；3、演示形象生動，觀看人感受深刻；4、演示裝置結構簡單，拆卸搬運方便。

附圖說明

圖1是莫比烏斯帶超導磁懸浮演示裝置的結構示意圖。

圖2是導軌結構示意圖。

圖3是小車結構示意圖。

圖4是小車廂體結構示意圖。

圖5是小車廂體結構分解示意圖。

圖中：小車1、磁鐵2、導軌3、鐵質基板4、六角固定環(huán)5、支架6、導軌第一行磁鐵7、導軌第二行磁鐵8、導軌第三行磁鐵9、導軌第四行磁鐵10、導軌背面第一行磁鐵11、小車外殼12、小車廂體13、尼龍搭扣14、泡沫箱15、泡沫箱蓋16、泡沫箱蓋圓柱17、泡沫箱孔18、泡沫箱圓筒19、超導體20。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述：