冰箱貼里的奧秘

尹丹

不知道你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題：現(xiàn)在的冰箱貼只有一面能吸住冰箱，另外一面放到冰箱上是會(huì)掉下來(lái)的。這不科學(xué)呀，磁鐵不是應(yīng)該兩面都有磁性嗎？為什么會(huì)有一面貼不住呢？原來(lái)是因?yàn)楝F(xiàn)在的冰箱貼運(yùn)用了粒子加速器里的磁體布陣法——哈爾巴赫陣列。

什么是哈爾巴赫陣列？它指的是一系列永磁體的排布方式，這種排布方式使得磁場(chǎng)在一邊減弱，但在另一邊得到增強(qiáng)。通過(guò)這種方法可以有效增強(qiáng)某處的磁場(chǎng)，同時(shí)使磁場(chǎng)變得均勻。

我們都知道，磁體同性相斥，異性相吸。所以，很多人會(huì)下意識(shí)地認(rèn)為，要讓磁場(chǎng)變大，最好的方法是把幾塊磁體的南極合在一起，北極也合在一起。然而，事實(shí)并非如此。如果讓幾塊磁體旋轉(zhuǎn)排布，反而能夠在一面得到更強(qiáng)的磁場(chǎng)。當(dāng)然，這背后的代價(jià)就是，另一面的磁場(chǎng)會(huì)減弱。這就是哈爾巴赫陣列的邏輯。

哈爾巴赫陣列是由美國(guó)物理學(xué)家約翰·C·馬林森發(fā)現(xiàn)的，但當(dāng)時(shí)這個(gè)現(xiàn)象沒(méi)有引起他的重視，他認(rèn)為這大概只能用在磁帶技術(shù)上。

但是在20世紀(jì)80年代，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家克勞斯·哈爾巴赫在研究如何集中粒子束時(shí)，獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了這個(gè)陣列，所以后來(lái)就以他的名字命名了哈爾巴赫陣列。

如果你留心冰箱貼就會(huì)發(fā)現(xiàn)，老式冰箱貼的兩面都能吸住冰箱。這是因?yàn)橐婚_(kāi)始冰箱貼后面真的有一塊圓柱形的磁鐵。但是，現(xiàn)在許多冰箱貼不是這樣的磁鐵，它們很薄，大多是用氧化鐵粉末和塑料黏合劑制成的。這種磁性混合物被切割成邊長(zhǎng)約為1毫米的三角形棱柱后，再以哈爾巴赫陣列排布。

現(xiàn)在，除了冰箱貼外，哈爾巴赫陣列在高能物理領(lǐng)域、常規(guī)治具、直流電機(jī)、磁力耦合器和發(fā)電機(jī)中都有廣泛的應(yīng)用。另外，磁懸浮系統(tǒng)也采用了哈爾巴赫陣列來(lái)加強(qiáng)磁場(chǎng)，超級(jí)高鐵也采用了線(xiàn)性哈爾巴赫陣列來(lái)設(shè)計(jì)分離艙。

當(dāng)然，除了冰箱貼這種線(xiàn)性的，哈爾巴赫陣列還有很多種其他形式。比如環(huán)形的哈爾巴赫陣列，如果利用磁場(chǎng)觀(guān)察膜進(jìn)行觀(guān)察的話(huà)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這種永磁體陣列的內(nèi)部磁場(chǎng)從圓環(huán)的狀態(tài)被聚集到了一條線(xiàn)上。這樣排布后，這款永磁體中心的磁通過(guò)量會(huì)超過(guò)原來(lái)的1.2特斯拉（特斯拉是國(guó)際單位制中磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位），相當(dāng)于1200個(gè)冰箱貼的磁感強(qiáng)度。

（陶子薦自《知識(shí)窗》）