石墨静态磁悬浮的探索 – 这次成功了

昨天在网上淘的日本派通铅笔芯终于到了，因为担心买的型号不合适，所以买了0.5的2B和0.7的B和2B共三种。收到快递的时候简直是“欲火焚身”，迅速拿出一根做实验，果然悬浮成功了！

悬浮的铅笔芯

虽然这幅图看上去悬浮很平稳，事实上可能因为桌子不够水平，这个铅芯在磁铁面会非常快速的溜来溜去，有过徒手抓鱼经验的同学会有些体会。 到了一定的位置，就会像荡秋千一样晃晃悠悠几下，然后停在那里。我猜想它应该是有类似碗装的磁场结构，让笔芯悬浮在碗底。只是这个碗沿比较低，哈口气都会让它溜出去（汗，圈妈：直接说盘状不就好了嘛）

看来之前没有成功果然是铅笔芯的问题，后来把三种都实验了一下，发现都可以悬浮。只是0.7的可能比较重，悬浮的高度更低。

虽然已经有很多照片证明石墨是可悬浮的，但是当真正亲手实验成功时，还是为自然的力量感到震撼！
这是另外一张照片：

常温下的静态磁悬浮

事实上，在快递没有到之前，我没耐住寂寞，先跑到路边的文具店买了两盒。因为我知道国内假货多，所以去了两家文具店，买了不同牌子的两盒笔芯。好吧，事实证明小店买的，不仅不会悬浮，还能倒挂金钩。

下面这个是淘宝店对派通铅芯的描述：
【功能描述】：原装日本PENTEL派通铅芯适用于 所有0.7mm自动铅笔新型工艺配方，传统铅芯为粘土与石墨烧制而成，书写阻力大，不顺滑。且易折断。而派通铅芯为树脂与石墨压制而成，使铅芯的浓度与硬度达到了完美的结合比例，书写起来顺滑，无阻力感，字迹清楚。

这样说来，也许那两盒并不是假货，只是工艺不同吧，反正实验结果如下：

前三种都是日本派通铅笔芯

关于不同长度铅笔芯在磁铁表面的稳定和位置，老薛写了两篇很精彩的解释，有兴趣的同学请过去围观：
铅笔芯在磁铁表面悬浮的稳定性的讨论（上）
铅笔芯在磁铁表面悬浮的稳定性的讨论（下）

悬浮稳定性的探索

抗磁性的原理

很多人在看到这个实验的时候，都觉得不相信：磁悬浮真的这么简单吗？进一步的问题就是：这是为什么呢？

事实上，任何物质都有抗磁性。它的本质是电磁感应定律的反映。外加磁场使电子轨道动量矩发生变化，从而产生了一个附加磁矩，磁矩的方向与外磁场方向相反。

这个解释貌似太专业了，看不懂没关系，回忆一下高中时候学的楞次定律也行：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

啥？还是不好理解？那么请记住儿童不宜版定律：闭合回路的线圈，对变化磁性的反应是“插的时候不让插，拔的时候不让拔”

非常形象的楞次定律

而原子中的电子们，对外加磁场表现出的就是这种抗磁性。从互动百科摘抄一段：

看到这个问题，我相信很多人跟我一样，第一反应就是“因为磁力不够大呀”。这个问题在老薛的博客里详细介绍了，很有意思。一个简单的论据就是，把磁铁放在泡沫上浮在水面，它马上就会旋转方向变成南北指向，但是却不会向南或者北移动。所以说，均匀的磁场只会对场中的磁铁产生扭矩，而不会产生水平的拉力。看到结论以后反过来看这个题目，好像变得很直观了。指南针实际上也是指北针，南极受力向北，北极受力向南，自然不会飞向任何一边。其实地球磁场也不是均匀的，南北半球的磁铁还是会受到微弱的牵引力，只是可以忽略而已。

为了验证这幅插图，我特地回顾了一下左手法则（又称安培定律）：左手平展，大拇指与其余4指垂直，若磁力线垂直进入手心，4指指向电流方向，则大拇指所指方向为载流导线在外磁场中受力的方向。

顺便回顾一下右手法则，确定导体切割磁感线运动时在导体中产生的动生电流方向：伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指指向动生电流的方向。

好了，可以心满意足的睡觉去了