利用磁懸浮演示聲音不能在真空下傳播的特性
1、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的不足
真空不傳聲實(shí)驗(yàn)最基本的實(shí)驗(yàn)裝置是真空抽氣機(jī)和真空罩，里面放發(fā)聲元件，通常為電池驅(qū)動的電鈴。演示現(xiàn)象表現(xiàn)為抽氣過程中鈴聲逐漸減小，但錘子一直在敲擊鈴鐺.有的實(shí)驗(yàn)還會停止抽氣，繼而放氣，讓學(xué)生聽鈴聲又逐漸變大.由此說明真空是不能傳播聲音的。
該實(shí)驗(yàn)即使在真空的狀態(tài)下，仍然能聽到有一定響度的聲音傳出來.仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)電鈴是放在底座上的，雖然沒有空氣，但底座成了傳播聲音的介質(zhì)，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的效果.有人建議把電鈴用細(xì)繩或者金屬掛鉤吊在真空罩頂部，同時(shí)提高了響度，實(shí)驗(yàn)效果有改善，但沒能從根本上解決傳播介質(zhì)問題。筆者曾經(jīng)指導(dǎo)過學(xué)生做一個(gè)土電話，用兩個(gè)一次性紙杯，在底部穿孔用細(xì)繩連接，當(dāng)繩拉直時(shí)，一人對著一個(gè)紙杯輕聲講話，另一人在10m遠(yuǎn)的地方用另一個(gè)紙杯罩著耳朵可以聽見對方的說話，這種情形下繩子成了聲音傳播的介質(zhì)。文章認(rèn)為“這樣裝置與外界媒介接觸最少”，說明設(shè)計(jì)者也知道與外界接觸會導(dǎo)致聲音被泄漏，但沒有更好的方案使裝置完全不接觸。
2、磁懸浮原理
要想從根本上實(shí)現(xiàn)真空不傳聲，只有把發(fā)聲元件與真空罩完全隔離，即發(fā)聲元件懸浮在真空罩中.其中氣體噴射懸浮和注入液體懸浮的方法都會引入介質(zhì)，不宜選用，應(yīng)采用不依靠任何介質(zhì)的懸浮方法，而這類方法也有多種，最常見的是磁懸浮。
磁懸浮有2種方式：上懸浮和下懸浮.上懸浮通過異名磁極相互吸引來實(shí)現(xiàn)，固定端裝有電磁鐵和霍爾元件，下面懸掛一永久磁鐵.電磁鐵和永久磁鐵極性相反，相互吸引，使得永久磁鐵受到向上的吸引力與重力相等，磁鐵將處于平衡態(tài).霍爾元件用于偵測永久磁鐵到電磁鐵處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，并通過負(fù)反饋電路調(diào)節(jié)電磁鐵電流的大小，從而調(diào)節(jié)磁鐵間吸引力的大小，維持永久磁鐵與電磁鐵之間的距離，保持永久磁鐵在空中的懸浮狀態(tài).下懸浮與此類似，通過同名磁極相互排斥而實(shí)現(xiàn)懸浮.固定端在底座上，同樣裝有電磁鐵和霍爾元件，通常是4個(gè)電磁鐵共同提供排斥力以保持永久磁鐵的平衡.多數(shù)磁懸浮都是通過下懸浮的方式來實(shí)現(xiàn)的。
3、磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之所以可行，源于磁懸浮技術(shù)的日臻完善，在高科技的磁懸浮列車和一系列民用工藝品中磁懸浮技術(shù)都有廣泛的應(yīng)用.我們采用深圳生產(chǎn)的磁懸浮產(chǎn)品，型號為KD005-CT，以下懸浮的方式實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過真空技術(shù)網(wǎng)(m.genius-power.com)電源適配器輸入電壓AC 100～240V，輸出DC 9 V.永久磁鐵托盤直徑為54.82mm，厚度為12.56mm，質(zhì)量為135.0g，空載時(shí)懸浮高度約為15.2mm.發(fā)聲元件采用廣州番禺生產(chǎn)的警報(bào)器(壓電式直流蜂鳴器)，型號JN-5312，質(zhì)量為60.2g，直徑為54.42mm，高度為54.96mm，額定電壓DC 6～12V.鈕扣電池型號CR2032，4枚12V，外加一綠光二極管，安裝在一電路板上.總質(zhì)量為115.6g.真空罩采用J1017型，包括PVC底盤，直徑為18mm，高為2.3mm，用于密封的黑色橡膠墊片，全玻璃透明罩.抽氣機(jī)采用直聯(lián)RS-1型真空泵，選用上海生產(chǎn)派澳牌型號為Y-60的真空壓力表(該表以實(shí)際大氣壓為0 刻度線，絕對真空的刻度為-0.1MPa，實(shí)際測得抽氣機(jī)最高真空度為-0.098MPa).聲級計(jì)由NTi Audio公司生產(chǎn)，型號為Acoustilyzer AL1.為了提高演示效果，采用4 枚鈕扣電池12V，串聯(lián)一綠色發(fā)光二極管，用于說明燈亮電源通，發(fā)光和發(fā)聲同時(shí)存在.12V直流將導(dǎo)致警報(bào)聲非常尖銳，給聽眾以深刻的印象，為保護(hù)聽眾的耳朵，事先給每人發(fā)2團(tuán)醫(yī)用棉花(衛(wèi)生，降噪).磁懸浮演示真空不傳聲實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示，實(shí)物圖見圖2。
圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖
圖2 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖
