评论区对示意图还是有些疑问。为了便于理解采用了 @十眼黑羊建议新示意图替换了原来的示意图。非常感谢大家对这个问题的关注和讨论。有时间我会继续更新和改进。下面增加一张从维基百科上找到的图,便于理解磁体的排列是如何实现的。
可以把整个海尔贝克阵列看做↓↑↓这种排列的结构与→←这种结构两个基本的单元构成的,这两种结构产生的磁场在如图的上方同向,下方反向,所以两个叠加之后,表现出在上方增强,下方相互抵消的情况。
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没想到几个月前的回答的问题受到大家这么热烈的回应,谢谢。修改了示意图。感谢评论区的几位指出示意图的问题,一并感谢。
更新一个小实验,手边能找到两块冰箱贴的朋友可以试一下。把两个冰箱贴有磁性的一面吸在一起。缓慢平行推动,使两个分开,会感受到一会是吸引力一会是排斥力的情况。而在不平行的情况下是不会出现这种情况的。这也是磁贴里海尔贝克阵列的原因。
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蟹妖。
这是因为冰箱磁贴是一种特殊的称为 海尔贝克阵列(Halbach Array) 磁体结构。如下图所示,通过这样排列磁体,可以使磁场中一侧的阵列排列较强,另一侧的阵列近乎为零。
这样一来,虽然冰箱磁贴采用的橡胶磁铁(由粘结铁氧体磁粉和合成橡胶复合而成)磁性很弱,大概是钕铁硼的百分之二到三,但是依然可以在其背面也就是贴在冰箱那一面的磁性大大增强。
这种结构最早是在1973年被美国科学家Mallianson 在永久磁铁结构进行拼装实验时发现了单向通量(one-sided flux)的结构,并把它命名为“Magnetic Curiosity” ,但是很可惜当时他并没有意识到这种结构的应用潜力。之后在1979年,美国科学家Klaus Halbach在劳伦斯伯克利国家实验室研究电子加速时,发现了这种特殊的永磁结构,通过逐步完善该结构,最终形成了所谓的“海尔贝克”磁铁。
除了冰箱磁贴,海尔贝克阵列还被应用在无刷直流电机、粒子加速器、自由电子激光器、磁悬浮列车的轨道。