Magnetisk levitasjon - hva er det og hvordan er det mulig

Ordet "levitation" kommer fra det engelske "levitate" - å sveve, å stige opp i luften. Det vil si at levitasjon er overvinning av tyngdekraften når den svever og ikke berører støtten, mens den ikke skyves av fra luften, uten å bruke jetframdrift. Fra fysikkens synspunkt er levitasjon en stabil posisjon for et objekt i et gravitasjonsfelt, når tyngdekraften kompenseres og en gjenopprettende kraft finner sted, som gir objektet stabilitet i rommet.

Spesielt magnetisk levitasjon er teknologien for å løfte en gjenstand ved hjelp av et magnetfelt, når en magnetisk handling på objektet blir brukt for å kompensere for tyngdekraften eller annen akselerasjon. Det handler om magnetisk levitasjon som vil bli diskutert i denne artikkelen.

Magnetisk retensjon av et objekt i en tilstand av stabil likevekt kan realiseres på flere måter. Hver av metodene har sine egne særegenheter, og det kan fremmes krav til hver, for eksempel “dette er ikke virkelig levitasjon!”, Og slik vil det virkelig være. Ekte levitasjon i sin rene form er uoppnåelig.

Så, Earnshaw-teoremet beviser at det bare er bruk av ferromagneter at det er umulig å holde et objekt stabilt i et gravitasjonsfelt. Men til tross for dette, med hjelp av servomekanismer, diamagnetikk, superledere og virvelstrømsystemer, er det mulig å oppnå en utseende av levitasjon når en eller annen mekanisme hjelper gjenstanden å opprettholde likevekt når den heves over bæreren med magnetisk kraft. Men først ting først.

Elektromagnetisk levitasjon med sporingssystem

Bruke en krets basert på en elektromagnet og en fotorelay, kan du tvinge levitering av små metallgjenstander. Elementet vil flyte i luften på et avstand fra elektromagneten som er festet på stativet. Elektromagneten mottar strøm inntil fotocellen som er montert i stativet er tilslørt av et skyhøyt objekt, til det kommer nok lys fra den fra en fast kontrollkilde, noe som betyr at objektet må trekkes.

Når objektet er tilstrekkelig hevet, blir elektromagneten slått av, for i dette øyeblikket faller skyggen fra objektet som beveget seg i rommet på fotocellen, og blokkerer lyset fra kilden. Objektet begynner å falle, men har ikke tid til å falle, da elektromagneten er slått på igjen. Så ved å justere følsomheten til fotoreléet, kan du oppnå en effekt der objektet på en eller annen måte vil henge et sted i luften.

Faktisk faller gjenstanden konstant, og igjen lett hevet av det elektromagnetiske. Det viser seg illusjonen av levitasjon. Dette prinsippet er basert på arbeidet med “levitating globes” - ganske uvanlige suvenirer, der en magnetisk plate er festet til kloden, som en elektromagnet, gjemt i et stativ, samvirker med.

Diamagnetisk levitasjon

Grafittledning fra en enkel blyant er en diamagnet, det vil si et stoff som magnetiseres mot et eksternt magnetfelt. Under visse forhold er magnetfeltet fullstendig forskjøvet fra materialet i diamagneten, for eksempel har grafittledning en høy magnetisk følsomhet og begynner å sveve over neodymmagneter selv ved romtemperatur.

For stabilitet av effekten, skal magneter forskjøpes (magnetpolene), da vil ikke grafittstangen gli ut av "magnetfellen" og lufte.

En sjelden jordmagnet med en induksjon på bare 1 T kan henge mellom vismutplater, og i et magnetfelt med en induksjon på 11 T kan "levitasjonen" av en liten neodymiummagnet stabiliseres mellom fingrene, siden menneskehender er en diamagnet, som vann.

En ganske utbredt opplevelse med en levende frosk er kjent. Dyret plasseres forsiktig over en magnet, som skaper en magnetisk induksjon på mer enn 16 T, og frosken, som viser diamagnetiske egenskaper, fryser faktisk i luften på kort avstand fra magneten.

Levitasjon av magneter over en superleder (Meissner-effekt)

Yttrium-barium-kobberoksydplaten avkjøles til temperaturen på flytende nitrogen. Under disse forholdene, platen blir en superleder. Hvis du nå legger en neodymiummagnet på et stativ over platen, og deretter trekker ut stativet under magneten, så fryser magneten i luften - den vil levitere.

Til og med en liten magnetisk induksjon i størrelsesorden 1 mT er nok til at magneten, når den er plassert på platen, stiger noen få millimeter over den avkjølte høytemperatur-superlederen. Jo høyere induksjon av magneten, jo høyere vil den stige.

Poenget her er at en av egenskapene til en superleder er utvisning av magnetfeltet fra superledende fase, og magneten, som avviser fra dette magnetfeltet i motsatt retning, flyter opp og fortsetter å sveve over den avkjølte superlederen til den forlater superledende tilstand.

Eddy Current Levitation

Virvelstrømmer (Foucault-strømmer) indusert av vekslende magnetfelt i massive ledere er også i stand til å holde gjenstander i en luftende tilstand. For eksempel kan en vekselstrømspole løfte over en lukket aluminiumsring, og en aluminiumsskive vil sveve over en vekselstrømspole.

Forklaringen her er denne: i henhold til Lenzs lov vil strømmen indusert i disken eller i ringen skape et så magnetisk felt at retningen vil hindre årsaken til det, det vil si at i hver periode med vekselstrømssvingninger i induktoren vil et magnetfelt i motsatt retning bli indusert i den massive lederen . Så en massiv leder eller spole med passende form kan tømme hele tiden mens vekselstrømmen er på.

En lignende oppbevaringsmekanisme oppstår når neodymmagnet slipp i et kobberrør - magnetfeltet til induserte virvelstrømmer er rett overfor magnetfeltet til magneten.