Magneettinen levitaatio - mikä se on ja miten se on mahdollista

Sana "levitation" tulee englannista "levitate" - nousta, nousta ilmaan. Toisin sanoen levitaatio on painovoimaobjektin voittaminen, kun se nousee ja ei kosketa tukea, samalla kun se ei työnny pois ilmasta käyttämättä suihkukäyttöä. Fysiikan kannalta levitaatio on esineen vakaa sijainti painovoimakentässä, kun painovoima kompensoidaan ja tapahtuu palautusvoima, joka antaa esineelle vakauden avaruudessa.

Erityisesti magneettinen levitaatio on tekniikka esineen nostamiseksi magneettikentän avulla, kun esineeseen kohdistuvaa magneettista vaikutusta käytetään kompensoimaan painovoiman kiihtyvyys tai mikä tahansa muu kiihtyvyys. Tässä artikkelissa käsitellään magneettista levitaatiota.

Kohteen magneettinen retentio stabiilin tasapainotilassa voidaan toteuttaa useilla tavoilla. Jokaisella menetelmällä on omat erityispiirteensä, ja jokaiselle voidaan esittää väitteitä, kuten ”tämä ei ole oikea levitaatio!”, Ja niin se todella tulee olemaan. Todellista levitaatiota sen puhtaassa muodossa ei voida saavuttaa.

Joten, Earnshaw-lause todistaa, että vain ferromagneetteja käyttämällä on mahdotonta pitää objektia vakaasti painovoimakentässä. Mutta tästä huolimatta servomekanismien, diamagnetiikan, suprajohtimien ja pyörrevirtajärjestelmien avulla on mahdollista saavuttaa levitaation samankaltaisuus, kun jokin mekanismi auttaa esinettä ylläpitämään tasapainoa, kun se on nostettu tuen yläpuolelle magneettisen voiman avulla. Ensin kuitenkin ensin.

Sähkömagneettinen levitaatio seurantajärjestelmällä

Soveltamalla piiriin, joka perustuu sähkömagneettiin ja fotorelun, voit pakottaa pienten metalliesineiden levitaation. Tuote kelluu ilmassa jonkin matkan päässä telineeseen kiinnitetystä sähkömagneetista. Sähkömagneetti vastaanottaa virtaa, kunnes telineeseen kiinnitetty valokenno peittää huiman kohteen, kunnes kiinteästä ohjauslähteestä tulee riittävästi valoa, mikä tarkoittaa, että esine on vedettävä.

Kun esine on nostettu riittävästi, sähkömagneetti sammuu, koska avaruudessa siirretyn esineen varjo putoaa valokennoon, estäen lähteen valon. Esine alkaa pudota, mutta sillä ei ole aikaa pudota, koska sähkömagneetti kytketään uudelleen päälle. Joten säätämällä valokuvareleen herkkyyttä voit saavuttaa vaikutuksen, jossa esine roikkuu jotenkin yhdessä paikassa ilmassa.

Itse asiassa esine putoaa jatkuvasti, sitten taas sähkömagneettinen nostaa sitä hieman. Osoittautuu levitation illuusio. Tämä periaate perustuu ”levitaavien maapallon” - melko epätavallisten matkamuistojen - työhön, joissa maapalloon kiinnitetään magneettinen levy, jonka kanssa jalustassa piilotettu sähkömagneetti on vuorovaikutuksessa.

Diamagneettinen levitaatio

Grafiittijohto yksinkertaisesta lyijykynästä on diamagnetti, eli aine, joka magnetoituu ulkoista magneettikenttää vasten. Tietyissä olosuhteissa magneettikenttä siirtyy kokonaan diamagneetin materiaalista, esimerkiksi grafiittijohdolla on korkea magneettinen herkkyys ja se alkaa nousta neodyymimagneettien yläpuolella jopa huoneenlämpötilassa.

Efektin vakauden varmistamiseksi magneetit tulisi koota tammilaudan kuvioon (magneettinavat), niin grafiittitanko ei liu'u “magneettisen ansaan” ja vuotaa ulos.

Harvinaisten maametallien magneetti, jonka induktio on vain 1 T, voi roikkua vismuttilevyjen välissä, ja 11 T: n induktion omaavassa magneettikentässä pienen neodyymimagneetin ”levitaatio” voidaan stabiloida sormien välillä, koska ihmisen kädet ovat diamagneetti, kuten vesi.

Tunnetaan melko laaja kokemus levitoivasta sammakosta. Eläin asetetaan varovasti magneetin päälle, mikä aiheuttaa yli 16 T: n magneettisen induktion, ja sammakko, joka osoittaa diamagneettiset ominaisuudet, jäätyy todella ilmassa lyhyen matkan päässä magneetista.

Magneetin levitaatio suprajohteen yli (Meissner-efekti)

Yttrium-barium-kuparioksidilevy jäähdytetään nestemäisen typen lämpötilaan. Näissä olosuhteissa levy tulee suprajohteeksi. Jos laitat nyt neodyymimagneetin jalustalle levyn yläpuolelle ja vedät jalustan magneetin alta, niin magneetti jäätyy ilmaan - se levittuu.

Jopa pieni, luokkaa 1 mT magneettinen induktio riittää, että magneettia, kun se asetetaan levylle, nousee muutama millimetri jäähdytetyn korkean lämpötilan suprajohteen yläpuolelle. Mitä suurempi magneetin induktio on, sitä korkeammalle se nousee.

Asia tässä on, että yksi suprajohtimen ominaisuuksista on magneettikentän poisto suprajohtavasta vaiheesta, ja magneetti, vastapäätä olevasta magneettikentästä lähtien, kelluu ylös ja jatkaa nousua jäähdytetyn suprajohteen yläpuolella, kunnes se poistuu suprajohtavasta tilasta.

Eddy Current Levitaatio

Pyrkkyvirrat (Foucault-virrat), jotka aiheutuvat vuorottelevista magneettikentistä massiivisissa johtimissa, pystyvät myös pitämään esineet levitoivassa tilassa. Esimerkiksi vaihtovirtakela voi vuotaa suljetun alumiinirenkaan yli, ja alumiinilevy kelluu vaihtovirtakelan yläpuolelle.

Selitys tässä on seuraava: Lenzin lain mukaan kiekkoon tai renkaaseen indusoitu virta luo sellaisen magneettikentän, että sen suunta häiritsee sen syytä, ts. Jokaisessa vaihtovirran värähtelyn jaksossa induktorissa induktoidaan vastakkaisen suunnan magneettikenttä . Joten sopivan muodon massiivinen johdin tai kela voi vuotaa koko ajan, kun vaihtovirta on päällä.

Samanlainen pidätysmekanismi esiintyy, kun neodyymimagneetti pudota kupariputken sisälle - indusoitujen pyörrevirtojen magneettikenttä on suunnattu vastakkaiselle magneetin magneettikentälle.