Magnetska levitacija - što je to i kako je moguće

Riječ "levitacija" dolazi od engleskog "levitate" - sijati, dizati se u zrak. Odnosno, levitacija je prevladavanje gravitacijskog objekta kada se uzdiže i ne dira oslonac, a pritom se ne gura iz zraka, bez upotrebe mlaznog pogona. S gledišta fizike, levitacija je stabilan položaj objekta u gravitacijskom polju, kada se gravitacija kompenzira i dogodi se obnavljajuća sila, koja pruža objektu stabilnost u prostoru.

Posebno, magnetska levitacija je tehnologija podizanja predmeta pomoću magnetskog polja, kada se magnetsko djelovanje na objekt kompenzira za ubrzanje gravitacije ili bilo koje drugo ubrzanje. Riječ je o magnetskoj levitaciji koja će se raspravljati u ovom članku.

Magnetsko zadržavanje objekta u stanju stabilne ravnoteže može se realizirati na više načina. Svaka od metoda ima svoje osobitosti i za svaku se može podnijeti zahtjev, poput "ovo nije stvarna levitacija!", I zaista će biti tako. Istinska levitacija u svom čistom obliku je nedostižna.

Dakle, teorema Earnshawa dokazuje da je, koristeći samo feromagnete, nemoguće stabilno držati objekt u gravitacijskom polju. No usprkos tome, uz pomoć servo mehanizama, dijamagnetike, supravodiča i sustava s vrtložnim strujama moguće je postići privid levitacije kada neki mehanizam pomogne objektu da održi ravnotežu kada se magnetskom silom podigne iznad potpornja. Međutim, prvo stvari.

Elektromagnetska levitacija sa sustavom praćenja

Primjenjujući krug na temelju elektromagneta i foto releja, možete nametnuti levitaciju sitnih metalnih predmeta. Predmet će lebdjeti u zraku na nekoj udaljenosti od elektromagneta pričvršćenog na stalak. Elektromagnet prima snagu sve dok fotoceliju montiranu u stalak ne zakloni lepršavi objekt, sve dok iz njega ne dođe dovoljno svjetla iz fiksnog upravljačkog izvora, što znači da se predmet mora izvući.

Kad je objekt dovoljno podignut, elektromagnet se isključuje, jer u ovom trenutku sjena iz predmeta pomaknuta u prostoru pada na fotoćeliju, blokirajući svjetlost izvora. Objekt počinje padati, ali nema vremena pasti jer se elektromagnet ponovno uključuje. Dakle, podešavanjem osjetljivosti foto releja možete postići učinak u kojem će objekt nekako visjeti na jednom mjestu u zraku.

U stvari, objekt neprestano pada, a zatim ga lagano podiže elektromagnetskim. Ispada iluzija levitacije. Ovaj se princip temelji na radu "levitirajućih globusa" - prilično neobičnih suvenira, pri čemu je na globusu pričvršćena magnetska ploča, s kojom elektromagnet, skriven u postolju, djeluje.

Dijagnostička levitacija

Grafitno olovo iz jednostavne olovke je dijamagnet, tj. Tvar koja se magnetizira na vanjsko magnetsko polje. Pod određenim uvjetima, magnetsko polje potpuno se istiskuje iz materijala dijamagneta, na primjer, grafitno olovo ima veliku magnetsku osjetljivost i počinje viri iznad magnezija od neodima, čak i na sobnoj temperaturi.

Za stabilnost učinka, magneti se moraju posrnuti (stupovi magneta), tako da grafitna šipka neće iskliznuti iz „magnetske zamke“ i levitatirat će.

Rijetka zemlja magnet s indukcijom od samo 1 T može visiti između bizmutnih ploča, a u magnetskom polju s indukcijom od 11 T, "levitacija" malog neodimijskog magneta može se stabilizirati između prstiju, jer su ljudske ruke dijamagnet, poput vode.

Poznato je prilično rašireno iskustvo s levitatirajućom žabom. Životinja je pažljivo smještena iznad magneta, koji stvara magnetsku indukciju veću od 16 T, a žaba, pokazujući dijamagnetska svojstva, zapravo se smrzava u zraku na maloj udaljenosti od magneta.

Levitacija magneta preko supravodiča (Meissnerov efekt)

Itrijum-barij-bakar-oksidna ploča hladi se na temperaturu tekućeg dušika. U tim uvjetima ploča postaje superprevodnik, Ako sada stavite neodimski magnet na postolje iznad ploče, a zatim izvadite postolje ispod magneta, tada će magnet visjeti u zraku - on će levitirati.

Čak je i mala magnetska indukcija reda 1 mT dovoljna da se magnet, kada se postavi na ploču, penje na nekoliko milimetara iznad ohlađenog visokotemperaturnog superprevodnika. Što je veća indukcija magneta, to će se i on povećati.

Stvar je ovdje u tome što je jedno od svojstava supravodiča izbacivanje magnetskog polja iz supravodljive faze, a magnet, odbijajući se iz ovog magnetskog polja suprotnog smjera, lebdi gore i nastavlja lebdjeti iznad ohlađenog supravodiča dok ne napusti stanje supravodnjeg provođenja.

Lebdenje struje

Vrtne struje (Foucaultove struje) inducirane izmjeničnim magnetskim poljem u masivnim vodičima također su u stanju držati predmete u levitaciranom stanju. Na primjer, zavojnica izmjenične struje može levitirati preko zatvorenog aluminijskog prstena, a aluminijski disk će lebdjeti iznad zavojnice izmjenične struje.

Objašnjenje je sljedeće: prema Lenzovom zakonu struja inducirana u disku ili u prstenu stvorit će takvo magnetsko polje da će njegov smjer ometati njegov uzrok, odnosno da će se u svakom razdoblju izmjeničnih oscilacija struje u induktoru magnetsko polje suprotnog smjera inducirati u masivnom vodiču , Dakle, masivni vodič ili zavojnica prikladnog oblika može levitati cijelo vrijeme dok je uključena izmjenična struja.

Sličan mehanizam zadržavanja događa se kada neodim-magnet pad unutar bakrene cijevi - magnetsko polje inducirane vrtložne struje usmjereno je suprotno magnetskom polju magneta.