Mágneses lebegés - mi ez és hogyan lehetséges

A "lebegés" szó az angol "lebegés" származik - szárnyalni, levegőbe emelkedni. Vagyis a lebegés a gravitációs tárgy legyőzése, amikor szárnyal és nem érinti a támaszt, anélkül, hogy a levegőtől visszapattanna, sugárhajtómű használata nélkül. A fizika szempontjából a lebegés egy tárgy stabil helyzete a gravitációs mezőben, amikor a gravitáció kompenzálva van, és van egy helyreállító erő, amely az objektum számára stabilitást biztosít a térben.

Különösen a mágneses lebegés egy tárgy mágneses mező felhasználásával történő emelésének technológiája, amikor a tárgyra mágneses hatást fejtenek ki a gravitációs gyorsulás vagy bármilyen más gyorsulás ellensúlyozására. Ez a cikk a mágneses lebegésről szól.

Egy tárgy mágneses visszatartása stabil egyensúlyi állapotban többféle módon megvalósítható. Mindegyik módszernek megvan a maga sajátossága, és mindegyikre igényt lehet állítani, például: „ez nem valódi lebegés!”, És így lesz. Az igazi lebegés tiszta formájában elérhetetlen.

Tehát az Earnshaw-tétel bizonyítja, hogy csak ferromágnesekkel lehetetlen stabilan tartani egy tárgyat gravitációs mezőben. Ennek ellenére szervó mechanizmusok, diamagnetika, szupravezetők és örvényáram-rendszerek segítségével lehetséges a lebegés hasonlósága, ha valamely mechanizmus segít az objektumnak fenntartani az egyensúlyt, amikor a támaszték fölé emeli a mágneses erő. Először azonban az első dolgok.

Elektromágneses lebegés nyomkövető rendszerrel

Elektromágnest és fotorelayel alapuló áramkört alkalmazva kis fémtárgyak lebegőképességét kényszerítheti. A cikk lebeg a levegőben, bizonyos távolságra a rackhez rögzített elektromágnestől. Az elektromágnes addig kap energiát, amíg a rackbe beépített fotocellát el nem takarja egy szárnyaló tárgy, mindaddig, amíg a rögzített vezérlőforrásból elegendő fény jut belőle, ami azt jelenti, hogy az objektumot meg kell húzni.

Amikor az objektum megfelelően fel van emelve, az elektromágnes kikapcsol, mivel ebben a pillanatban az űrben mozgó tárgy árnyéka a fotocellára esik, blokkolja a forrás fényét. A tárgy esni kezd, de nincs esése ideje, mivel az elektromágnes újra bekapcsol. Tehát a fotórelé érzékenységének beállításával olyan hatást érhet el, amelyben az objektum valahogy egy helyen lóg a levegőben.

Valójában a tárgy folyamatosan esik, aztán ismét kissé emeli az elektromágneses. Kiderül, hogy a lebegés illúziója. Ez az elv a „lebegő földgömbök” munkáján alapul - meglehetősen szokatlan ajándéktárgyakon, ahol egy mágneses tányér van a földgömbhöz rögzítve, amellyel az állványban rejtett elektromágnes kölcsönhatásba lép.

Diamagnetikus lebegés

Az egyszerű ceruza grafit ólma diamagnet, azaz egy anyag, amelyet egy külső mágneses mező ellen mágneseztetnek. Bizonyos körülmények között a mágneses mező teljesen eltolódik a diamagnet anyagától, például a grafit-ólomnak nagy a mágneses érzékenysége, és még a szobahőmérsékleten is neodímium mágnesek felett szárnyalni kezd.

A hatás stabilitása érdekében a mágneket el kell osztani (mágnesoszlopok), akkor a grafitrúd nem csúszik ki a „mágneses csapdából”, és lebeg.

Egy ritkaföldfém mágnes, amelynek indukciója csak 1 T, lóghat a bizmutlemezek között, és egy 11 T indukciójú mágneses mezőben egy kis neodímium mágnes „lebegőképessége” az ujjak között stabilizálható, mivel az emberi kéz diamagnet, mint a víz.

A lebegő béka meglehetősen széles körű tapasztalata ismert. Az állatot óvatosan egy mágnes fölé helyezik, amely mágneses indukciót meghaladja a 16 T-ot, és a béka, amely diamágneses tulajdonságokat mutat, valójában a mágnestől rövid távolságra lefagy a levegőben.

Mágnes lebegés egy szupravezető felett (Meissner-effektus)

Az ittrium-bárium-réz-oxid lemezt lehűtjük a folyékony nitrogén hőmérsékletére. Ilyen körülmények között a lemez szupravezetővé válik. Ha most neodímium mágnest helyez a lemezen lévő állványra, majd kihúzza az állványt a mágnes aljáról, akkor a mágnes lebeg a levegőben - lebeg.

Még egy kicsi, 1 mT nagyságú mágneses indukció is elegendő ahhoz, hogy a mágnes a tányérra helyezve néhány milliméterrel magasabbra emelkedjen a hűtött magas hőmérsékletű szupravezető felett. Minél nagyobb a mágnes indukciója, annál nagyobb lesz a növekedése.

A lényeg itt az, hogy a szupravezető egyik tulajdonsága a mágneses mezőnek a szupravezető fázistól való kiszorítása, és a mágnes, amely ellentétes irányú mágneses mezőtől visszatart, felfelé úszik, és tovább szárnyal a hűtött szupravezető felett, amíg el nem hagyja a szupravezető állapotot.

Örvényáramú lebegés

A hatalmas vezetők váltakozó mágneses terei által indukált örvényáramok (Foucault-áramok) szintén képesek tárgyakat lebegő állapotban tartani. Például egy váltakozó áramú tekercs lebeghet egy zárt alumínium gyűrűn, és egy alumínium lemez lebeg a váltakozó áramú tekercs felett.

A magyarázat itt a következő: Lenz törvénye szerint a lemezen vagy a gyűrűben indukált áram olyan mágneses mezőt hoz létre, hogy az iránya akadályozza annak okát, vagyis az induktor váltakozó áramának minden egyes periódusában ellenkező irányú mágneses mező indukálódik a masszív vezetőben. . Tehát egy megfelelő alakú hatalmas vezető vagy tekercs folyamatosan lebeghet, miközben a váltakozó áram be van kapcsolva.

Hasonló visszatartási mechanizmus akkor fordul elő, ha neodímium mágnes csepp egy rézcső belsejében - az indukált örvényáramok mágneses tere a mágnes mágneses mezőjével ellentétes irányba mutat.