Levitasjon er å overvinne tyngdekraften, der motivet eller objektet er i rommet uten støtte. Ordet "levitasjon" kommer fra det latinske Levitas, som betyr "letthet".
Levitasjon er feil å sidestille med flukt, fordi sistnevnte er basert på luftmotstand, som er grunnen til at fugler, insekter og andre dyr flyr, og ikke leviterer.
Levitasjon i fysikk
Levitasjon i fysikk refererer til den stabile posisjonen til en kropp i et gravitasjonsfelt, mens kroppen ikke skal berøre andre objekter. Levitasjon innebærer noen nødvendige og vanskelige forhold:
- En kraft som kan oppveie tyngdekraften og tyngdekraften.
- Kraften som kan sikre kroppens stabilitet i rommet.
Fra Gaussloven følger det at i et statisk magnetfelt er statiske legemer eller objekter ikke i stand til å levitere. Men hvis du endrer betingelsene, kan du oppnå levitasjon.
Quantum Levitation
Allmennheten ble først oppmerksom på kvantelevitasjon i mars 1991, da et interessant bilde ble publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature. Den viste direktøren for Tokyo Superconductivity Research Laboratory, Don Tapscott, stående på en keramisk superledende plate, og det var ingenting mellom gulvet og platen. Bildet viste seg å være ekte, og platen, som sammen med regissøren som sto på den veide rundt 120 kilo, kunne sveve over gulvet takket være en superledningseffekt kjent som Meissner-Ochsenfeld-effekten.
Diamagnetisk levitasjon
Dette er navnet på typen vesen suspendert i magnetfeltet til en kropp som inneholder vann, som i seg selv er en diamagnet, det vil si et materiale hvis atomer er i stand til å magnetiseres mot retningen til hovedelektromagneten. felt.
I prosessen med diamagnetisk levitasjon spilles hovedrollen av de diamagnetiske egenskapene til ledere, hvis atomer, under påvirkning av et eksternt magnetfelt, endrer parametrene for bevegelse av elektroner i molekylene deres, noe som fører til at det oppstår et svakt magnetfelt i motsatt retning av hovedfeltet. Effekten av dette svake elektromagnetiske feltet er nok til å overvinne tyngdekraften.
For å demonstrere diamagnetisk levitasjon utførte forskere gjentatte ganger eksperimenter på små dyr.
Denne typen levitasjon ble brukt i eksperimenter på levende gjenstander. Under eksperimenter iet eksternt magnetfelt med en induksjon på ca. 17 Tesla, en suspendert tilstand (levitasjon) av frosker og mus ble oppnådd.
I henhold til Newtons tredje lov kan egenskapene til diamagneter brukes omvendt, det vil si å levitere en magnet i feltet til en diamagnet eller for å stabilisere den i et elektromagnetisk felt.
Diamagnetisk levitasjon er identisk med kvantelevitasjon. Det vil si, som med virkningen av Meissner-effekten, er det en absolutt forskyvning av magnetfeltet fra materialet til lederen. Den eneste lille forskjellen er at for å oppnå diamagnetisk levitasjon er det nødvendig med et mye sterkere elektromagnetisk felt, men det er slett ikke nødvendig å avkjøle lederne for å oppnå deres superledning, slik tilfellet er med kvantelevitasjon.
Hjemme kan du til og med sette opp flere eksperimenter på diamagnetisk levitasjon, for eksempel hvis du har to plater med vismut (som er en diamagnet), kan du stille inn en magnet med lav induksjon, ca 1 T, i suspendert tilstand. I tillegg, i et elektromagnetisk felt med en induksjon på 11 Tesla, kan du stabilisere en liten magnet i suspendert tilstand ved å justere posisjonen med fingrene, mens du ikke berører magneten i det hele tatt.
Hyppig forekommende diamagneter er nesten alle inerte gasser, fosfor, nitrogen, silisium, hydrogen, sølv, gull, kobber og sink. Selv menneskekroppen er diamagnetisk i det riktige elektromagnetiske magnetfeltet.
Magnetisk levitasjon
Magnetisk levitasjon er en effektiven metode for å løfte et objekt ved hjelp av et magnetfelt. I dette tilfellet brukes magnetisk trykk for å kompensere for tyngdekraften og fritt fall.
I følge Earnshaws teorem er det umulig å holde et objekt jevnt i et gravitasjonsfelt. Det vil si at levitasjon under slike forhold er umulig, men hvis vi tar hensyn til virkningsmekanismene til diamagneter, virvelstrømmer og superledere, kan effektiv levitasjon oppnås.
Hvis magnetisk levitasjon gir løft med mekanisk støtte, kalles dette fenomenet pseudo-levitasjon.
Meissner-effekt
Meissner-effekten er prosessen med absolutt forskyvning av magnetfeltet fra hele volumet til lederen. Dette skjer vanligvis under overgangen av lederen til superledende tilstand. Dette er hva superledere skiller seg fra ideelle - til tross for at begge ikke har noen motstand, forblir den magnetiske induksjonen til ideelle ledere uendret.
For første gang ble dette fenomenet observert og beskrevet i 1933 av to tyske fysikere - Meissner og Oksenfeld. Det er derfor kvantelevitasjon noen ganger kalles Meissner-Ochsenfeld-effekten.
Av de generelle lovene for det elektromagnetiske feltet følger det at i fravær av et magnetisk felt i volumet til en leder, er det bare en overflatestrøm til stede i den, som opptar plass nær overflaten til superlederen. Under disse forholdene oppfører en superleder seg på samme måte som en diamagnet, samtidig som den ikke er en.
Meissner-effekten er delt inn i hel og delvis, iavhengig av kvaliteten på superledere. Den fulle Meissner-effekten observeres når magnetfeltet er fullstendig forskjøvet.
Superledere med høy temperatur
Det er få rene superledere i naturen. De fleste av deres superledende materialer er legeringer, som oftest bare viser en delvis Meissner-effekt.
I superledere er det evnen til å forskyve magnetfeltet fullstendig fra volumet som skiller materialer til superledere av den første og andre typen. Superledere av den første typen er rene stoffer, som kvikksølv, bly og tinn, som er i stand til å demonstrere full Meissner-effekt selv i høye magnetiske felt. Superledere av den andre typen er oftest legeringer, så vel som keramikk eller noen organiske forbindelser, som under forhold med et magnetisk felt med høy induksjon bare er i stand til delvis å forskyve magnetfeltet fra volumet. Likevel, under forhold med svært lav magnetisk feltstyrke, er nesten alle superledere, inkludert type II, i stand til full Meissner-effekt.
Flere hundre legeringer, forbindelser og flere rene materialer er kjent for å ha egenskapene til kvantesuperledning.
Mohammed's Coffin Experience
"Mohammeds kiste" er et slags triks med levitasjon. Dette var navnet på eksperimentet som tydelig demonstrerte effekten.
Ifølge muslimsk legende var profeten Mohammeds kiste i luften i limbo, uten støtte og støtte. Nøyaktigderav navnet på opplevelsen.
Vitenskapelig forklaring av erfaring
Superledningsevne kan kun oppnås ved svært lave temperaturer, så superlederen må avkjøles på forhånd, for eksempel med høytemperaturgasser som flytende helium eller flytende nitrogen.
Deretter plasseres en magnet på overflaten av en flat avkjølt superleder. Selv i felt med en minimum magnetisk induksjon som ikke overstiger 0,001 Tesla, stiger magneten opp over overflaten av superlederen med omtrent 7-8 millimeter. Hvis du gradvis øker magnetfeltstyrken, vil avstanden mellom overflaten til superlederen og magneten øke mer og mer.
Magneten vil fortsette å levitere til de ytre forholdene endres og superlederen mister sine superledende egenskaper.
