Magnetisk levitation - hvad er det, og hvordan er det muligt

Ordet "levitation" kommer fra det engelske "levitate" - at svæve, stige op i luften. Det vil sige, levitation er overvinden af ​​tyngdekraften, når det svæver og ikke rører støtten, uden at skubbe væk fra luften uden at bruge jetstrøm. Fra fysikens synspunkt er levitation en stabil position af et objekt i et tyngdefelt, når tyngdekraften kompenseres, og der er en gendannelseskraft, der giver objektet stabilitet i rummet.

Især magnetisk levitation er teknologien til at løfte et objekt ved hjælp af et magnetfelt, når en magnetisk handling på objektet bruges til at kompensere for tyngdekraktionen eller enhver anden acceleration. Det handler om magnetisk levitation, der vil blive diskuteret i denne artikel.

Magnetisk fastholdelse af et objekt i en tilstand af stabil ligevægt kan realiseres på flere måder. Hver af metoderne har sine egne særegenheder, og der kan fremsættes krav til hver enkelt, såsom "dette er ikke reel levitation!", Og sådan vil det virkelig være. Ægte levitation i sin rene form er uopnåelig.

Så Earnshaw-sætningen beviser, at det kun ved hjælp af ferromagneter er umuligt at holde et objekt stabilt i et tyngdefelt. Men på trods af dette er det muligt ved hjælp af servomekanismer, diamagnetik, superledere og hvirvelstrømssystemer at opnå en sigtning af levitation, når en eller anden mekanisme hjælper objektet med at opretholde ligevægt, når det hæves over bæreren med magnetisk kraft. Dog først ting først.

Elektromagnetisk levitation med sporingssystem

Anvendelse af et kredsløb baseret på en elektromagnet og et fotorelay, kan du tvinge levitation af små metalgenstande. Elementet flyder i luften i en afstand fra den elektromagnet, der er fastgjort på stativet. Elektromagneten modtager strøm, indtil den fotocelle, der er monteret i stativet, er skjult af et svævende objekt, indtil der kommer nok lys fra det fra en fast styrekilde, hvilket betyder, at objektet skal trækkes.

Når objektet hæves tilstrækkeligt, slukkes elektromagneten, fordi i dette øjeblik skyggen fra objektet, der bevæges i rummet, falder på fotocellen, hvilket blokerer for kilden. Objektet begynder at falde, men har ikke tid til at falde, da elektromagneten er tændt igen. Så ved at justere følsomheden af ​​fotorelæet, kan du opnå en effekt, hvor objektet på en eller anden måde vil hænge et sted i luften.

Faktisk falder objektet konstant, derefter igen lidt hævet af det elektromagnetiske. Det viser sig illusionen om levitation. Dette princip er baseret på arbejdet med ”levitating globes” - temmelig usædvanlige souvenirs, hvor en magnetplade er fastgjort til kloden, som en elektromagnet, skjult i et stativ, interagerer med.

Diamagnetisk levitation

Grafitledning fra en enkel blyant er en diamagnet, det vil sige et stof, der magnetiseres mod et eksternt magnetfelt. Under visse betingelser forskydes magnetfeltet fuldstændigt fra materialet i diamagneten, for eksempel har grafitledning en høj magnetisk følsomhed og begynder at svæve over neodymmagneter selv ved stuetemperatur.

For at få effektens stabilitet skal magneter forskydes (magnetpoler), da glider grafitstangen ikke ud af "magnetfælden" og lufter.

En sjælden jordmagnet med en induktion på kun 1 T kan hænge mellem vismutplader, og i et magnetfelt med en induktion på 11 T kan "levitation" af en lille neodymmagnet stabiliseres mellem fingrene, da menneskelige hænder er en diamagnet, som vand.

En kendt udbredt oplevelse med en levende frø er kendt. Dyret placeres omhyggeligt over en magnet, der skaber en magnetisk induktion på mere end 16 T, og frøen, der viser diamagnetiske egenskaber, fryser faktisk i luften i kort afstand fra magneten.

Magnet levitation over en superleder (Meissner-effekt)

Yttrium-barium-kobberoxidpladen afkøles til temperaturen i flydende nitrogen. Under disse forhold, pladen bliver en superleder. Hvis du nu lægger en neodymiummagnet på et stativ over pladen og derefter trækker stativet ud under magneten, hænger magneten i luften - den løfter op.

Selv en lille magnetisk induktion i størrelsesordenen 1 mT er nok til, at magneten, når den placeres på pladen, stiger et par millimeter over den afkølede højtemperatur-superleder. Jo højere induktion af magneten, jo højere stiger den.

Pointen her er, at en af ​​egenskaberne ved en superleder er udvisning af magnetfeltet fra superledende fase, og magneten, der frastøder dette magnetfelt i den modsatte retning, flyder op og fortsætter med at svæve over den afkølede superleder, indtil den forlader superledende tilstand.

Eddy Current Levitation

Virvelstrømme (Foucault-strømme) induceret af skiftende magnetfelter i massive ledere er også i stand til at holde genstande i en leviterende tilstand. For eksempel kan en vekselstrømspole løfte over en lukket aluminiumsring, og en aluminiumskive svæver over en vekselstrømspole.

Forklaringen her er denne: i henhold til Lenz's lov vil strømmen induceret i disken eller i ringen skabe et magnetisk felt, at dens retning vil hindre årsagen til det, det vil sige, i hver periode med vekselstrømssvingninger i induktoren, induceres et magnetfelt i den modsatte retning i den massive leder . Så en massiv leder eller spole med en passende form kan opløses hele tiden, mens vekselstrømmen er tændt.

En lignende tilbageholdelsesmekanisme opstår, når neodymmagnet falde inden i et kobberrør - magnetfeltet i de inducerede virvelstrømme er modsat magnetens magnetfelt.