Levitation är att övervinna gravitationen, där subjektet eller objektet befinner sig i rymden utan stöd. Ordet "levitation" kommer från latinets Levitas, som betyder "lätthet".
Levitation är fel att likställa med flygning, eftersom det senare är baserat på luftmotstånd, vilket är anledningen till att fåglar, insekter och andra djur flyger och inte svävar.
Levitation i fysik
Levitation i fysik hänvisar till en kropps stabila position i ett gravitationsfält, medan kroppen inte ska vidröra andra föremål. Levitation innebär några nödvändiga och svåra villkor:
- En kraft som kan kompensera för gravitationskraften och gravitationskraften.
- Kraften som kan säkerställa kroppens stabilitet i rymden.
Av Gauss-lagen följer att i ett statiskt magnetfält är statiska kroppar eller föremål inte kapabla till levitation. Men om du ändrar villkoren kan du uppnå levitation.
Quantum Levitation
Allmänheten blev först medveten om kvantlevitation i mars 1991, när ett intressant foto publicerades i den vetenskapliga tidskriften Nature. Den visade direktören för Tokyo Superconductivity Research Laboratory, Don Tapscott, stå på en keramisk supraledande platta, och det fanns ingenting mellan golvet och plattan. Fotot visade sig vara äkta och plattan, som tillsammans med regissören som stod på den vägde cirka 120 kilogram, kunde sväva över golvet tack vare en supraledningseffekt känd som Meissner-Ochsenfeld-effekten.
Diamagnetisk levitation
Detta är namnet på typen av att vara upphängd i magnetfältet i en kropp som innehåller vatten, som i sig är en diamagnet, det vill säga ett material vars atomer kan magnetiseras mot den huvudsakliga elektromagnetiska riktningen. fält.
I processen med diamagnetisk levitation spelas huvudrollen av ledarnas diamagnetiska egenskaper, vars atomer, under inverkan av ett externt magnetfält, något ändrar parametrarna för elektronernas rörelse i deras molekyler, vilket leder till uppkomsten av ett svagt magnetfält i motsatt riktning mot det huvudsakliga. Effekten av detta svaga elektromagnetiska fält är tillräckligt för att övervinna gravitationen.
För att demonstrera diamagnetisk levitation genomförde forskare upprepade gånger experiment på små djur.
Den här typen av levitation användes i experiment på levande föremål. Under experiment iett externt magnetfält med en induktion på cirka 17 Tesla, ett suspenderat tillstånd (levitation) av grodor och möss uppnåddes.
Enligt Newtons tredje lag kan diamagneternas egenskaper användas vice versa, det vill säga för att sväva en magnet i en diamagnets fält eller för att stabilisera den i ett elektromagnetiskt fält.
Diamagnetisk levitation är till sin natur identisk med kvantlevitation. Det vill säga, som med verkan av Meissner-effekten, finns det en absolut förskjutning av magnetfältet från ledarens material. Den enda lilla skillnaden är att för att uppnå diamagnetisk levitation behövs ett mycket starkare elektromagnetiskt fält, men det är inte alls nödvändigt att kyla ledarna för att uppnå deras supraledning, vilket är fallet med kvantlevitation.
Hemma kan du till och med sätta upp flera experiment på diamagnetisk levitation, till exempel om du har två plattor med vismut (som är en diamagnet) kan du ställa in en magnet med låg induktion, ca 1 T, i avstängt tillstånd. Dessutom, i ett elektromagnetiskt fält med en induktion på 11 Tesla, kan du stabilisera en liten magnet i upphängt tillstånd genom att justera dess position med fingrarna, samtidigt som du inte rör magneten alls.
Vanligt förekommande diamagneter är nästan alla inerta gaser, fosfor, kväve, kisel, väte, silver, guld, koppar och zink. Även människokroppen är diamagnetisk i det rätta elektromagnetiska magnetfältet.
Magnetisk levitation
Magnetisk levitation är en effektiven metod för att lyfta ett föremål med hjälp av ett magnetfält. I det här fallet används magnetiskt tryck för att kompensera för gravitation och fritt fall.
Enligt Earnshaws teorem är det omöjligt att hålla ett föremål i ett gravitationsfält stadigt. Det vill säga att levitation under sådana förhållanden är omöjlig, men om vi tar hänsyn till verkningsmekanismerna för diamagneter, virvelströmmar och supraledare, så kan effektiv levitation uppnås.
Om magnetisk levitation ger lyft med mekaniskt stöd kallas detta fenomen pseudo-levitation.
Meissner-effekt
Meissner-effekten är processen för absolut förskjutning av magnetfältet från hela ledarens volym. Detta inträffar vanligtvis under övergången av ledaren till supraledande tillstånd. Detta är vad supraledare skiljer sig från idealiska - trots att båda inte har något motstånd förblir den magnetiska induktionen av ideala ledare oförändrad.
För första gången observerades och beskrevs detta fenomen 1933 av två tyska fysiker - Meissner och Oksenfeld. Det är därför kvantlevitation ibland kallas Meissner-Ochsenfeld-effekten.
Av de allmänna lagarna för det elektromagnetiska fältet följer att i frånvaro av ett magnetiskt fält i en ledares volym, finns endast en ytström i den, som upptar utrymme nära supraledarens yta. Under dessa förhållanden beter sig en supraledare på samma sätt som en diamagnet, samtidigt som den inte är en.
Meissner-effekten är uppdelad i hel och partiell, inberoende på kvaliteten på supraledare. Den fulla Meissner-effekten observeras när magnetfältet är helt förskjutet.
Supraledare för hög temperatur
Det finns få rena supraledare i naturen. De flesta av deras supraledande material är legeringar, som oftast bara uppvisar en partiell Meissner-effekt.
I supraledare är det förmågan att helt förskjuta magnetfältet från dess volym som separerar material till supraledare av den första och andra typen. Supraledare av den första typen är rena ämnen, som kvicksilver, bly och tenn, som kan visa den fulla Meissner-effekten även i höga magnetfält. Supraledare av den andra typen är oftast legeringar, såväl som keramik eller några organiska föreningar, som under förhållanden med ett magnetfält med hög induktion endast kan delvis förskjuta magnetfältet från sin volym. Ändå, under förhållanden med mycket låg magnetisk fältstyrka, klarar nästan alla supraledare, inklusive typ II, den fulla Meissner-effekten.
Flera hundra legeringar, föreningar och flera rena material är kända för att ha egenskaperna hos kvantsupraledning.
Mohammeds Coffin Experience
"Mohammeds kista" är ett slags knep med levitation. Detta var namnet på experimentet som tydligt visade effekten.
Enligt muslimsk legend låg profeten Muhammeds kista i luften i limbo, utan något stöd och stöd. Exaktdärav namnet på upplevelsen.
Vetenskaplig förklaring av erfarenhet
Supraledning kan endast uppnås vid mycket låga temperaturer, så supraledaren måste kylas i förväg, till exempel med högtemperaturgaser som flytande helium eller flytande kväve.
Då placeras en magnet på ytan av en platt kyld supraledare. Även i fält med en minsta magnetisk induktion som inte överstiger 0,001 Tesla, stiger magneten upp över ytan på supraledaren med cirka 7-8 millimeter. Om du gradvis ökar magnetfältets styrka kommer avståndet mellan supraledarens yta och magneten att öka mer och mer.
Magneten kommer att fortsätta att sväva tills de yttre förhållandena ändras och supraledaren förlorar sina supraledande egenskaper.
