Pengangkatan magnet - apakah itu dan bagaimana mungkin

Perkataan "levitation" berasal dari bahasa Inggeris "levitate" - untuk melambung, naik ke udara. Maksudnya, levitation adalah mengatasi objek graviti apabila ia menyentuh dan tidak menyentuh sokongan, walaupun tidak menolak dari udara, tanpa menggunakan jet propulsion. Dari sudut pandang fizik, levitation adalah kedudukan stabil objek dalam medan graviti, apabila graviti dikompensasi dan daya pemulihan berlaku, yang memberikan objek dengan kestabilan dalam ruang.

Pengangkatan magnetik adalah teknologi mengangkat objek menggunakan medan magnet, apabila tindakan magnet pada objek digunakan untuk mengimbangi pecutan graviti atau pecutan yang lain. Ini adalah mengenai levitation magnet yang akan dibincangkan dalam artikel ini.

Penahanan magnetik objek dalam keadaan keseimbangan stabil dapat direalisasikan dalam beberapa cara. Setiap kaedah mempunyai keistimewaan tersendiri, dan tuntutan boleh dibuat kepada setiap orang, seperti "ini bukan levitation sebenar!", Dan sebagainya akan menjadi benar. Pengalihan sejati dalam bentuk tulennya tidak boleh dicapai.

Oleh itu, teorem Earnshaw membuktikan bahawa, hanya menggunakan ferromagnets, adalah mustahil untuk memegang sesuatu objek dalam medan graviti. Tetapi walaupun ini, dengan bantuan mekanisme servo, diamagnetik, superkonduktor dan sistem semasa eddy, adalah mungkin untuk mencapai persamaan levitation apabila beberapa mekanisme membantu objek itu mengekalkan keseimbangan apabila ia dibangkitkan di atas sokongan oleh daya magnet. Walau bagaimanapun, perkara pertama yang pertama.

Levitation elektromagnet dengan sistem pengesanan

Memohon litar berdasarkan elektromagnet dan photorelay, anda boleh memaksa levitation objek logam kecil. Item akan terapung di udara pada jarak jauh dari elektromagnet yang dipasang pada rak. Elektromagnet menerima kuasa sehingga photocell dipasang di rak dikaburkan oleh objek yang melayang, sehingga cahaya yang cukup diperoleh daripadanya dari sumber kawalan tetap, yang bermaksud objek harus ditarik.

Apabila objek cukup dibangkitkan, elektromagnet dimatikan, kerana pada masa ini bayang-bayang dari objek berpindah ke ruang angkasa jatuh pada fotosel, menyekat cahaya sumber. Objek mula jatuh, tetapi tidak mempunyai masa untuk jatuh, kerana elektromagnet dihidupkan semula. Oleh itu, dengan menyesuaikan sensitiviti penyampai foto, anda boleh mencapai kesan di mana objek itu entah bagaimana akan digantung di satu tempat di udara.

Malah, objek itu terus jatuh, sekali lagi sedikit dibangkitkan oleh elektromagnetik. Ia ternyata ilusi levitation. Prinsip ini didasarkan pada kerja "levitating globes" - cenderamata yang agak luar biasa, di mana plat magnet dilampirkan ke dunia, dengan mana elektromagnet, tersembunyi di pendirian, berinteraksi.

Levitation diamagnetic

Memimpin grafit dari pensil mudah ialah diamagnet, iaitu bahan yang diarahkan ke medan magnet luar. Di bawah syarat-syarat tertentu, medan magnet terlantar sepenuhnya dari bahan diamagnet, contohnya, plumbum memimpin mempunyai kerentanan magnet yang tinggi, dan mula melambung di atas magnet neodymium walaupun pada suhu bilik.

Untuk kestabilan kesannya, magnet perlu dipasang dalam corak papan gelung (tiang magnet), maka batang grafit tidak akan tergelincir dari "perangkap magnet" dan akan bergerak.

Magnet jarang-bumi dengan induksi hanya 1 T boleh digantung di antara plat bismut, dan di medan magnet dengan induksi 11 T, "levitation" magnet neodymium kecil boleh stabil antara jari-jari, kerana tangan manusia adalah diamagnet, seperti air.

Pengalaman yang cukup meluas dengan katak levitating diketahui. Haiwan ini diletakkan dengan berhati-hati di atas magnet, yang menghasilkan induksi magnet lebih dari 16 T, dan katak, menunjukkan sifat diamagnetik, sebenarnya membeku di udara pada jarak dekat dari magnet.

Lekapan magnet ke atas superkonduktor (kesan Meissner)

Plat oksida yttrium-barium-tembaga disejukkan kepada suhu nitrogen cecair. Di bawah syarat-syarat ini, plat menjadi superkonduktor. Jika anda kini meletakkan magnet neodymium pada kedudukan di atas plat, dan kemudian tarik pendirian dari bawah magnet, maka magnet akan digantung di udara - ia akan bergerak.

Malah induksi magnetik kecil pesanan 1 mT cukup untuk magnet, apabila diletakkan pada plat, untuk menaikkan beberapa milimeter di atas superkonduktor suhu tinggi yang disejukkan. Lebih tinggi induksi magnet, semakin tinggi ia akan naik.

Titik di sini ialah salah satu daripada sifat superkonduktor adalah penyingkiran medan magnet dari fasa superconducting, dan magnet, bermula dari medan magnet ini arah bertentangan, mengapung dan terus melambung di atas superkonduktor yang disejukkan sehingga ia meninggalkan keadaan superconducting.

Pengendalian Semasa Eddy

Arus Eddy (arus Foucault) yang disebabkan oleh medan magnet bergantian dalam konduktor besar juga dapat menyimpan objek dalam keadaan levitating. Sebagai contoh, gegelung semasa berselang boleh melayang di atas cincin aluminium tertutup, dan cakera aluminium akan bergerak di atas gegelung semasa berselang.

Penjelasan di sini adalah ini: menurut undang-undang Lenz, arus yang diinduksi dalam cakera atau cincin itu akan mewujudkan medan magnet seperti itu bahawa arahnya akan menghalang sebab itu, iaitu, dalam setiap masa ayunan arus bergantian dalam induktor, medan magnet arah yang bertentangan akan diinduksi dalam konduktor secara besar-besaran . Oleh itu, konduktor besar atau gegelung bentuk yang sesuai boleh levitate sepanjang masa semasa arus geganti sedang aktif.

Mekanisme pengekalan yang sama berlaku apabila magnet neodymium jatuh di dalam paip tembaga - medan magnet arus eddy yang diinduksi diarahkan bertentangan dengan medan magnet magnet.