Levitație magnetică - ce este și cum este posibil

Cuvântul „levitație” provine din engleza „levitate” - a se înălța, a se ridica în aer. Adică, levitația este depășirea obiectului de gravitate atunci când se înmoaie și nu atinge suportul, în timp ce nu se împinge din aer, fără a folosi propulsia cu jet. Din punct de vedere al fizicii, levitația este o poziție stabilă a unui obiect într-un câmp gravitațional, când gravitația este compensată și există o forță de restaurare care asigură obiectului stabilitatea în spațiu.

În particular, levitația magnetică este tehnologia de ridicare a unui obiect folosind un câmp magnetic, când o acțiune magnetică asupra obiectului este utilizată pentru a compensa accelerația gravitației sau orice altă accelerație. Este vorba despre levitația magnetică despre care vom discuta în acest articol.

Retenția magnetică a unui obiect în stare de echilibru stabil poate fi realizată în mai multe moduri. Fiecare dintre aceste metode are propriile sale particularități și se pot face afirmații fiecăruia, cum ar fi „aceasta nu este o levitație reală!”, Și așa va fi. Adevărata levitație în forma sa pură este de neatins.

Așadar, teorema Earnshaw dovedește că, folosind doar ferromagnete, este imposibil să ții în mod stabil un obiect într-un câmp gravitațional. Dar, în ciuda acestui fapt, cu ajutorul mecanismelor servo, diamagnetică, superconductor și sisteme de curent curent, este posibil să se obțină o aparentă de levitație atunci când un anumit mecanism ajută obiectul să mențină echilibrul atunci când este ridicat deasupra suportului prin forță magnetică. Cu toate acestea, primele lucruri în primul rând.

Levitație electromagnetică cu sistem de urmărire

Aplicând un circuit bazat pe un electromagnet și un fotorelay, puteți forța levitația obiectelor metalice mici. Elementul va pluti în aer la o anumită distanță de electromagnetul fixat pe rack. Electromagnetul primește energie până când fotocelulă montată în rack este închisă de un obiect în creștere, până când ajunge suficientă lumină dintr-o sursă de control fixă, ceea ce înseamnă că obiectul trebuie tras.

Când obiectul este suficient ridicat, electromagnetul este oprit, deoarece în acest moment umbra din obiectul mișcat în spațiu cade pe fotocelă, blocând lumina sursei. Obiectul începe să cadă, dar nu are timp să cadă, deoarece electromagnetul este pornit din nou. Așadar, reglând sensibilitatea releului foto, puteți obține un efect în care obiectul va atârna cumva într-un singur loc în aer.

De fapt, obiectul este în continuă cădere, apoi din nou ușor ridicat de electromagnetic. Se dovedește iluzia levitației. Acest principiu se bazează pe munca „globurilor de levitare” - mai degrabă suveniruri neobișnuite, unde o placă magnetică este atașată de glob, cu care un electromagnet, ascuns într-un stand, interacționează.

Levitație diamagnetică

Plumbul de grafit dintr-un simplu creion este un diamagnet, adică o substanță care este magnetizată împotriva unui câmp magnetic extern. În anumite condiții, câmpul magnetic este deplasat complet din materialul diamagnetului, de exemplu, plumbul din grafit are o susceptibilitate magnetică ridicată și începe să se ridice deasupra magneților de neodim chiar și la temperatura camerei.

Pentru stabilitatea efectului, magneții ar trebui să fie eșalonat (poli de magnet), apoi tija de grafit nu va aluneca din „capcană magnetică” și va levita.

Un magnet cu pământuri rare, cu o inducție de numai 1 T, poate atârna între plăcile de bismut, iar într-un câmp magnetic cu inducție de 11 T, „levitația” unui mic magnet de neodim poate fi stabilizată între degete, deoarece mâinile umane sunt un diamagnet, precum apa.

Se cunoaște o experiență destul de răspândită cu o broască levitativă. Animalul este așezat cu grijă peste un magnet, ceea ce creează o inducție magnetică mai mare de 16 T, iar broasca, care demonstrează proprietăți diamagnetice, de fapt atârnă în aer la mică distanță de magnet.

Levitarea magnetului asupra unui superconductor (efect Meissner)

Placa de oxid de cupru de yariu-bariu este răcită la temperatura azotului lichid. În aceste condiții, placa devine un superconductor. Dacă acum puneți un magnet de neodim pe un suport deasupra plăcii, iar apoi scoateți suportul de sub magnet, atunci magnetul va atârna în aer - se va levita.

Chiar și o mică inducție magnetică de ordinul a 1 mT este suficientă pentru ca magnetul, atunci când este așezat pe placă, să se ridice câțiva milimetri deasupra superconductorului răcit la temperaturi ridicate. Cu cât este mai mare inducerea magnetului, cu atât va crește.

Ideea este că una dintre proprietățile unui supraconductor este ejectarea unui câmp magnetic din faza superconductoare, iar magnetul, pornind de la acest câmp magnetic din direcția opusă, plutește și continuă să se înalțe deasupra superconductorului răcit până la ieșirea din starea superconductoare.

Eddy Current Levitation

Curenții Eddy (curenții Foucault) induse de alternarea câmpurilor magnetice în conductoare masive sunt, de asemenea, capabili să păstreze obiectele într-o stare de levitare. De exemplu, o bobină de curent alternativ poate levita peste un inel de aluminiu închis, iar un disc de aluminiu va trece deasupra unei bobine de curent alternativ.

Explicația este aici: conform legii lui Lenz, curentul indus în disc sau în inel va crea un astfel de câmp magnetic, încât direcția acestuia va împiedica cauza acestuia, adică în fiecare perioadă de oscilații ale curentului alternativ în inductor, un câmp magnetic de direcție opusă va fi indus în conductorul masiv. . Deci, un conductor masiv sau o bobină cu o formă potrivită poate levita tot timpul în timp ce curentul alternativ este pornit.

Un mecanism similar de retenție apare atunci când magnet de neodim cădere în interiorul unei țevi de cupru - câmpul magnetic al curenților induși este direcționat opus câmpului magnetic al magnetului.