Magnetická levitácia - čo to je a ako je to možné

Slovo „levitácia“ pochádza z anglického „levitátu“ - vznášať sa, vznášať sa do vzduchu. To znamená, že levitácia je prekonanie gravitačným predmetom, keď prudko stúpa a nedotýka sa podpery bez odpudzovania vzduchu bez použitia tryskového pohonu. Z hľadiska fyziky je levitácia stabilná poloha objektu v gravitačnom poli, keď je gravitácia kompenzovaná a existuje obnovovacia sila, ktorá dodáva objektu stabilitu v priestore.

Najmä magnetická levitácia je technológia zdvíhania predmetu pomocou magnetického poľa, keď sa magnetické pôsobenie na objekt používa na kompenzáciu zrýchlenia gravitácie alebo iného zrýchlenia. V tomto článku sa budeme zaoberať magnetickou levitáciou.

Magnetická retencia objektu v stave stabilnej rovnováhy môže byť realizovaná niekoľkými spôsobmi. Každá z metód má svoje osobitné črty a ku každej z nich sa môžu robiť nároky, napríklad „nejde o skutočnú levitáciu!“, A skutočne to tak bude. Skutočná levitácia v čistej podobe je nedosiahnuteľná.

Earnshawova veta teda dokazuje, že pri použití iba feromagnetov nie je možné stabilne držať objekt v gravitačnom poli. Ale napriek tomu pomocou servomechanizmov, diamagnetík, supravodičov a systémov s vírivými prúdmi je možné dosiahnuť zdanie levitácie, keď niektorý mechanizmus pomáha objektu udržať rovnováhu, keď je nad podporou magnetickou silou. Najdôležitejšie však sú prvé.

Elektromagnetická levitácia so sledovacím systémom

Použitím obvodu založeného na elektromagnete a fotorelaye môžete vyrobiť malé kovové predmety. Predmety sa vznášajú vo vzduchu v určitej vzdialenosti od elektromagnetu pripevneného na stojane. Elektromagnet prijíma energiu, až kým fotobunka namontovaná v stojane nezakryje prudko rastúci objekt, až kým z neho nebude dostatočný dostatok svetla z pevného zdroja riadenia, čo znamená, že objekt musí byť vytiahnutý.

Keď je objekt dostatočne zdvihnutý, elektromagnet je vypnutý, pretože v tomto okamihu dopadá tieň z objektu, ktorý sa pohybuje v priestore, na fotobunku, ktorá blokuje svetlo zdroja. Keď sa elektromagnet znova zapne, objekt začína padať, ale nemá čas padať. Úpravou citlivosti foto relé môžete dosiahnuť efekt, pri ktorom objekt nejako visí na jednom mieste vo vzduchu.

V skutočnosti objekt neustále klesá a potom ho elektromagnetický elektromagnet opäť mierne zvyšuje. Ukazuje sa, ilúzia levitácie. Tento princíp je založený na práci „vznášajúcich sa guľôčok“ - skôr neobvyklých suvenírov, pri ktorých je na zemeguli pripevnená magnetická platňa, s ktorou interaguje elektromagnet ukrytý v stojane.

Diamagnetická levitácia

Olovnatý grafit z jednoduchej ceruzky je diamagnet, tj látka, ktorá je magnetizovaná proti vonkajšiemu magnetickému poľu. Za určitých podmienok je magnetické pole úplne vytesnené z materiálu diamagnetu, napríklad grafitový olovo má vysokú magnetickú citlivosť a začína sa vznášať nad neodymovými magnetmi dokonca aj pri teplote miestnosti.

Kvôli stabilite účinku by magnety mali byť rozmiestnené (póly magnetu), potom grafitová tyčinka nevykĺzne z „magnetického lapača“ a bude sa vznášať.

Medzi doštičkami bizmutu môže visieť magnet vzácnych zemín s indukciou iba 1 T a v magnetickom poli s indukciou 11 T sa môže medzi prstami stabilizovať „levitácia“ malého neodymového magnetu, pretože ľudské ruky sú diamagnetmi ako voda.

Je známa pomerne rozšírená skúsenosť s levitujúcou žabou. Zviera je opatrne umiestnené nad magnetom, ktorý vytvára magnetickú indukciu viac ako 16 T, a žaba, vykazujúca diamagnetické vlastnosti, skutočne mrzne vo vzduchu v krátkej vzdialenosti od magnetu.

Levitácia magnetu nad supravodičom (Meissnerov efekt)

Doska z ytria, bária a meďnatého sa ochladí na teplotu tekutého dusíka. Za týchto podmienok platnička sa stáva supravodičom, Ak teraz položíte neodymový magnet na stojan nad dosku a potom stojan vytiahnete z pod magnetom, magnet visí vo vzduchu - bude sa vznášať.

Dokonca aj malá magnetická indukcia rádovo 1 mT postačuje na to, aby magnet pri umiestnení na dosku stúpol niekoľko milimetrov nad chladený vysokoteplotný supravodič. Čím je indukcia magnetu vyššia, tým vyššia bude.

Ide o to, že jednou z vlastností supravodiča je vylúčenie magnetického poľa z supravodivej fázy a magnet odpudzujúci z tohto magnetického poľa v opačnom smere vznáša sa a naďalej stúpa nad ochladeným supravodičom, kým neopustí supravodivý stav.

Levitácia vírivých prúdov

Aj vírivé prúdy (Foucaultove prúdy) vyvolané striedavým magnetickým poľom v masívnych vodičoch dokážu objekty udržať v levitujúcom stave. Napríklad cievka so striedavým prúdom sa môže vznášať nad uzavretým hliníkovým krúžkom a hliníkový disk sa bude vznášať nad cievkou so striedavým prúdom.

Vysvetlenie je toto: podľa Lenzovho zákona prúd indukovaný v disku alebo v kruhu vytvorí také magnetické pole, že jeho smer bude brzdiť jeho príčinu, to znamená, že v každej perióde striedavých prúdových kmitov v induktore sa v masívnom vodiči indukuje magnetické pole opačného smeru. , Masívny vodič alebo cievka vhodného tvaru sa teda môže vznášať stále, keď je striedavý prúd zapnutý.

K podobnému retenčnému mechanizmu dochádza, keď neodymový magnet kvapka vo vnútri medenej rúrky - magnetické pole indukovaných vírivých prúdov je nasmerované proti magnetickému poľu magnetu.