Levitacija yra gravitacijos įveikimas, kai subjektas ar objektas yra erdvėje be atramos. Žodis „levitacija“kilęs iš lotynų kalbos Levitas, kuris reiškia „lengvumas“.
Levitaciją neteisinga tapatinti su skrydžiu, nes pastarasis grindžiamas oro pasipriešinimu, todėl paukščiai, vabzdžiai ir kiti gyvūnai skraido, o ne levituoja.
Levitacija fizikoje
Levitacija fizikoje reiškia stabilią kūno padėtį gravitaciniame lauke, tuo tarpu kūnas neturėtų liesti kitų objektų. Levitacija reiškia kai kurias būtinas ir sudėtingas sąlygas:
- Jėga, kuri gali atsverti gravitacinę trauką ir gravitacijos jėgą.
- Jėga, galinti užtikrinti kūno stabilumą erdvėje.
Iš Gauso dėsnio išplaukia, kad statiniame magnetiniame lauke statiški kūnai ar objektai negali levituoti. Tačiau jei pakeisite sąlygas, galėsite pasiekti levitaciją.
Kvantinė levitacija
Pirmą kartą plačioji visuomenė apie kvantinę levitaciją sužinojo 1991 m. kovo mėn., kai moksliniame žurnale „Nature“buvo paskelbta įdomi nuotrauka. Jame buvo parodytas Tokijo superlaidumo tyrimų laboratorijos direktorius Donas Tapscottas, stovintis ant keraminės superlaidžios plokštės, o tarp grindų ir plokštės nieko nebuvo. Nuotrauka pasirodė tikra, o plokštė, kuri kartu su ant jos stovėjusiu režisieriumi svėrė apie 120 kilogramų, dėl superlaidumo efekto, žinomo kaip Meisnerio-Ochsenfeldo efektas, galėjo levituoti virš grindų.
Diamagnetinė levitacija
Tai yra kūno, kuriame yra vandens, magnetiniame lauke pakibimo tipo pavadinimas, kuris pats yra diamagnetas, ty medžiaga, kurios atomai gali būti įmagnetinami prieš pagrindinio elektromagnetinio magneto kryptį. lauke.
Diamagnetinės levitacijos procese pagrindinį vaidmenį atlieka laidininkų diamagnetinės savybės, kurių atomai, veikiami išorinio magnetinio lauko, šiek tiek pakeičia elektronų judėjimo savo molekulėse parametrus, veda prie silpno magnetinio lauko, priešingo pagrindinio lauko, atsiradimo. Šio silpno elektromagnetinio lauko poveikio pakanka gravitacijai įveikti.
Siekdami įrodyti diamagnetinę levitaciją, mokslininkai ne kartą atliko eksperimentus su mažais gyvūnais.
Šis levitacijos tipas buvo naudojamas eksperimentuojant su gyvais objektais. Eksperimentų metuišorinis magnetinis laukas su maždaug 17 teslų indukcija, buvo pasiekta sustabdyta varlių ir pelių būsena (levitacija).
Pagal trečiąjį Niutono dėsnį, diamagnetų savybės gali būti panaudotos atvirkščiai, tai yra, levituoti magnetą diamagneto lauke arba stabilizuoti jį elektromagnetiniame lauke.
Diamagnetinė levitacija yra identiška kvantinei levitacijai. Tai yra, kaip ir veikiant Meissnerio efektui, magnetinis laukas yra absoliutus poslinkis nuo laidininko medžiagos. Vienintelis nedidelis skirtumas yra tas, kad norint pasiekti diamagnetinę levitaciją, reikalingas daug stipresnis elektromagnetinis laukas, tačiau visai nebūtina aušinti laidininkų, kad būtų pasiektas jų superlaidumas, kaip tai daroma kvantinės levitacijos atveju.
Namuose netgi galite atlikti kelis diamagnetinės levitacijos eksperimentus, pavyzdžiui, jei turite dvi bismuto plokštes (kuris yra diamagnetas), galite nustatyti magnetą su maža indukcija, maždaug 1 T, sustabdytoje būsenoje. Be to, elektromagnetiniame lauke, kurio indukcija yra 11 teslų, galite stabilizuoti nedidelį pakabintą magnetą, reguliuodami jo padėtį pirštais, visiškai neliesdami magneto.
Dažnai pasitaikantys diamagnetai yra beveik visos inertinės dujos, fosforas, azotas, silicis, vandenilis, sidabras, auksas, varis ir cinkas. Netgi žmogaus kūnas yra diamagnetinis tinkamame elektromagnetiniame lauke.
Magnetinė levitacija
Magnetinė levitacija yra veiksminga priemonėobjekto pakėlimo būdas naudojant magnetinį lauką. Šiuo atveju magnetinis slėgis naudojamas gravitacijai ir laisvajam kritimui kompensuoti.
Pagal Earnshaw teoremą neįmanoma stabiliai laikyti objekto gravitaciniame lauke. Tai yra, levitacija tokiomis sąlygomis neįmanoma, bet jei atsižvelgsime į diamagnetų, sūkurinių srovių ir superlaidininkų veikimo mechanizmus, galima pasiekti efektyvią levitaciją.
Jei magnetinė levitacija suteikia pakėlimą su mechanine atrama, šis reiškinys vadinamas pseudolevitacija.
Meisnerio efektas
Meisnerio efektas yra absoliutaus magnetinio lauko poslinkio iš viso laidininko tūrio procesas. Paprastai tai įvyksta laidininkui pereinant į superlaidžią būseną. Tuo superlaidininkai skiriasi nuo idealių – nepaisant to, kad abu neturi varžos, idealių laidininkų magnetinė indukcija išlieka nepakitusi.
Pirmą kartą šį reiškinį 1933 m. pastebėjo ir aprašė du vokiečių fizikai – Meissneris ir Oksenfeldas. Štai kodėl kvantinė levitacija kartais vadinama Meissner-Ochsenfeld efektu.
Iš bendrųjų elektromagnetinio lauko dėsnių išplaukia, kad nesant magnetinio lauko laidininko tūryje, jame yra tik paviršiaus srovė, kuri užima vietą šalia superlaidininko paviršiaus. Tokiomis sąlygomis superlaidininkas elgiasi taip pat kaip diamagnetas, nors ir nėra juo.
Meissnerio efektas yra padalintas į pilną ir dalinįpriklausomai nuo superlaidininkų kokybės. Visas Meisnerio efektas pastebimas, kai magnetinis laukas visiškai pasislenka.
Aukštos temperatūros superlaidininkai
Grynų superlaidininkų gamtoje yra nedaug. Dauguma jų superlaidžių medžiagų yra lydiniai, kurie dažniausiai turi tik dalinį Meisnerio efektą.
Superlaidininkuose gebėjimas visiškai išstumti magnetinį lauką iš jo tūrio, atskiria medžiagas į pirmojo ir antrojo tipo superlaidininkus. Pirmojo tipo superlaidininkai yra grynos medžiagos, tokios kaip gyvsidabris, švinas ir alavas, galinčios parodyti visą Meisnerio efektą net esant dideliems magnetiniams laukams. Antrojo tipo superlaidininkai dažniausiai yra lydiniai, taip pat keramika ar kai kurie organiniai junginiai, kurie didelės indukcijos magnetinio lauko sąlygomis gali tik iš dalies išstumti magnetinį lauką iš savo tūrio. Nepaisant to, esant labai mažam magnetinio lauko stiprumui, beveik visi superlaidininkai, įskaitant II tipą, gali pasiekti visą Meissnerio efektą.
Žinoma, kad keli šimtai lydinių, junginių ir kelių grynų medžiagų turi kvantinio superlaidumo charakteristikas.
Mohammedo karsto patirtis
„Mohammedo karstas“yra savotiškas triukas su levitacija. Tai buvo eksperimento, kuris aiškiai parodė poveikį, pavadinimas.
Pagal musulmonų legendą, pranašo Mahometo karstas buvo nežinioje, be jokios paramos ir palaikymo. Būtenttaigi ir patirties pavadinimas.
Mokslinis patirties paaiškinimas
Superlaidumą galima pasiekti tik esant labai žemai temperatūrai, todėl superlaidininką reikia iš anksto atvėsinti, pavyzdžiui, aukštos temperatūros dujomis, tokiomis kaip skystas helis arba skystas azotas.
Tada ant plokščio aušinto superlaidininko paviršiaus uždedamas magnetas. Net laukuose, kurių minimali magnetinė indukcija neviršija 0,001 Tesla, magnetas pakyla virš superlaidininko paviršiaus apie 7-8 milimetrus. Jei palaipsniui didinsite magnetinio lauko stiprumą, atstumas tarp superlaidininko paviršiaus ir magneto vis labiau didės.
Magnetas ir toliau levituosis tol, kol pasikeis išorinės sąlygos ir superlaidininkas praras savo superlaidumo charakteristikas.
