Magnetinė levitacija - kas tai yra ir kaip tai įmanoma

Žodis „levitacija“ kilęs iš anglų kalbos „levitate“ - kilti, kilti į orą. T. y., Levitacija yra sunkio objekto įveikimas, kai jis kyla ir neliečia atramos, o ne tolyn nuo oro, nenaudodamas reaktyvinio variklio. Fizikos požiūriu levitacija yra stabili objekto padėtis gravitaciniame lauke, kai gravitacija yra kompensuojama ir yra atstatomoji jėga, užtikrinanti objekto stabilumą erdvėje.

Visų pirma, magnetinė levitacija yra objekto pakėlimo technologija naudojant magnetinį lauką, kai magnetinis veiksmas prieš objektą yra naudojamas gravitacijos pagreičio ar bet kokio kito pagreičio kompensavimui. Šiame straipsnyje bus kalbama apie magnetinę levitaciją.

Objekto magnetinis sulaikymas stabilios pusiausvyros būsenoje gali būti realizuotas keliais būdais. Kiekvienas iš metodų turi savo ypatumus ir kiekvienam galima pareikšti tokius teiginius, kaip „tai nėra tikras levitacija!“, Ir taip tikrai bus. Tikra grynos formos levitacija yra nepasiekiama.

Taigi, Earnshaw'o teorema įrodo, kad naudojant tik feromagnetus, neįmanoma stabiliai laikyti objekto gravitaciniame lauke. Tačiau nepaisant to, servo mechanizmų, diamagnetikos, superlaidininkų ir sūkurinių srovių sistemų pagalba įmanoma pasiekti levitacijos panašumą, kai koks nors mechanizmas padeda objektui išlaikyti pusiausvyrą, kai jis magnetine jėga yra pakeltas virš atramos. Tačiau visų pirma pirmiausia.

Elektromagnetinė levitacija su sekimo sistema

Taikydami grandinę, pagrįstą elektromagnetu ir fotorelės, galite priversti mažų metalinių daiktų levitaciją. Elementas ore plūdės tam tikru atstumu nuo ant stovo pritvirtinto elektromagneto. Elektromagnetas gauna energiją tol, kol fotoaparatas, pritvirtintas prie stovo, bus užtemdytas sparčiai didėjančio objekto, kol iš jo iš fiksuotojo valdymo šaltinio pateks pakankamai šviesos, o tai reiškia, kad daiktą reikia traukti.

Kai objektas yra pakankamai pakeltas, elektromagnetas yra išjungtas, nes šiuo metu erdvėje judamo objekto šešėlis krinta ant fotoelemento, blokuodamas šaltinio šviesą. Objektas pradeda kristi, bet neturi laiko nukristi, nes vėl įjungiamas elektromagnetas. Taigi, pakoregavę fotorelės jautrumą, galite pasiekti efektą, kurio metu objektas kažkaip kabės vienoje vietoje ore.

Tiesą sakant, objektas nuolat krenta, tada vėl šiek tiek pakilo elektromagnetiniu būdu. Pasirodo levitacijos iliuzija. Šis principas grindžiamas „levitacinių gaublių“ - gana neįprastų suvenyrų - darbais, kuriuose prie žemės rutulio pritvirtinta magnetinė plokštelė, su kuria sąveikauja stove paslėptas elektromagnetas.

Diamagnetinė levitacija

Grafito švinas iš paprasto pieštuko yra diamagnetas, tai yra medžiaga, įmagnetinta prieš išorinį magnetinį lauką. Esant tam tikroms sąlygoms, magnetinis laukas yra visiškai išstumtas iš diamagnetės medžiagos, pavyzdžiui, grafito švinas turi didelį magnetinį jautrumą ir pradeda kilti virš neodimio magnetų net kambario temperatūroje.

Norėdami užtikrinti efekto stabilumą, magnetai turėtų būti išdėstyti atskirai (magneto poliai), tada grafito strypas neišlįs iš „magnetinio spąstų“ ir pajudės.

Retųjų žemių magnetas, kurio indukcija yra tik 1 T, gali kabėti tarp bismuto plokštelių, o magnetiniame lauke, kurio indukcija yra 11 T, mažo neodimio magneto „levitacija“ gali būti stabilizuota tarp pirštų, nes žmogaus rankos yra diamagnetas, kaip ir vanduo.

Žinoma gana plati patirtis su levituojančia varle. Gyvūnas atsargiai dedamas ant magneto, kuris sukuria didesnę nei 16 T magnetinę indukciją, o varlė, parodydama diamagnetines savybes, iš tikrųjų užšąla ore nedideliu atstumu nuo magneto.

Magnetų levitacija virš superlaidininko (Meissnerio efektas)

Itrio-bario-vario oksido plokštelė atšaldoma iki skysto azoto temperatūros. Tokiomis sąlygomis plokštelė tampa superlaidininku. Jei dabar pastatysite neodimio magnetą ant stovo virš plokštės, o tada ištrauksite stovą iš po magneto, tada magnetas kabo ore - jis pajudės.

Norint, kad magnetas, padėtas ant plokštės, pakiltų keliais milimetrais virš atvėsinto aukštos temperatūros superlaidininko, pakanka net nedidelės 1 mT magnetinės indukcijos. Kuo didesnė bus magneto indukcija, tuo aukščiau jis pakils.

Esmė ta, kad viena iš superlaidžiojo savybių yra magnetinio lauko išstūmimas iš superlaidžiosios fazės, o magnetas, atstumiantis nuo šio priešingos krypties magnetinį lauką, pakyla aukštyn ir toliau kyla virš aušinto superlaidininko, kol palieka superlaidžio būseną.

„Eddy Current“ levitacija

Kuklių kintamųjų magnetinių laukų indukuotos sūkurinės srovės (Foucault srovės) masyviuose laidininkuose taip pat sugeba išlaikyti daiktus levitacijos būsenoje. Pvz., Kintamos srovės ritė gali judėti per uždarą aliuminio žiedą, o aliuminio diskas pasislinks virš kintamosios srovės ritės.

Paaiškinimas yra toks: pagal Lenco įstatymą, diske arba žiede indukuota srovė sukurs tokį magnetinį lauką, kad jo kryptis kliudys jo priežastį, tai yra, kiekvienu induktoriaus kintamosios srovės virpesių periodu masiniame laidininkuje bus indukuojamas priešingos krypties magnetinis laukas. . Taigi, masyvus tinkamos formos laidininkas ar ritė gali visą laiką judėti, kol įjungta kintama srovė.

Panašus sulaikymo mechanizmas atsiranda, kai neodimio magnetas lašas varinio vamzdžio viduje - indukuotų sūkurinių srovių magnetinis laukas nukreiptas priešais magneto magnetinį lauką.