A levitáció a gravitáció leküzdése, amelyben az alany vagy tárgy támasz nélkül van a térben. A "levitáció" szó a latin Levitas szóból származik, ami "könnyedséget" jelent.
A levitációt helytelen azonosítani a repüléssel, mert ez utóbbi a légellenálláson alapul, ezért a madarak, rovarok és más állatok repülnek, és nem lebegnek.
Levitáció a fizikában
A levitáció a fizikában a test stabil helyzetére utal a gravitációs térben, miközben a test nem érinthet más tárgyakat. A levitáció magában foglal néhány szükséges és nehéz feltételt:
- Egy erő, amely ellensúlyozza a gravitációs vonzást és a gravitációs erőt.
- Az az erő, amely biztosítani tudja a test stabilitását a térben.
A Gauss-törvényből az következik, hogy statikus mágneses térben a statikus testek vagy tárgyak nem képesek lebegni. Ha azonban megváltoztatja a feltételeket, elérheti a levitációt.
Kvantumlevitáció
A nagyközönség először 1991 márciusában szerzett tudomást a kvantumlebegésről, amikor egy érdekes fotót tettek közzé a Nature tudományos folyóiratban. A tokiói szupravezetési kutatólaboratórium igazgatója, Don Tapscott egy kerámia szupravezető lemezen állt, és nem volt semmi a padló és a lemez között. A fotó valódinak bizonyult, és a lemez, amely a rajta álló rendezővel együtt körülbelül 120 kilogrammot nyomott, a Meissner-Ochsenfeld-effektusként ismert szupravezető effektusnak köszönhetően a padló felett lebeghetett.
Diamágneses levitáció
Ez annak a típusnak a neve, amely a vizet tartalmazó test mágneses mezőjében felfüggesztett lények típusát tartalmazza, amely maga is diamágnes, vagyis olyan anyag, amelynek atomjai a fő elektromágneses irányával ellentétesen mágnesezhetők. mező.
A diamágneses levitáció folyamatában a vezetők diamágneses tulajdonságai játsszák a főszerepet, amelyek atomjai külső mágneses tér hatására kis mértékben megváltoztatják az elektronok mozgásának paramétereit molekuláikban, ami gyenge mágneses tér megjelenéséhez vezet a fő irányával ellentétes irányban. Ennek a gyenge elektromágneses térnek a hatása elegendő a gravitáció legyőzéséhez.
A diamágneses levitáció demonstrálására a tudósok ismételten kísérleteket végeztek kis állatokon.
Ezt a fajta levitációt élő tárgyakon végzett kísérletekben használták. A kísérletek során aegy külső mágneses mező körülbelül 17 Tesla indukcióval, a békák és egerek felfüggesztett állapota (levitációja) érhető el.
Newton harmadik törvénye szerint a diamágnesek tulajdonságai fordítva is felhasználhatók, vagyis a mágnest a diamágneses mezőben lebegtethetjük, vagy elektromágneses térben stabilizáljuk.
A diamágneses levitáció természetében azonos a kvantumlebegéssel. Vagyis a Meissner-effektushoz hasonlóan a mágneses tér abszolút elmozdulása következik be a vezető anyagából. Az egyetlen apró különbség az, hogy a diamágneses levitáció eléréséhez sokkal erősebb elektromágneses térre van szükség, azonban egyáltalán nem szükséges hűteni a vezetőket a szupravezetés eléréséhez, mint a kvantumlebegésnél.
Otthon akár több kísérletet is beállíthat a diamágneses levitációval kapcsolatban, például, ha van két bizmutlemeze (ami egy diamágnes), beállíthat egy alacsony indukciós mágnest, kb. 1 T, felfüggesztett állapotban. Ezenkívül egy 11 Tesla indukciós elektromágneses térben stabilizálhat egy kis mágnest felfüggesztett állapotban úgy, hogy ujjaival állítja a helyzetét, miközben egyáltalán nem érinti meg a mágnest.
A gyakran előforduló diamágnesek szinte mindegyike inert gáz, foszfor, nitrogén, szilícium, hidrogén, ezüst, arany, réz és cink. Még az emberi test is diamágneses a megfelelő elektromágneses mágneses térben.
Mágneses levitáció
A mágneses levitáció hatékonytárgy felemelésének módszere mágneses tér segítségével. Ebben az esetben mágneses nyomást használnak a gravitáció és a szabadesés kompenzálására.
Earnshaw tétele szerint lehetetlen egy tárgyat folyamatosan a gravitációs térben tartani. Vagyis ilyen körülmények között a levitáció lehetetlen, de ha figyelembe vesszük a diamágnesek, örvényáramok és szupravezetők hatásmechanizmusait, akkor hatékony levitáció érhető el.
Ha a mágneses levitáció mechanikai támasztékot biztosít, ezt a jelenséget pszeudolevitációnak nevezzük.
Meissner-effektus
A Meissner-effektus a mágneses tér abszolút elmozdulásának folyamata a vezető teljes térfogatából. Ez általában a vezető szupravezető állapotba való átmenete során következik be. Ebben különböznek a szupravezetők az ideálisaktól - annak ellenére, hogy mindkettőnek nincs ellenállása, az ideális vezetők mágneses indukciója változatlan marad.
Ezt a jelenséget először 1933-ban figyelte meg és írta le két német fizikus – Meissner és Oksenfeld. Ezért nevezik a kvantumlebegést néha Meissner-Ochsenfeld-effektusnak.
Az elektromágneses tér általános törvényszerűségeiből az következik, hogy a vezető térfogatában mágneses tér hiányában csak felületi áram van jelen, amely a szupravezető felülete közelében foglal helyet. Ilyen körülmények között a szupravezető ugyanúgy viselkedik, mint a diamágnes, miközben nem az.
A Meissner-effektus teljes és részleges részre oszlika szupravezetők minőségétől függően. A teljes Meissner-effektus akkor figyelhető meg, ha a mágneses mező teljesen elmozdul.
Magas hőmérsékletű szupravezetők
Kevés tiszta szupravezető van a természetben. A legtöbb szupravezető anyaguk ötvözet, amelyek legtöbbször csak részleges Meissner-effektust mutatnak.
A szupravezetőknél az a képesség, hogy a mágneses mezőt teljesen kiszorítsák a térfogatából, az anyagokat első és második típusú szupravezetőkké választják szét. Az első típusú szupravezetők olyan tiszta anyagok, mint a higany, ólom és ón, amelyek még erős mágneses térben is képesek a teljes Meissner-effektust kimutatni. A második típusú szupravezetők leggyakrabban ötvözetek, valamint kerámiák vagy egyes szerves vegyületek, amelyek nagy indukciójú mágneses tér körülményei között csak részben képesek kiszorítani a mágneses teret a térfogatukból. Ennek ellenére nagyon alacsony mágneses térerősség mellett szinte minden szupravezető, beleértve a II-es típust is, képes a teljes Meissner-effektusra.
Több száz ötvözetről, vegyületről és számos tiszta anyagról ismert, hogy rendelkezik a kvantum szupravezető képességgel.
Mohamed koporsós élménye
"Mohamed koporsója" egyfajta trükk a levitációval. Ez volt a kísérlet neve, amely egyértelműen kimutatta a hatást.
A muzulmán legenda szerint Mohamed próféta koporsója bizonytalanul, minden támogatás és támogatás nélkül a levegőben volt. Pontosaninnen ered az élmény neve.
A tapasztalat tudományos magyarázata
Szupravezetés csak nagyon alacsony hőmérsékleten érhető el, ezért a szupravezetőt előre le kell hűteni, például magas hőmérsékletű gázokkal, például folyékony héliummal vagy folyékony nitrogénnel.
Ezután mágnest helyezünk egy lapos hűtött szupravezető felületére. Még a 0,001 Teslát meg nem haladó minimális mágneses indukciós mezőben is a mágnes körülbelül 7-8 milliméterrel emelkedik a szupravezető felülete fölé. Ha fokozatosan növeli a mágneses térerősséget, a szupravezető felülete és a mágnes közötti távolság egyre jobban nő.
A mágnes tovább lebeg, amíg a külső körülmények megváltoznak, és a szupravezető elveszti szupravezető tulajdonságait.
