Levitația este depășirea gravitației, în care subiectul sau obiectul se află în spațiu fără suport. Cuvântul „levitație” provine din latinescul Levitas, care înseamnă „luminozitate”.
Levitația este greșit să echivaleze cu zborul, deoarece acesta din urmă se bazează pe rezistența aerului, motiv pentru care păsările, insectele și alte animale zboară și nu levitează.
Levitația în fizică
Levitația în fizică se referă la poziția stabilă a unui corp într-un câmp gravitațional, în timp ce corpul nu ar trebui să atingă alte obiecte. Levitarea implică unele condiții necesare și dificile:
- O forță care poate compensa atracția gravitațională și forța gravitațională.
- Forța care poate asigura stabilitatea corpului în spațiu.
Din legea Gauss rezultă că într-un câmp magnetic static, corpurile sau obiectele statice nu sunt capabile de levitație. Cu toate acestea, dacă modificați condițiile, puteți obține levitația.
Levitație cuantică
Publicul larg a luat cunoștință de levitația cuantică în martie 1991, când o fotografie interesantă a fost publicată în revista științifică Nature. Îl arăta pe directorul Laboratorului de Cercetare a Superconductivității din Tokyo, Don Tapscott, stând pe o placă supraconductoare ceramică și nu era nimic între podea și placă. Fotografia s-a dovedit a fi reală, iar farfuria, care, împreună cu regizorul care stătea pe ea, cântărea aproximativ 120 de kilograme, putea levita deasupra podelei datorită unui efect de supraconductivitate cunoscut sub numele de efectul Meissner-Ochsenfeld.
Levitație diamagnetică
Acesta este numele tipului de ființă suspendată în câmpul magnetic al unui corp care conține apă, care el însuși este un diamagnet, adică un material ai cărui atomi sunt capabili să fie magnetizați împotriva direcției electromagnetice principale. câmp.
În procesul de levitație diamagnetică, rolul principal îl au proprietățile diamagnetice ale conductorilor, ai căror atomi, sub acțiunea unui câmp magnetic extern, modifică ușor parametrii mișcării electronilor în moleculele lor, care duce la apariția unui câmp magnetic slab opus în direcție celui principal. Efectul acestui câmp electromagnetic slab este suficient pentru a depăși gravitația.
Pentru a demonstra levitația diamagnetică, oamenii de știință au efectuat în mod repetat experimente pe animale mici.
Acest tip de levitație a fost folosit în experimente pe obiecte vii. În timpul experimentelor îns-a realizat un câmp magnetic extern cu o inducție de aproximativ 17 Tesla, o stare suspendată (levitație) a broaștelor și șoarecilor.
Conform celei de-a treia legi a lui Newton, proprietățile diamagneților pot fi folosite invers, adică pentru a levita un magnet în câmpul unui diamagnet sau pentru a-l stabiliza într-un câmp electromagnetic.
Levitația diamagnetică este de natură identică cu levitația cuantică. Adică, ca și în cazul acțiunii efectului Meissner, există o deplasare absolută a câmpului magnetic din materialul conductorului. Singura mică diferență este că pentru a obține levitația diamagnetică este nevoie de un câmp electromagnetic mult mai puternic, cu toate acestea, nu este deloc necesară răcirea conductorilor pentru a le atinge supraconductibilitatea, așa cum este cazul levitației cuantice.
Acasa, poti chiar sa faci mai multe experimente de levitatie diamagnetica, de exemplu, daca ai doua placi de bismut (care este un diamagnet), poti seta un magnet cu inductie joasa, aproximativ 1 T, în stare suspendată. În plus, într-un câmp electromagnetic cu o inducție de 11 Tesla, puteți stabiliza un mic magnet în stare suspendată ajustându-i poziția cu degetele, fără a atinge deloc magnetul.
Diamagneții care apar frecvent sunt aproape toate gaze inerte, fosfor, azot, siliciu, hidrogen, argint, aur, cupru și zinc. Chiar și corpul uman este diamagnetic în câmpul magnetic electromagnetic corect.
Levitație magnetică
Levitația magnetică este eficientăo metodă de ridicare a unui obiect folosind un câmp magnetic. În acest caz, presiunea magnetică este utilizată pentru a compensa gravitația și căderea liberă.
Conform teoremei lui Earnshaw, este imposibil să ții un obiect într-un câmp gravitațional în mod constant. Adică, levitația în astfel de condiții este imposibilă, dar dacă luăm în considerare mecanismele de acțiune ale diamagneților, curenților turbionari și supraconductorilor, atunci se poate obține o levitație eficientă.
Dacă levitația magnetică oferă portare cu sprijin mecanic, acest fenomen se numește pseudo-levitație.
efect Meissner
Efectul Meissner este procesul de deplasare absolută a câmpului magnetic din întregul volum al conductorului. Acest lucru are loc de obicei în timpul tranziției conductorului la starea supraconductoare. Acesta este ceea ce diferă supraconductorii de cei ideali - în ciuda faptului că ambii nu au rezistență, inducția magnetică a conductorilor ideali rămâne neschimbată.
Pentru prima dată, acest fenomen a fost observat și descris în 1933 de doi fizicieni germani - Meissner și Oksenfeld. De aceea, levitația cuantică este uneori numită efect Meissner-Ochsenfeld.
Din legile generale ale câmpului electromagnetic rezultă că, în absența unui câmp magnetic în volumul unui conductor, în acesta este prezent doar un curent de suprafață, care ocupă spațiu în apropierea suprafeței supraconductorului. În aceste condiții, un supraconductor se comportă la fel ca un diamagnet, deși nu este unul.
Efectul Meissner este împărțit în total și parțial, înîn funcţie de calitatea supraconductorilor. Efectul Meissner complet este observat atunci când câmpul magnetic este complet deplasat.
Superconductori de temperatură în altă
Există puțini supraconductori puri în natură. Cele mai multe dintre materialele lor supraconductoare sunt aliaje, care prezintă cel mai adesea doar un efect Meissner parțial.
În supraconductori, capacitatea de a deplasa complet câmpul magnetic din volumul său este cea care separă materialele în supraconductori de primul și al doilea tip. Supraconductorii de primul tip sunt substanțe pure, precum mercurul, plumbul și staniul, capabile să demonstreze efectul Meissner deplin chiar și în câmpuri magnetice ridicate. Supraconductorii de al doilea tip sunt cel mai adesea aliaje, precum și ceramica sau unii compuși organici, care, în condițiile unui câmp magnetic cu inducție mare, sunt capabili doar să deplaseze parțial câmpul magnetic din volumul lor. Cu toate acestea, în condiții de intensitate foarte scăzută a câmpului magnetic, aproape toți supraconductorii, inclusiv tipul II, sunt capabili de efectul Meissner complet.
Se știe că câteva sute de aliaje, compuși și mai multe materiale pure au caracteristicile supraconductivității cuantice.
Experiența sicriului lui Mohamed
„Sicriul lui Mohamed” este un fel de truc cu levitație. Acesta a fost numele experimentului care a demonstrat clar efectul.
Conform legendei musulmane, sicriul profetului Mahomed era în aer în limb, fără nici un sprijin și sprijin. Exactde aici și numele experienței.
Explicația științifică a experienței
Superconductivitatea poate fi obținută numai la temperaturi foarte scăzute, așa că supraconductorul trebuie răcit în prealabil, de exemplu, cu gaze la temperatură ridicată, cum ar fi heliu lichid sau azot lichid.
Apoi un magnet este plasat pe suprafața unui supraconductor plat răcit. Chiar și în câmpurile cu o inducție magnetică minimă care nu depășește 0,001 Tesla, magnetul se ridică deasupra suprafeței supraconductorului cu aproximativ 7-8 milimetri. Dacă creșteți treptat intensitatea câmpului magnetic, distanța dintre suprafața supraconductorului și magnet va crește din ce în ce mai mult.
Magnetul va continua să leviteze până când condițiile externe se schimbă și supraconductorul își pierde caracteristicile supraconductoare.
