Levitācija ir gravitācijas pārvarēšana, kurā subjekts vai objekts atrodas telpā bez atbalsta. Vārds "levitācija" nāk no latīņu valodas Levitas, kas nozīmē "vieglums".
Levitāciju ir nepareizi pielīdzināt lidojumam, jo pēdējā pamatā ir gaisa pretestība, tāpēc putni, kukaiņi un citi dzīvnieki lido, nevis levitē.
Levitācija fizikā
Levitācija fizikā attiecas uz ķermeņa stabilu stāvokli gravitācijas laukā, kamēr ķermenim nevajadzētu pieskarties citiem objektiem. Levitācija nozīmē dažus nepieciešamos un sarežģītus nosacījumus:
- Spēks, kas var kompensēt gravitācijas spēku un gravitācijas spēku.
- Spēks, kas var nodrošināt ķermeņa stabilitāti telpā.
No Gausa likuma izriet, ka statiskā magnētiskajā laukā statiski ķermeņi vai objekti nav spējīgi levitēties. Tomēr, ja maināt apstākļus, varat sasniegt levitāciju.
Kvantu levitācija
Plašāka sabiedrība pirmo reizi par kvantu levitāciju uzzināja 1991. gada martā, kad zinātniskajā žurnālā Nature tika publicēta interesanta fotogrāfija. Tajā bija redzams Tokijas supravadītspējas izpētes laboratorijas direktors Dons Tapskots, kurš stāv uz keramikas supravadošas plāksnes, un starp grīdu un plāksni nekā nebija. Fotogrāfija izrādījās īsta, un plāksne, kas kopā ar uz tās stāvošo režisoru svēra aptuveni 120 kilogramus, varēja levitēt virs grīdas, pateicoties supravadītspējas efektam, kas pazīstams kā Meisenera-Ošenfelda efekts.
Diamagnētiskā levitācija
Šis ir ūdens saturoša ķermeņa magnētiskajā laukā suspendētās ķermeņa veida nosaukums, kas pats ir diamagnēts, tas ir, materiāls, kura atomi spēj tikt magnetizēti pretēji galvenā elektromagnētiskā virziena virzienam. lauks.
Diamagnētiskās levitācijas procesā galvenā loma ir vadītāju diamagnētiskajām īpašībām, kuru atomi ārējā magnētiskā lauka iedarbībā nedaudz maina elektronu kustības parametrus savās molekulās, kas noved pie vāja magnētiskā lauka parādīšanās pretēji galvenajam virzienam. Šī vājā elektromagnētiskā lauka ietekme ir pietiekama, lai pārvarētu gravitāciju.
Lai demonstrētu diamagnētisko levitāciju, zinātnieki vairākkārt veica eksperimentus ar maziem dzīvniekiem.
Šis levitācijas veids tika izmantots eksperimentos ar dzīviem objektiem. Eksperimentu laikāārējais magnētiskais lauks ar aptuveni 17 Teslu indukciju, tika panākts varžu un peļu suspendētais stāvoklis (levitācija).
Saskaņā ar trešo Ņūtona likumu, diamagnētu īpašības var izmantot otrādi, tas ir, levitēt magnētu diamagnēta laukā vai stabilizēt to elektromagnētiskajā laukā.
Diamagnētiskā levitācija pēc būtības ir identiska kvantu levitācijai. Tas ir, tāpat kā Meisnera efekta gadījumā, notiek absolūta magnētiskā lauka nobīde no vadītāja materiāla. Vienīgā nelielā atšķirība ir tā, ka, lai panāktu diamagnētisko levitāciju, ir nepieciešams daudz spēcīgāks elektromagnētiskais lauks, taču, lai sasniegtu to supravadītspēju, nav nemaz nepieciešams dzesēt vadītājus, kā tas ir kvantu levitācijas gadījumā.
Mājās varat pat veikt vairākus eksperimentus ar diamagnētisko levitāciju, piemēram, ja jums ir divas bismuta plāksnes (kas ir diamagnēts), varat iestatīt magnētu ar zemu indukciju, apmēram 1 T, apturētā stāvoklī. Turklāt elektromagnētiskajā laukā ar 11 Teslu indukciju jūs varat stabilizēt nelielu magnētu apturētā stāvoklī, pielāgojot tā pozīciju ar pirkstiem, vienlaikus nepieskaroties magnētam.
Bieži sastopamie diamagnēti ir gandrīz visas inertās gāzes, fosfors, slāpeklis, silīcijs, ūdeņradis, sudrabs, zelts, varš un cinks. Pat cilvēka ķermenis ir diamagnētisks pareizajā elektromagnētiskajā magnētiskajā laukā.
Magnētiskā levitācija
Magnētiskā levitācija ir efektīvametode objekta pacelšanai, izmantojot magnētisko lauku. Šajā gadījumā gravitācijas un brīvā kritiena kompensēšanai tiek izmantots magnētiskais spiediens.
Saskaņā ar Ernšova teorēmu nav iespējams vienmērīgi noturēt objektu gravitācijas laukā. Tas ir, levitācija šādos apstākļos nav iespējama, bet, ja ņemam vērā diamagnētu, virpuļstrāvu un supravadītāju darbības mehānismus, tad var panākt efektīvu levitāciju.
Ja magnētiskā levitācija nodrošina pacelšanos ar mehānisku atbalstu, šo parādību sauc par pseidolevitāciju.
Meisnera efekts
Meisnera efekts ir magnētiskā lauka absolūtas nobīdes process no visa vadītāja tilpuma. Tas parasti notiek vadītāja pārejas laikā uz supravadīšanas stāvokli. Ar to supravadītāji atšķiras no ideālajiem - neskatoties uz to, ka abiem nav pretestības, ideālo vadītāju magnētiskā indukcija paliek nemainīga.
Pirmo reizi šo fenomenu 1933. gadā novēroja un aprakstīja divi vācu fiziķi - Meisners un Oksenfelds. Tāpēc kvantu levitāciju dažreiz sauc par Meisenera-Ošenfelda efektu.
No vispārējiem elektromagnētiskā lauka likumiem izriet, ka, ja vadītāja tilpumā nav magnētiskā lauka, tajā ir tikai virsmas strāva, kas aizņem vietu netālu no supravadītāja virsmas. Šādos apstākļos supravadītājs darbojas tāpat kā diamagnēts, taču tas nav tāds.
Meisnera efekts ir sadalīts pilnā un daļējā, inatkarībā no supravadītāju kvalitātes. Pilns Meisnera efekts tiek novērots, kad magnētiskais lauks ir pilnībā pārvietots.
Augstas temperatūras supravadītāji
Dabā ir maz tīru supravadītāju. Lielākā daļa to supravadošo materiālu ir sakausējumi, kas visbiežāk uzrāda tikai daļēju Meisnera efektu.
Supravadītājos tā ir spēja pilnībā izspiest magnētisko lauku no tā tilpuma, kas materiālus sadala pirmā un otrā tipa supravadītājos. Pirmā tipa supravadītāji ir tīras vielas, piemēram, dzīvsudrabs, svins un alva, kas spēj demonstrēt pilnu Meisnera efektu pat lielos magnētiskajos laukos. Otrā tipa supravadītāji visbiežāk ir sakausējumi, kā arī keramika vai daži organiskie savienojumi, kas magnētiskā lauka apstākļos ar augstu indukciju spēj tikai daļēji izspiest magnētisko lauku no sava tilpuma. Tomēr ļoti zema magnētiskā lauka intensitātes apstākļos gandrīz visi supravadītāji, ieskaitot II tipu, spēj nodrošināt pilnu Meisnera efektu.
Ir zināms, ka vairākiem simtiem sakausējumu, savienojumu un vairākiem tīriem materiāliem piemīt kvantu supravadītspējas īpašības.
Muhammeda zārka pieredze
"Muhammeda zārks" ir sava veida triks ar levitāciju. Šis bija eksperimenta nosaukums, kas skaidri parādīja efektu.
Saskaņā ar musulmaņu leģendu, pravieša Muhameda zārks atradās gaisā bez jebkāda atbalsta un atbalsta. Tieši tālīdz ar to pieredzes nosaukums.
Pieredzes zinātnisks skaidrojums
Supravadītspēju var panākt tikai ļoti zemā temperatūrā, tāpēc supravadītājs iepriekš ir jāatdzesē, piemēram, ar augstas temperatūras gāzēm, piemēram, šķidro hēliju vai šķidro slāpekli.
Tad magnēts tiek novietots uz plakana atdzesēta supravadītāja virsmas. Pat laukos ar minimālo magnētisko indukciju, kas nepārsniedz 0,001 Tesla, magnēts paceļas virs supravadītāja virsmas par aptuveni 7-8 milimetriem. Ja pakāpeniski palielināsiet magnētiskā lauka stiprumu, attālums starp supravadītāja virsmu un magnētu palielināsies arvien vairāk.
Magnēts turpinās levitēt, līdz mainīsies ārējie apstākļi un supravadītājs zaudēs supravadīšanas īpašības.
