Levitaatio on painovoiman voittaminen, jossa kohde tai esine on avaruudessa ilman tukea. Sana "levitaatio" tulee latinan sanasta Levitas, joka tarkoittaa "keveyttä".
Levitaatio on väärin rinnastaa lentoon, koska jälkimmäinen perustuu ilmanvastukseen, minkä vuoksi linnut, hyönteiset ja muut eläimet lentävät, eivätkä levitoi.
Levitaatio fysiikassa
Levitaatio fysiikassa viittaa kehon vakaaseen asemaan gravitaatiokentässä, kun taas keho ei saa koskettaa muita esineitä. Levitaatio edellyttää joitain tarpeellisia ja vaikeita ehtoja:
- Voima, joka voi kompensoida vetovoiman ja painovoiman.
- Voima, joka voi varmistaa kehon vakauden avaruudessa.
Gaussin laista seuraa, että staattisessa magneettikentässä staattiset kappaleet tai esineet eivät pysty levitaatioon. Jos kuitenkin muutat olosuhteita, voit saavuttaa levitaation.
Kvanttilevitaatio
Yleisö sai ensimmäisen kerran tietoonsa kvanttilevitaatiosta maaliskuussa 1991, kun Nature-tieteellisessä lehdessä julkaistiin mielenkiintoinen valokuva. Siinä näkyi Tokion suprajohtavuustutkimuslaboratorion johtaja Don Tapscott seisomassa keraamisella suprajohtavalla levyllä, eikä lattian ja levyn välissä ollut mitään. Valokuva osoittautui aidoksi, ja levy, joka yhdessä sen päällä seisovan ohjaajan kanssa painoi noin 120 kiloa, saattoi leijua lattian yläpuolella Meissner-Ochsenfeld-ilmiönä tunnetun suprajohtavuusvaikutuksen ansiosta.
Diamagneettinen levitaatio
Tämä on vettä sisältävän kappaleen magneettikentässä suspendoituneen tyypin nimi, joka itse on diamagneetti, eli materiaali, jonka atomit pystyvät magnetoitumaan pääsähkömagneettisen magneettikentän suuntaa vastaan. kenttä.
Diamagneettisen levitaation prosessissa päärooli on johtimien diamagneettisilla ominaisuuksilla, joiden atomit ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta muuttavat hieman elektronien liikeparametreja molekyyleissään, mikä johtaa heikon magneettikentän ilmestymiseen pääkentän vastakkaiseen suuntaan. Tämän heikon sähkömagneettisen kentän vaikutus riittää voittamaan painovoiman.
Diamagneettisen levitaation osoittamiseksi tiedemiehet suorittivat toistuvasti kokeita pienillä eläimillä.
Tällaista levitaatiota käytettiin elävillä esineillä tehdyissä kokeissa. Kokeiden aikana sisäänulkoinen magneettikenttä, jonka induktio oli noin 17 Tesla, saavutettiin sammakoiden ja hiirten suspendoitunut tila (levitaatio).
Newtonin kolmannen lain mukaan diamagneettien ominaisuuksia voidaan käyttää päinvastoin, eli levitoida magneetti diamagneetin kentässä tai stabiloida sitä sähkömagneettisessa kentässä.
Diamagneettinen levitaatio on luonteeltaan identtistä kvanttilevitaation kanssa. Toisin sanoen, kuten Meissner-ilmiön vaikutuksesta, magneettikenttä siirtyy absoluuttisesti johtimen materiaalista. Ainoa pieni ero on, että diamagneettisen levitaation saavuttamiseksi tarvitaan paljon voimakkaampi sähkömagneettinen kenttä, mutta johtimien jäähdyttäminen ei kuitenkaan ole välttämätöntä niiden suprajohtavuuden saavuttamiseksi, kuten kvanttilevitaation tapauksessa.
Kotona voit jopa tehdä useita kokeita diamagneettisesta levitaatiosta, esimerkiksi jos sinulla on kaksi vismuttilevyä (joka on diamagneetti), voit asettaa magneetin alhaisella induktiolla, noin 1 T, keskeytetyssä tilassa. Lisäksi sähkömagneettisessa kentässä, jonka induktio on 11 Tesla, voit vakauttaa pienen magneetin ripustustilassa säätämällä sen asentoa sormillasi koskematta magneettiin ollenkaan.
Usein esiintyvät diamagneetit ovat lähes kaikkia inerttejä kaasuja, fosforia, typpeä, piitä, vetyä, hopeaa, kultaa, kuparia ja sinkkiä. Jopa ihmiskeho on diamagneettinen oikeassa sähkömagneettisessa magneettikentässä.
Magneettinen levitaatio
Magneettinen levitaatio on tehokasmenetelmä kohteen nostamiseksi magneettikentän avulla. Tässä tapauksessa magneettista painetta käytetään kompensoimaan painovoimaa ja vapaata pudotusta.
Earnshawin lauseen mukaan on mahdotonta pitää esinettä tasaisesti painovoimakentässä. Eli levitaatio tällaisissa olosuhteissa on mahdotonta, mutta jos otamme huomioon diamagneettien, pyörrevirtojen ja suprajohteiden toimintamekanismit, voidaan saavuttaa tehokas levitaatio.
Jos magneettinen levitaatio tarjoaa nostoa mekaanisella tuella, tätä ilmiötä kutsutaan pseudolevitaatioksi.
Meissner-efekti
Meissner-ilmiö on prosessi, jossa magneettikenttä siirtyy absoluuttisesti johtimen koko tilavuudesta. Tämä tapahtuu yleensä johtimen siirtyessä suprajohtavaan tilaan. Tästä suprajohteet eroavat ihanteellisista - huolimatta siitä, että molemmilla ei ole vastusta, ihanteellisten johtimien magneettinen induktio pysyy muuttumattomana.
Ensimmäistä kertaa tämän ilmiön havaitsivat ja kuvailivat vuonna 1933 kaksi saksalaista fyysikkoa - Meissner ja Oksenfeld. Tästä syystä kvanttilevitaatiota kutsutaan joskus Meissner-Ochsenfeld-ilmiöksi.
Sähkömagneettisen kentän yleisistä laeista seuraa, että jos johtimen tilavuudessa ei ole magneettikenttää, siinä on vain pintavirta, joka vie tilaa suprajohteen pinnan lähellä. Näissä olosuhteissa suprajohde käyttäytyy samalla tavalla kuin diamagneetti, vaikka se ei ole sellainen.
Meissner-efekti on jaettu täydelliseen ja osittaiseenriippuen suprajohteiden laadusta. Täysi Meissner-ilmiö havaitaan, kun magneettikenttä siirtyy kokonaan.
Korkean lämpötilan suprajohteet
Puhtaita suprajohtimia luonnossa on vähän. Suurin osa niiden suprajohtavista materiaaleista on metalliseoksia, joissa on useimmiten vain osittainen Meissner-ilmiö.
Suprajohtimissa kyky syrjäyttää magneettikenttä kokonaan tilavuudestaan erottaa materiaalit ensimmäisen ja toisen tyypin suprajohtimiksi. Ensimmäisen tyypin suprajohteet ovat puhtaita aineita, kuten elohopeaa, lyijyä ja tinaa, jotka pystyvät osoittamaan täyden Meissner-ilmiön jopa suurissa magneettikentissä. Toisen tyypin suprajohteet ovat useimmiten seoksia, samoin kuin keraamisia tai joitain orgaanisia yhdisteitä, jotka korkean induktion magneettikentän olosuhteissa pystyvät vain osittain syrjäyttämään magneettikentän tilavuudestaan. Kuitenkin erittäin alhaisen magneettikentän voimakkuuden olosuhteissa lähes kaikki suprajohteet, mukaan lukien tyyppi II, pystyvät täyden Meissner-ilmiön.
Usalla sadalla lejeeringillä, yhdisteellä ja useilla puhtailla materiaaleilla tiedetään olevan kvantisuprajohtavuuden ominaisuuksia.
Mohammedin arkkukokemus
"Mohammedin arkku" on eräänlainen temppu levitaation kanssa. Tämä oli kokeen nimi, joka osoitti selvästi vaikutuksen.
Muslimilegendan mukaan profeetta Muhammedin arkku oli ilmassa hämärässä, ilman tukea ja tukea. Tarkalleentästä kokemuksen nimi.
Kokemuksen tieteellinen selitys
Suprajohtavuus voidaan saavuttaa vain erittäin matalissa lämpötiloissa, joten suprajohde on jäähdytettävä etukäteen esimerkiksi korkean lämpötilan kaasuilla, kuten nestemäisellä heliumilla tai nestemäisellä typellä.
Sitten magneetti asetetaan tasaisen jäähdytetyn suprajohteen pinnalle. Jopa kentissä, joiden magneettinen induktio on enintään 0,001 Teslaa, magneetti nousee suprajohteen pinnan yläpuolelle noin 7-8 millimetriä. Jos lisäät asteittain magneettikentän voimakkuutta, suprajohteen pinnan ja magneetin välinen etäisyys kasvaa yhä enemmän.
Magnetti jatkaa leijumista, kunnes ulkoiset olosuhteet muuttuvat ja suprajohde menettää suprajohtavuutensa.
