Levitasie is die oorwinning van swaartekrag, waarin die onderwerp of voorwerp in die ruimte is sonder ondersteuning. Die woord "levitasie" kom van die Latynse Levitas, wat "ligtheid" beteken.
Levitasie is verkeerd om gelyk te stel aan vlug, want laasgenoemde is gebaseer op lugweerstand, wat is hoekom voëls, insekte en ander diere vlieg, en nie sweef nie.
Levitasie in fisika
Levitasie in fisika verwys na die stabiele posisie van 'n liggaam in 'n gravitasieveld, terwyl die liggaam nie aan ander voorwerpe moet raak nie. Levitasie impliseer 'n paar nodige en moeilike voorwaardes:
- 'n Krag wat die gravitasietrek en swaartekragkrag kan verreken.
- Die krag wat die stabiliteit van die liggaam in die ruimte kan verseker.
Uit die Gauss-wet volg dit dat in 'n statiese magnetiese veld, statiese liggame of voorwerpe nie in staat is om te leviteer nie. As jy egter die voorwaardes verander, kan jy levitasie bereik.
Quantum Levitation
Die algemene publiek het in Maart 1991 vir die eerste keer bewus geword van kwantumlevitasie, toe 'n interessante foto in die wetenskaplike tydskrif Nature gepubliseer is. Dit het gewys hoe die direkteur van die Tokyo-supergeleidingsnavorsingslaboratorium, Don Tapscott, op 'n keramiek-supergeleierplaat staan, en daar was niks tussen die vloer en die plaat nie. Die foto blyk eg te wees, en die bord, wat saam met die regisseur wat daarop gestaan het, sowat 120 kilogram geweeg het, kon bo die vloer sweef danksy 'n supergeleidingseffek bekend as die Meissner-Ochsenfeld-effek.
Diamagnetiese sweef
Dit is die naam van die soort wese wat in die magneetveld van 'n liggaam wat water bevat, wat self 'n diamagneet is, dit is 'n materiaal waarvan die atome in staat is om teen die rigting van die hoof-elektromagnetiese veld.
In die proses van diamagnetiese levitasie word die hoofrol gespeel deur die diamagnetiese eienskappe van geleiers, wie se atome, onder die werking van 'n eksterne magnetiese veld, die parameters van die beweging van elektrone in hul molekules effens verander, wat lei tot die verskyning van 'n swak magneetveld teenoor die hoofveld. Die effek van hierdie swak elektromagnetiese veld is genoeg om swaartekrag te oorkom.
Om diamagnetiese levitasie te demonstreer, het wetenskaplikes herhaaldelik eksperimente op klein diere uitgevoer.
Hierdie tipe levitasie is gebruik in eksperimente op lewende voorwerpe. Tydens eksperimente in'n eksterne magnetiese veld met 'n induksie van ongeveer 17 Tesla, 'n opgeskorte toestand (levitasie) van paddas en muise is bereik.
Volgens Newton se derde wet kan die eienskappe van diamagnete omgekeerd gebruik word, dit wil sê om 'n magneet in die veld van 'n diamagneet te laat sweef of om dit in 'n elektromagnetiese veld te stabiliseer.
Diamagnetiese levitasie is identies van aard aan kwantumswewing. Dit wil sê, soos met die werking van die Meissner-effek, is daar 'n absolute verplasing van die magnetiese veld vanaf die materiaal van die geleier. Die enigste geringe verskil is dat om diamagnetiese levitasie te bewerkstellig, 'n baie sterker elektromagnetiese veld nodig is, dit is egter glad nie nodig om die geleiers af te koel om hul supergeleiding te bereik nie, soos die geval is met kwantumlevitasie.
By die huis kan jy selfs verskeie eksperimente opstel oor diamagnetiese levitasie, byvoorbeeld, as jy twee plate bismut het (wat 'n diamagneet is), kan jy 'n magneet met 'n lae induksie stel, ongeveer 1 T, in 'n opgeskorte staat. Boonop kan jy in 'n elektromagnetiese veld met 'n induksie van 11 Tesla 'n klein magneet in 'n gesuspendeerde toestand stabiliseer deur sy posisie met jou vingers aan te pas, terwyl jy glad nie aan die magneet raak nie.
Diamagnete wat gereeld voorkom, is byna almal inerte gasse, fosfor, stikstof, silikon, waterstof, silwer, goud, koper en sink. Selfs die menslike liggaam is diamagneties in die regte elektromagnetiese magnetiese veld.
Magnetiese levitasie
Magnetiese levitasie is 'n effektiewe'n metode om 'n voorwerp op te lig deur 'n magnetiese veld te gebruik. In hierdie geval word magnetiese druk gebruik om te kompenseer vir swaartekrag en vrye val.
Volgens Earnshaw se stelling is dit onmoontlik om 'n voorwerp bestendig in 'n gravitasieveld te hou. Dit wil sê, levitasie onder sulke toestande is onmoontlik, maar as ons die werkingsmeganismes van diamagnete, wervelstrome en supergeleiers in ag neem, dan kan effektiewe levitasie bereik word.
As magnetiese levitasie hysbak met meganiese ondersteuning bied, word hierdie verskynsel pseudo-levitasie genoem.
Meissner-effek
Die Meissner-effek is die proses van absolute verplasing van die magnetiese veld vanaf die hele volume van die geleier. Dit vind gewoonlik plaas tydens die oorgang van die geleier na die supergeleidende toestand. Dit is wat supergeleiers van ideale verskil - ten spyte van die feit dat albei geen weerstand het nie, bly die magnetiese induksie van ideale geleiers onveranderd.
Vir die eerste keer is hierdie verskynsel in 1933 deur twee Duitse fisici – Meissner en Oksenfeld – waargeneem en beskryf. Daarom word kwantumlevitasie soms die Meissner-Ochsenfeld-effek genoem.
Uit die algemene wette van die elektromagnetiese veld volg dit dat in die afwesigheid van 'n magnetiese veld in die volume van 'n geleier, slegs 'n oppervlakstroom daarin aanwesig is, wat ruimte naby die oppervlak van die supergeleier beslaan. Onder hierdie toestande tree 'n supergeleier op dieselfde manier as 'n diamagneet op, terwyl dit nie een is nie.
Die Meissner-effek word in volledig en gedeeltelik verdeel, inafhangende van die kwaliteit van supergeleiers. Die volle Meissner-effek word waargeneem wanneer die magneetveld heeltemal verplaas is.
Hoëtemperatuur supergeleiers
Daar is min suiwer supergeleiers in die natuur. Die meeste van hul supergeleidende materiale is legerings, wat meestal slegs 'n gedeeltelike Meissner-effek vertoon.
In supergeleiers is dit die vermoë om die magneetveld heeltemal van sy volume te verplaas wat materiale in supergeleiers van die eerste en tweede tipe skei. Supergeleiers van die eerste tipe is suiwer stowwe, soos kwik, lood en tin, wat selfs in hoë magnetiese velde die volle Meissner-effek kan demonstreer. Supergeleiers van die tweede tipe is meestal legerings, sowel as keramiek of sommige organiese verbindings, wat, onder toestande van 'n magnetiese veld met hoë induksie, slegs in staat is om die magnetiese veld gedeeltelik van hul volume te verplaas. Nietemin, onder toestande van baie lae magnetiese veldsterkte, is byna alle supergeleiers, insluitend tipe II, in staat tot die volle Meissner-effek.
Daar is bekend dat verskeie honderde legerings, verbindings en verskeie suiwer materiale die eienskappe van kwantum-supergeleiding het.
Mohammed's Coffin Experience
"Mohammed se kis" is 'n soort truuk met levitasie. Dit was die naam van die eksperiment wat die effek duidelik gedemonstreer het.
Volgens Moslem-legende was die kis van die profeet Mohammed in die lug in limbo, sonder enige ondersteuning en ondersteuning. Presiesvandaar die naam van die ervaring.
Wetenskaplike verduideliking van ervaring
Suprageleiding kan slegs by baie lae temperature bereik word, dus moet die supergeleier vooraf afgekoel word, byvoorbeeld met hoë-temperatuur gasse soos vloeibare helium of vloeibare stikstof.
Dan word 'n magneet op die oppervlak van 'n plat afgekoelde supergeleier geplaas. Selfs in velde met 'n minimum magnetiese induksie wat nie 0,001 Tesla oorskry nie, styg die magneet ongeveer 7-8 millimeter bo die oppervlak van die supergeleier. As jy die magneetveldsterkte geleidelik verhoog, sal die afstand tussen die oppervlak van die supergeleier en die magneet al hoe meer toeneem.
Die magneet sal aanhou sweef totdat die eksterne toestande verander en die supergeleier sy supergeleier-eienskappe verloor.
