Levitatsioon on gravitatsiooni ületamine, mille puhul subjekt või objekt on ruumis ilma toetuseta. Sõna "levitatsioon" pärineb ladinakeelsest sõnast Levitas, mis tähendab "kergust".
Levitatsiooni on vale samastada lennuga, sest viimane põhineb õhutakistusel, mistõttu linnud, putukad ja muud loomad lendavad, mitte ei leviteeri.
Levitatsioon füüsikas
Levitatsioon viitab füüsikas keha stabiilsele asendile gravitatsiooniväljas, samas kui keha ei tohiks puudutada teisi objekte. Levitatsioon eeldab mõningaid vajalikke ja raskeid tingimusi:
- Jõud, mis võib kompenseerida gravitatsiooni- ja gravitatsioonijõudu.
- Jõud, mis suudab tagada keha stabiilsuse ruumis.
Gaussi seadusest järeldub, et staatilises magnetväljas ei ole staatilised kehad ega objektid võimelised leviteerima. Kui aga tingimusi muudate, võite saavutada levitatsiooni.
Kvantlevitatsioon
Laim avalikkus sai kvantlevitatsioonist esmakordselt teadlikuks 1991. aasta märtsis, kui teadusajakirjas Nature avaldati huvitav foto. Sellel oli näha Tokyo ülijuhtivuse uurimislabori direktorit Don Tapscotti, kes seisis keraamilisel ülijuhtival plaadil ning põranda ja plaadi vahel polnud midagi. Foto osutus tõeliseks ja plaat, mis koos sellel seisnud režissööriga kaalus umbes 120 kilogrammi, võis tänu ülijuhtivusefektile, mida tuntakse Meissneri-Ochsenfeldi efektina, põranda kohal levida.
Diamagnetiline levitatsioon
See on vett sisaldava keha magnetväljas hõljumise tüübi nimi, mis ise on diamagnet, st materjal, mille aatomid on võimelised magnetiseeruma peamise elektromagnetilise magnetvälja suunas. väljal.
Diamagnetilise levitatsiooni protsessis mängivad peamist rolli juhtide diamagnetilised omadused, mille aatomid muudavad välise magnetvälja toimel veidi elektronide liikumise parameetreid oma molekulides, mis viib nõrga magnetvälja ilmnemiseni, mis on vastupidise suunaga peamisele. Selle nõrga elektromagnetvälja mõjust piisab gravitatsiooni ületamiseks.
Diamagnetilise levitatsiooni demonstreerimiseks viisid teadlased korduv alt läbi katseid väikeloomadega.
Seda tüüpi levitatsiooni kasutati elusobjektidega tehtud katsetes. Katsete ajal aastalväline magnetväli, mille induktsioon oli umbes 17 Teslat, saavutati konnade ja hiirte suspendeeritud olek (levitatsioon).
Vastav alt Newtoni kolmandale seadusele saab diamagnetite omadusi kasutada ka vastupidi, see tähendab magneti leviteerimiseks diamagneti väljas või selle stabiliseerimiseks elektromagnetväljas.
Diamagnetiline levitatsioon on olemuselt identne kvantlevitatsiooniga. See tähendab, et nagu ka Meissneri efekti korral, toimub magnetvälja absoluutne nihkumine juhi materjalist. Ainus väike erinevus on see, et diamagnetilise levitatsiooni saavutamiseks on vaja palju tugevamat elektromagnetvälja, kuid nende ülijuhtivuse saavutamiseks pole juhte üldse vaja jahutada, nagu kvantlevitatsiooni puhul.
Kodus saate seadistada isegi mitu diamagnetilise levitatsiooni katset, näiteks kui teil on kaks vismutplaati (mis on diamagnet), saate seadistada väikese induktsiooniga magneti, umbes 1 T, peatatud olekus. Lisaks saate 11 Tesla induktsiooniga elektromagnetväljas stabiliseerida väikese peatatud magneti, reguleerides selle asendit sõrmedega, ilma magnetit üldse puudutamata.
Sageli esinevad diamagnetid on peaaegu kõik inertgaasid, fosfor, lämmastik, räni, vesinik, hõbe, kuld, vask ja tsink. Isegi inimkeha on õiges elektromagnetilises magnetväljas diamagnetiline.
Magnetiline levitatsioon
Magnetiline levitatsioon on tõhusmeetod objekti tõstmiseks magnetvälja abil. Sel juhul kasutatakse gravitatsiooni ja vabalangemise kompenseerimiseks magnetrõhku.
Earnshaw teoreemi järgi on võimatu objekti püsiv alt gravitatsiooniväljas hoida. See tähendab, et levitatsioon sellistes tingimustes on võimatu, kuid kui võtta arvesse diamagnetite, pöörisvoolude ja ülijuhtide toimemehhanisme, on võimalik saavutada tõhus levitatsioon.
Kui magnetiline levitatsioon tagab mehaanilise toe tõstmise, nimetatakse seda nähtust pseudolevitatsiooniks.
Meissneri efekt
Meissneri efekt on magnetvälja absoluutse nihkumise protsess juhi kogu mahust. Tavaliselt toimub see juhi üleminekul ülijuhtivasse olekusse. Selle poolest erinevad ülijuhid ideaaljuhtidest – vaatamata asjaolule, et mõlemal puudub takistus, jääb ideaalsete juhtide magnetinduktsioon muutumatuks.
Esimest korda täheldasid ja kirjeldasid seda nähtust 1933. aastal kaks saksa füüsikut – Meissner ja Oksenfeld. Seetõttu nimetatakse kvantlevitatsiooni mõnikord Meissneri-Ochsenfeldi efektiks.
Elektromagnetvälja üldistest seadustest tuleneb, et magnetvälja puudumisel juhi ruumalas on selles ainult pinnavool, mis hõivab ülijuhi pinna lähedal ruumi. Nendes tingimustes käitub ülijuht samamoodi nagu diamagnet, kuid ei ole üks.
Meissneri efekt jaguneb täielikuks ja osaliseks, sisseolenev alt ülijuhtide kvaliteedist. Täielikku Meissneri efekti täheldatakse siis, kui magnetväli on täielikult nihkunud.
Kõrgetemperatuurilised ülijuhid
Puhtasid ülijuhte on looduses vähe. Enamik nende ülijuhtivaid materjale on sulamid, millel on enamasti vaid osaline Meissneri efekt.
Ülijuhtides eraldab materjalid esimest ja teist tüüpi ülijuhtideks võime magnetvälja täielikult selle mahust välja tõrjuda. Esimest tüüpi ülijuhid on puhtad ained, nagu elavhõbe, plii ja tina, mis on võimelised demonstreerima täielikku Meissneri efekti isegi tugevates magnetväljades. Teist tüüpi ülijuhid on enamasti sulamid, aga ka keraamika või mõned orgaanilised ühendid, mis suure induktsiooniga magnetvälja tingimustes suudavad magnetvälja oma mahust ainult osaliselt välja tõrjuda. Sellegipoolest on väga madala magnetvälja tugevuse tingimustes peaaegu kõik ülijuhid, sealhulgas II tüüpi ülijuhid, võimelised täielikku Meissneri efekti.
Mitmelsajal sulamil, ühendil ja mitmel puhtal materjalil on teadaolev alt kvantülijuhtivuse omadused.
Mohammedi kirstu kogemus
"Mohammedi kirst" on omamoodi trikk levitatsiooniga. See oli katse nimi, mis näitas selgelt mõju.
Moslemite legendi järgi oli prohvet Muhamedi kirst õhus ilma igasuguse toetuse ja toetuseta. Täpselt niisiit ka kogemuse nimi.
Kogemuste teaduslik selgitus
Ülijuhtivust saab saavutada ainult väga madalatel temperatuuridel, seega tuleb ülijuhti eelnev alt jahutada, näiteks kõrge temperatuuriga gaasidega, nagu vedel heelium või vedel lämmastik.
Seejärel asetatakse tasase jahutatud ülijuhi pinnale magnet. Isegi väljades, mille minimaalne magnetinduktsioon ei ületa 0,001 Teslat, tõuseb magnet ülijuhi pinnast kõrgemale umbes 7-8 millimeetrit. Kui suurendate järk-järgult magnetvälja tugevust, suureneb ülijuhi pinna ja magneti vaheline kaugus üha enam.
Magnet jätkab leviteerimist, kuni välistingimused muutuvad ja ülijuht kaotab oma ülijuhtivusomadused.
