Levitation ialah mengatasi graviti, di mana subjek atau objek berada di angkasa tanpa sokongan. Perkataan "levitation" berasal daripada Latin Levitas, yang bermaksud "ringan".
Levitasi adalah salah untuk disamakan dengan penerbangan, kerana yang terakhir adalah berdasarkan rintangan udara, itulah sebabnya burung, serangga dan haiwan lain terbang, dan tidak melayang.
Levitation dalam fizik
Levitasi dalam fizik merujuk kepada kedudukan stabil jasad dalam medan graviti, manakala jasad tidak boleh menyentuh objek lain. Levitasi membayangkan beberapa syarat yang perlu dan sukar:
- Daya yang boleh mengimbangi tarikan graviti dan daya graviti.
- Kuasa yang boleh memastikan kestabilan badan di angkasa.
Daripada undang-undang Gauss, ia mengikuti bahawa dalam medan magnet statik, jasad atau objek statik tidak mampu melayang. Walau bagaimanapun, jika anda menukar syarat, anda boleh mencapai levitation.
Kuantum Levitation
Masyarakat umum mula-mula menyedari levitasi kuantum pada Mac 1991, apabila foto menarik diterbitkan dalam jurnal saintifik Nature. Ia menunjukkan pengarah Makmal Penyelidikan Superkonduktiviti Tokyo, Don Tapscott, berdiri di atas plat superkonduktor seramik, dan tiada apa-apa di antara lantai dan plat. Foto itu ternyata nyata, dan pinggan itu, yang, bersama pengarah berdiri di atasnya, seberat kira-kira 120 kilogram, boleh melayang di atas lantai berkat kesan superkonduktiviti yang dikenali sebagai kesan Meissner-Ochsenfeld.
Levitasi diamagnetik
Ini adalah nama jenis terampai dalam medan magnet badan yang mengandungi air, yang dengan sendirinya adalah diamagnet, iaitu bahan yang atomnya mampu dimagnetkan melawan arah elektromagnet utama. medan.
Dalam proses pengangkatan diamagnet, peranan utama dimainkan oleh sifat diamagnet konduktor, yang atomnya, di bawah tindakan medan magnet luar, mengubah sedikit parameter pergerakan elektron dalam molekulnya, yang membawa kepada kemunculan medan magnet yang lemah bertentangan dengan arah yang utama. Kesan medan elektromagnet yang lemah ini sudah cukup untuk mengatasi graviti.
Untuk menunjukkan levitasi diamagnet, saintis berulang kali menjalankan eksperimen ke atas haiwan kecil.
Jenis pengangkatan ini digunakan dalam eksperimen pada objek hidup. Semasa eksperimen dimedan magnet luaran dengan aruhan kira-kira 17 Tesla, keadaan terampai (pengangkatan) katak dan tikus telah dicapai.
Menurut undang-undang ketiga Newton, sifat diamagnet boleh digunakan sebaliknya, iaitu, untuk melayangkan magnet dalam medan diamagnet atau untuk menstabilkannya dalam medan elektromagnet.
Levitasi diamagnetik adalah sama sifatnya dengan levitasi kuantum. Iaitu, seperti tindakan kesan Meissner, terdapat anjakan mutlak medan magnet daripada bahan konduktor. Satu-satunya perbezaan yang sedikit ialah untuk mencapai levitasi diamagnet, medan elektromagnet yang lebih kuat diperlukan, namun, ia tidak perlu sama sekali untuk menyejukkan konduktor untuk mencapai superkonduktivitinya, seperti halnya dengan levitasi kuantum.
Di rumah, anda juga boleh menyediakan beberapa eksperimen tentang pengangkatan diamagnet, contohnya, jika anda mempunyai dua plat bismut (iaitu diamagnet), anda boleh menetapkan magnet dengan aruhan rendah, kira-kira 1 T, dalam keadaan tergantung. Selain itu, dalam medan elektromagnet dengan aruhan 11 Tesla, anda boleh menstabilkan magnet kecil dalam keadaan terampai dengan melaraskan kedudukannya menggunakan jari anda, sambil tidak menyentuh magnet sama sekali.
Diamagnet yang kerap berlaku ialah hampir semua gas lengai, fosforus, nitrogen, silikon, hidrogen, perak, emas, kuprum dan zink. Malah badan manusia adalah diamagnet dalam medan magnet elektromagnet yang betul.
Levitasi magnetik
Levitasi magnetik adalah berkesankaedah mengangkat objek menggunakan medan magnet. Dalam kes ini, tekanan magnet digunakan untuk mengimbangi graviti dan jatuh bebas.
Mengikut teorem Earnshaw, adalah mustahil untuk memegang objek dalam medan graviti secara berterusan. Iaitu, levitation dalam keadaan sedemikian adalah mustahil, tetapi jika kita mengambil kira mekanisme tindakan diamagnet, arus pusar dan superkonduktor, maka levitation berkesan boleh dicapai.
Jika pengangkatan magnet memberikan daya angkat dengan sokongan mekanikal, fenomena ini dipanggil pengangkatan pseudo.
kesan Meissner
Kesan Meissner ialah proses anjakan mutlak medan magnet daripada keseluruhan isipadu konduktor. Ini biasanya berlaku semasa peralihan konduktor kepada keadaan superkonduktor. Inilah perbezaan superkonduktor daripada yang ideal - walaupun pada hakikatnya kedua-duanya tidak mempunyai rintangan, aruhan magnet bagi konduktor ideal kekal tidak berubah.
Buat pertama kali fenomena ini diperhatikan dan diterangkan pada tahun 1933 oleh dua ahli fizik Jerman - Meissner dan Oksenfeld. Itulah sebabnya levitasi kuantum kadangkala dipanggil kesan Meissner-Ochsenfeld.
Daripada undang-undang am medan elektromagnet, ia mengikuti bahawa jika tiada medan magnet dalam isipadu konduktor, hanya arus permukaan terdapat di dalamnya, yang menduduki ruang berhampiran permukaan superkonduktor. Di bawah keadaan ini, superkonduktor berkelakuan dengan cara yang sama seperti diamagnet, tetapi bukan satu.
Kesan Meissner dibahagikan kepada penuh dan separa, dalambergantung kepada kualiti superkonduktor. Kesan Meissner penuh diperhatikan apabila medan magnet disesarkan sepenuhnya.
Superkonduktor suhu tinggi
Terdapat beberapa superkonduktor tulen dalam alam semula jadi. Kebanyakan bahan pengalir supernya ialah aloi, yang selalunya hanya mempamerkan kesan Meissner separa.
Dalam superkonduktor, ia adalah keupayaan untuk menyesarkan sepenuhnya medan magnet daripada isipadunya yang memisahkan bahan kepada superkonduktor jenis pertama dan kedua. Superkonduktor jenis pertama adalah bahan tulen, seperti merkuri, plumbum dan timah, mampu menunjukkan kesan Meissner penuh walaupun dalam medan magnet yang tinggi. Superkonduktor jenis kedua paling kerap adalah aloi, serta seramik atau beberapa sebatian organik, yang, di bawah keadaan medan magnet dengan aruhan tinggi, hanya mampu menyesarkan sebahagian medan magnet daripada isipadunya. Namun begitu, dalam keadaan kekuatan medan magnet yang sangat rendah, hampir semua superkonduktor, termasuk jenis II, mampu menghasilkan kesan Meissner sepenuhnya.
Beberapa ratus aloi, sebatian dan beberapa bahan tulen diketahui mempunyai ciri superkonduktiviti kuantum.
Pengalaman Keranda Muhammad
"Keranda Muhammad" ialah sejenis helah dengan levitasi. Ini adalah nama percubaan yang jelas menunjukkan kesannya.
Menurut lagenda Muslim, keranda Nabi Muhammad berada di udara dalam keadaan limbo, tanpa sebarang sokongan dan sokongan. Tepat sekalimaka nama pengalaman itu.
Penjelasan saintifik tentang pengalaman
Superkonduktiviti hanya boleh dicapai pada suhu yang sangat rendah, jadi superkonduktor mesti disejukkan terlebih dahulu, contohnya, dengan gas suhu tinggi seperti cecair helium atau nitrogen cecair.
Kemudian magnet diletakkan pada permukaan superkonduktor yang disejukkan rata. Walaupun dalam medan dengan aruhan magnet minimum tidak melebihi 0.001 Tesla, magnet naik di atas permukaan superkonduktor kira-kira 7-8 milimeter. Jika anda meningkatkan kekuatan medan magnet secara beransur-ansur, jarak antara permukaan superkonduktor dan magnet akan meningkat dengan lebih banyak.
Magnet akan terus melayang sehingga keadaan luaran berubah dan superkonduktor kehilangan ciri superkonduktornya.
