0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Левитация на постоянных магнитах — почему невозжно?

Содержание

Магнитная левитация — что это такое и как это возможно

Слово «левитация» происходит от английского «levitate» — парить, подниматься в воздух. То есть левитация — это преодоление объектом гравитации, когда он парит и не касается опоры, не отталкиваясь при этом от воздуха, не используя реактивную тягу. С точки зрения физики, левитация — это устойчивое положение объекта в гравитационном поле, когда сила тяжести скомпенсирована и имеет место возвращающая сила, обеспечивающая объекту устойчивость в пространстве.

В частности магнитная левитация — это технология подъёма объекта с помощью магнитного поля, когда для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений используется магнитное действие на объект. Именно о магнитной левитации и пойдет речь в данной статье.

Магнитное удержание объекта в состоянии устойчивого равновесия можно реализовать несколькими способами. Каждый из способов имеет свои особенности, и к каждому можно предъявить претензии, вроде «это не настоящая левитация!», и так оно на самом деле и будет. Настоящая левитация в чистом виде недостижима.

Так, теорема Ирншоу доказывает, что, используя только ферромагнетики, невозможно устойчиво удерживать объект в гравитационном поле. Но несмотря на это, с помощью сервомеханизмов, диамагнетиков, сверхпроводников и систем с вихревыми токами возможно достичь подобие левитации, когда какой-нибудь механизм помогает объекту сохранять равновесие, когда тот поднят над опорой магнитной силой. Однако обо всем по порядку.

Электромагнитная левитация с системой слежения

Применив схему на базе электромагнита и фотореле можно заставить левитировать небольшие металлические предметы. Предмет будет парить в воздухе на некотором расстоянии от неподвижно закрепленного на стойке электромагнита. Электромагнит получает питание, пока фотоэлемент, закрепленный в стойке, не затенен парящим предметом, пока на него попадает достаточно света от неподвижно закрепленного контрольного источника, это значит, что объект нужно притянуть.

Когда объект достаточно приподнят, электромагнит отключается, поскольку в этом момент тень от перемещенного в пространстве объекта падает на фотоэлемент, перекрывая свет источника. Объект начинает падать, но упасть не успевает, так как снова включился электромагнит. Так, отрегулировав чувствительность фотореле, можно добиться эффекта, при котором объект будет как-бы висеть на одном месте в воздухе.

На самом деле объект непрерывно то падает, то вновь немного приподнимается электромагнитном. Получается иллюзия левитации. На этом принципе основана работа «левитирующих глобусов» — довольно необычных сувениров, где к глобусу прикреплена магнитная пластина, с которой и взаимодействует электромагнит, скрытый в подставке.

Диамагнитная левитация

Графитовый грифель от простого карандаша является диамагнетиком, то есть веществом, которое намагничивается против внешнего магнитного поля. В определенных условиях происходит полное вытеснение магнитного поля из материала диамагнетика, например графитовый грифель обладает высокой магнитной восприимчивостью, и начинает парить над неодимовыми магнитами даже при комнатной температуре.

Для устойчивости эффекта магниты следует собрать в шахматном порядке (полюса магнитов), тогда графитовый стержень не выскользнет из «магнитной ловушки» и будет левитировать.

Редкоземельный магнит с индукцией всего 1 Тл может висеть между пластинами висмута, а в магнитном поле с индукцией 11 Тл можно между пальцами стабилизировать «левитацию» маленького неодимового магнита, поскольку руки человека являются диамагнетиком, как и вода.

Известен достаточно широко распространенный опыт с левитирующей лягушкой. Животное аккуратно помещают над магнитом, который создает магнитную индукцию больше 16 Тл и лягушка, демонстрируя диамагнитные свойства, фактически зависает в воздухе на небольшом расстоянии от магнита.

Левитация магнита над сверхпроводником (эффект Мейснера)

Пластина из оксида иттрия-бария-меди охлаждается до температуры жидкого азота. В этих условиях пластина становится сверхпроводником. Если теперь положить неодимовый магнит на подставку над пластиной, а затем подставку из под магнита вытащить, то магнит зависнет в воздухе — будет левитировать.

Даже небольшой магнитной индукции порядка 1 мТл достаточно чтобы магнит, будучи положен на пластину, приподнялся над охлажденным высокотемпературным сверхпроводником на несколько миллиметров. Чем выше индукция магнита — тем выше он поднимется.

Дело здесь в том, что одно из свойств сверхпроводника — выталкивание магнитного поля из сверхпроводящей фазы, и магнит, отталкиваясь от этого магнитного поля противоположного направления как-бы всплывает и продолжает парить над охлажденным сверхпроводником до тех пор, пока он не выйдет из сверхпроводящего состояния.

Левитация в условиях вихревых токов

Вихревые токи (токи Фуко), наводимые переменными магнитными полями в массивных проводниках также способны удерживать предметы в левитирующем состоянии. Например катушка с переменным током может левитировать над замкнутым кольцом из алюминия, а алюминиевый диск будет парить над катушкой с переменным током.

Объяснение здесь такое: по закону Ленца, индуцируемый в диске или в кольце ток будет создавать такое магнитное поле, что его направление станет препятствовать причине его вызывающей, то есть в каждый период колебаний переменного тока в индукторе, в массивном проводнике будет индуцироваться магнитное поле противоположного направления. Так, массивный проводник или катушка подходящий формы смогут левитировать все время пока включен переменный ток.

Читать еще:  Как сделать мини башню Тесла

Аналогичный механизм удержания проявляется, когда неодимовый магнит роняют внутри медной трубы — магнитное поле индуцированных вихревых токов направлено противоположно магнитному полю магнита.

Магнитная левитация

Секундный шарик

Чудо техники

Проигрыватель

Сверхпроводимость и квантовый замок.

Сейчас я хочу рассказать вам о том, что такое сверхпроводники 2-го типа и зачем они нужны.

Сверхпроводимость — это состояние вещества, при котором оно теряет абсолютно все внутреннее сопротивление. До 50-х годов 20-го века ученые для своих исследований использовали так называемые сверхпроводники 1-го типа, то есть те вещества и металлы, которые приобретали свойства сверхпроводимости только при температурах жидкого гелия (от 4 до 20 Кельвин = от минус 269 до -253 градусов по Цельсию.)

Позже, начали появляться так называемые высокотемпературные сверхпроводники, которые теряли свое сопротивление уже при более высоких по меркам физиков температурах — около минус 196 градусов по Цельсию, то есть при температуре кипения жидкого азота, который в десятки раз дешевле жидкого гелия.

Если такую керамику охладить до температуры жидкого азота, а потом поднести к ней мощный неодимовый магнит, то в сверхпроводнике начнут образовываться так называемые токи Фуко, проще говоря сверхпроводник образует свое собственное магнитное поле, схожее по силе с полем магнита. В результате магнит может левитировать над сверхпроводником, это эффект называют квантовым замком. На фото видна визуализация силовых линий магнита и сверхпроводника.

Если хотите увидеть больше про сверхпроводники — можете посмотреть это видео:

Если вдруг захотите разнообразить свой интерьер.

Магия

Я бы приобрел такую.

«Купил дешевый левитрон на Amazon и украсил кубиками для Dungeons & Dragons (D&D)»

Двигатель Мендосино.

Увидел такую штуку на YouTube.

Решил попробовать сделать сам.

И таки получилось.

Собирали с сыном. Немного неказисто вышло.

Но у меня остались компоненты еще на одну штуку.

Теперь хочу собрать элегантную и аккуратную модель, учтя все ошибки этой сборки.

Рассылка Пикабу: отправляем лучшие посты за неделю 🔥

Спасибо!
Осталось подтвердить Email — пожалуйста, проверьте почту 😊

Научный проект для студента. Мендосинский мотор и его создание.

В начале семемтра(2 недели назад) препод задал каждому из нашей группы задание: сделайте какой-нибудь интересный проект.

Мне сразу вспомнилось вот это видео с Pikabu:

И вот после очередного просмотра этого видео, я увидел, что автор 4 дня назад выложил подробную видео-инструкцию по изготовлению:

Я сразу же смекнул, что всё немагнитное и не железное, я смогу сделать на 3D принтере, что и спросил у автора видео. Так что дорогие пикабушники пожелайте удачи в борьбе с моей ленью и чтобы всё у меня вышло.

P.S Если кто-то хочет, могу выложить Thing проект для 3D принтера, над которым работаю, пока магниты идут с Китая.

P.P.S Спасибо Дмитрию Коржевскому за такие подробные инструкции.

Обсуждение новостей: Corsair представила вентиляторы на магнитной левитации

Компания Corsair представила серию вентиляторов ML (magnet levitation) для компьютерных корпусов, которые используют вместо шарикоподшипников магнитную левитацию.

Магниты удерживают вращающуюся часть вентилятора над двигателем, снижая таким образом трение, а следовательно влияя на шум и эффективность. По данным Corsair, вентиляторы серии ML эффективнее обычных по обоим показателям.

Вентиляторы оснащаются прорезиненными сменными демпферами, которые поглощают лишние вибрации на высоких оборотах. В зависимости от модификации (диаметра, наличии подсветки и т.д.) стоимость вентиляторов Corsair ML колеблется от $ 25 до $ 40.

7 доказательств от пикабушников, почему лапша быстрого приготовления — пища богов

Совсем недавно в одном из постов мы спрашивали, почему вы считаете лапшу быстрого приготовления пищей богов. Мнения разделились, а мы выделили несколько теорий происхождения лапшички. В какую верить, выбирайте сами.

«Когда Олимпийские боги впервые взошли на Олимп, они были голодны от долгого восхождения. И тогда Афродита (она же Венера) отрезала свои волосы и сварила их в кипящей амброзии. Они превратились в великолепную, ароматную, сочную лапшу. И Боги сказали, что эта еда божественна».

«Немногие знают, что Прометей украл огонь ради того, чтобы заварить свою любимую лапшу быстрого приготовления. Этот дар от Прометея мы бережно сохранили до нашего времени. Именно поэтому мы с гордостью называем лапшу быстрого приготовления пищей богов».

«Боги не утруждают себя тяжелым и монотонным трудом приготовления вкусной еды, у них все пыщ-пыщ и готово».

«Бог создал Вселенную, Землю, населил ее людьми. Они стали искать пищу, и Бог начал раздавать им ее: яблоки, груши, научил ремеслам добычи. Когда он всем все раздал и всему научил, люди пошли по своим делам, и начал Он собираться обратно на Небеса. Но тут прибегает запыхавшейся человек и спрашивает, осталось ли что-нибудь.

— Больше ничего нет. Где ты был, когда я раздавал свои плоды?!

— Я так засмотрелся на созданные тобой красоты, твои неоценимые богатства, я начал думать, как сложен, интересен и прекрасен этот мир. Потом я заснул и, к сожалению, опоздал.

Бог был приятно удивлен, что кто-то так оценил его созданный мир.

— Ладно, осталось у меня кое-что: это я оставлял себе, на особый случай, но поделюсь с тобой!

Так человек познакомился с пищей Богов — лапшой быстрого приготовления».

«Потому что у богов нет времени на вот это все».

«Давным-давно эту лапшу боги придумали для себя. В то время смертным порция вкусной лапши доставалась тяжким трудом. Ведь ради нее нужно было вырастить пшеницу, добыть из нее муку на мельнице, иметь курицу, несущую яйца, вырастить овощи, почистить их и нарезать, раздобыть специй, что на вес золота. Боги при этом хранили у себя секрет волшебной еды, которая становилась готовой за время, пока капля дождя падала на землю.

Читать еще:  Поделки для сада и огорода из старых автомобильных шин

Однажды житель чудесной восточной страны, видевший немало тягот и невзгод, выпавших на долю человеческую, воззвал к богам. Он молил их проявить сочувствие к людям, дать им хоть что-то, что облегчило бы их жизнь. Его искренние речи были услышаны, и боги поделились с ним секретом, благодаря которому любой человек теперь может быстро приготовить лапшу, которая и сама по себе неплоха, и гарниром будет отменным, и суп из нее толковый получается».

«Это невозможно описать словами. Истинные ценители вкуса просто чувствуют это сердцем, как родственную душу!»

Магнитная левитация. Виды и работа. Применение и особенности

Магнитная левитация – это технология, позволяющая поднимать объекты в воздух с помощью магнитного поля. Само слово «левитация» происходит от английского «levitate», которое можно перевести как «парить» или «подниматься в воздух». Фактически, данное физическое явление позволяет преодолеть гравитацию без применения реактивной тяги или аэродинамики, как это осуществляется самолетами, вертолетами и дронами.

Почему происходит магнитная левитация

С физической точки зрения левитация является устойчивым положением объекта в гравитационном поле. Фактически, сила тяжести компенсируется с силами воздействующими на предмет, которые его поднимают. В определенной точке данные силы уравниваются, благодаря чему объекты зависают. То понятие, которое укладывается в слово «левитация» в чистом виде недостижимо, что давно является доказанным фактом. На деле парение объекта достигается только путем воздействия на него магнитного поля. При этом сам предмет, который зависает в воздухе, не обладает свойствами парить без внешнего воздействия. Он не сможет делать это абсолютно в любых условиях и на разной высоте.

Условия, которые необходимо обеспечить, чтобы осуществить магнитную левитацию, могут отличаться. Существует несколько технологий, которые позволяют добиться эффекта парения:
  • Электромагнитная.
  • Диамагнитная.
  • Сверхпроводниковая.
  • Вихретоковая.
Электромагнитная

Данная технология подъема объекта над поверхностью подразумевает применение . Он располагается в нижней части устройства. На него укладываются легкие металлические предметы. Над электромагнитом с помощью стойки закрепляется фотоэлемент. Задача последнего заключается в подачи и прерывания питания на электрический магнит. Если фотоэлемент улавливает тень, то он включает или отключает питание, что зависит от места его расположения. Это происходит с периодичностью в доли секунды.

Принцип работы данной технологии подразумевает создание кратковременного воздействия электромагнитного поля на металлический объект. Катушка его подталкивает, после чего отключается, и предмет начинает падать вниз. Сразу же катушка снова создает электромагнитное поле поднимающее объект, и он взлетает. Цикличное воздействие необходимо для того, чтобы обеспечить возможность контроля местоположения парящего предмета. Дело в том, что постоянное электромагнитное поле смещает объект, пока он не выйдет из зоны воздействия и не упадет под влиянием силы притяжения. Если же циклично включать и отключать поле, то предмет будет просто подскакивать, фактически не удаляясь от точки нахождения.

При взгляде со стороны благодаря высокой частоте подачи и отключения электромагнитного воздействия, парящий предмет выглядит практически неподвижным. Это создает впечатление его реальной левитации. Данная технология является весьма популярной при производстве сувениров. Примером ее реализации является летающий глобус. Недостаток данного способа заключается в определенной сложности запуска устройства. Необходимо закрыть фотодатчик, приподнять предмет для левитации, после чего открыть систему фотодатчика. Далее он возьмет контроль удержания предмета на себя. В том случае, если произойдут перебои с электричеством и объект упадет, то после подачи питания он уже не взлетит без вмешательства человека.

Диамагнитная

Для реализации данной технологии применяются диамагнетики. Эти вещества намагничиваются против внешнего магнитного поля. Отдельные материалы могут полностью вытеснять свое магнитное поле. Примером такого вещества является графит. Довольно известным экспериментом является магнитная левитация стержня из обычного карандаша. Он зависает над неодимовыми магнитами. Для этого их необходимо расставить в шахматном порядке поворачивая разными полюсами к верху. При таких условиях стержень не будет вытолкнут за пределы площадки, поэтому останется левитировать постоянно. Неодимовые магниты имеют более стабильное поле, поэтому если созданная поверхность в шахматном порядке будет иметь достаточную площадь, касательно длины графитового стержня, то тот зависнет неподвижно.

Живые существа тоже обладают свойствами диамагнетиков, поэтому под воздействием магнитного поля с высокой индукцией также могут парить. Примером этого является научный эксперимент с летающей лягушкой. Для некрупного земноводного достаточно создать индукцию больше 16 Тл, и лягушка начинает парить в воздухе на небольшой высоте.

Сверхпроводниковая

Магнитная левитация по данной технологии также известна как метод Мейснера. Эффект парения достигается путем размещения магнита над сверхпроводником. В его качестве применяется оксид иттрия-бария-меди. Данное вещество приобретает способность сверхпроводника при снижении его температуры. Для этого необходимо обеспечение его контакт с жидким азотом.

Эксперимент по левитации подразумевает помещение пластины в ванночку с жидким азотом. Оксид иттрия-бария-меди практически мгновенно охлаждается. Если над ним поместить магнит, то тот начнет левитировать. Высота между магнитом и сверхпроводником напрямую зависят от силы индукции. Чем она выше, тем на большем расстоянии окажется магнит. Предмет как бы всплывает над сверхпроводником и весьма устойчиво парит до момента, пока пластина не остынет, потеряв свои свойства.

Вихретоковая магнитная левитация

Еще одним способом создания магнитной левитации является использование вихревых токов и массивных проводников. Катушка, выдающая вихревой ток может левитировать над замкнутым кольцом из цветного металла. Аналогичная ситуация наблюдается и с дисками из данного металла, уложенными над большими катушками.

Это обусловлено тем, что по закону Ленца индексируемый в данном случае цветной металл будет создавать магнитное поле противоположное от того, что на него воздействует. Иными словами, в каждый период колебания переменного тока в катушке будет создаваться противоположное по направлению магнитное поле. Поскольку они отталкивают друг друга, то более легкий предмет будет левитировать над тяжелым.

Читать еще:  Магнитола из встраиваемой панели M011

Еще одним примером вихревой левитации является пропускание неодимового магнита через толстостенную медную трубу. В этом случае постоянное парение не происходит, но магнит замедляется. Его падение сквозь трубу напоминает замедленную съемку или погружение в густую жидкость.

Масштабные применение эффекта парения

Магнитная левитация нашла свое применение не только при создании сувениров. Одним из самых масштабных способов использования данной технологии является современный железнодорожный транспорт на магнитной подушке. Такой поезд двигается очень тихо, поскольку не имеет колес, которые создают трение и стук. Как следствие самый известный проект такого транспорта, который был построен в Японии, смог развить скорость в 581 км/час. Единственный в мире поезд, который работает по данной технологии на постоянном маршруте, располагается в Шанхае. Он соединяет метро и аэропорт. Поезд позволяет преодолевать расстояние в 30 км между конечными станциями приблизительно за 7 минут.

Магнитная левитация, что это такое и как это работает

Наверняка многие из вас смотрели фильм Звездные Войны, так вот там транспорт левитировал над поверхностью без каких либо усилий и приспособлений. Вы никогда не задумывались, возможна ли левитация в реальном мире? В этой статье я расскажу вам, каким образом сейчас реализуется магнитная левитация на данный момент.

Что такое магнитная левитация

Ну, а для начала давайте узнаем, что скрывается под термином Левитация. Итак, Левитация – это преодоление гравитации, в результате чего объект имеет статическое положение в пространстве при этом не имея опоры на твердую или жидкую поверхность.

А магнитная левитация — это технология, за счет которой происходит подъем объекта магнитным полем, когда для компенсации гравитационного воздействия применяется магнитное воздействие на объект.

На сегодняшний день существуют четыре варианта реализации магнитной левитации, а именно:

1. Электромагнитная левитация с отслеживающей системой.

2. Диамагнитная левитация.

3. Левитация магнита над сверхпроводником.

4. Левитация под воздействием вихревых токов.

Давайте поговорим о каждом виде подробней.

Электромагнитная левитация с отслеживающей системой

Такой вариант электромагнитной левитации широко используется в сувенирной продукции. Так, например, довольно необычно выглядит глобус, который парит в подставке. А реализован такой вариант левитации следующим образом:

В подставке закрепляется электромагнит, который соединен в общую цепь с фотореле. При этом пока фотоэлемент не закрыт от источника света, электромагнит работает и тем самым притягивает к себе глобус, как только фотоэлемент закрывается от источника света, электромагнит перестает работать и глобус начинает падать.

Опустившись чуть ниже вновь открывается фотоэлемент, который вновь включает электромагнит и глобус вновь подтягивается.

Получается предмет не стоит на месте, а постоянно падает и опускается, но за счет того, что это происходит очень быстро, для человеческого глаза, кажется, что предмет просто подвешен в воздухе.

Диамагнитная левитация

В природе существуют такие вещества как диамагнетики, оные намагничиваются против воздействующего на них электромагнитного поля. И при определенных условиях диамагнетик, например, кусочек графита, полностью вытесняет магнитное поле на внешние слои и буквально парит над неодимовыми магнитами, расположенными под ним.

При этом, чтобы стабилизировать положение графита магниты необходимо расположить в шахматном порядке. В таком случае стержень окажется в своеобразной ловушке из полей и будет левитировать.

Если взять небольшой неодимовый магнит с индукцией от 11 Тл, то его можно заставить левитировать буквально в ваших руках. Так как вода так же является диамагнетиком.

Достаточно освещен эксперимент с «летающей» лягушкой. Когда маленькое земноводное располагалось над магнитом с индукцией больше 16 Тл и буквально зависало над поверхностью на незначительном расстоянии от магнита.

Сверхпроводник и левитация магнита – эффект Мейснера

Еще одной разновидностью магнитной левитации является так называемый эффект Мейснера. Суть данного эффекта заключена в следующем:

Берется пластина из иттрия-бария-меди и охлаждается с помощью жидкого азота. При такой сверхнизкой температуре метал становится сверх проводником. И теперь если положить сверху магнит с индукцией от 1мТл, то он будет левитировать. При этом чем выше будет индукция, тем на большую высоту поднимется магнит.

Фишка этого эффекта заключена в том, что у сверхпроводника есть такое интересное свойство как выталкивание магнитного поля из сверхпроводящей фазы. И магнит, отталкиваясь от образованного магнитного поля обратной направленности, зависает в воздухе.

И этот процесс будет продолжаться ровно до того момента пока охлажденный металл не покинет фазу сверхпроводящего состояния.

Левитация и вихревые токи

Вихревые токи или по другому – токи Фуко, которые наводятся в достаточно больших проводниках, переменным магнитным полем, так же вполне могут удерживать предметы в левитирующем состоянии.

Допустим, если взять катушку и разместить под ней замкнутый контур из алюминия, то, пропуская переменный ток через катушку, мы увидим как она будет парить над диском.

В этом варианте левитации используется закон Ленца. Согласно ему, создаваемый в катушке либо кольце ток создает такое магнитное поле, направление которого будет противодействовать силе, создавшей его. То есть в каждый момент времени в катушке или диске будет формироваться магнитное поле противоположного направления.

Таким образом, предмет будет удерживаться в подвешенном положении пока включен переменный ток.

Данный же эффект наблюдается когда неодимовый магнит роняют в медную трубку. Магнитное поле индуцируемое в медной трубке противодействует магнитному полю магнита и тем самым замедляет его падение.

Заключение

Это все, что я хотел вам рассказать о магнитной левитации и вариантов ее реализации. Если статья оказалась вам полезна, то оцените ее лайком. Спасибо за ваше внимание!

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector