ריחוף מגנטי - מה זה ואיך זה אפשרי

המילה "ריחוף" באה באנגלית "levitate" - להמריא, לעלות לאוויר. כלומר, ריחוף הוא ההתגברות על ידי מושא הכובד כאשר הוא ממריא ואינו נוגע בתמיכה, מבלי להדוף מהאוויר, מבלי להשתמש בהנעה של סילון. מנקודת המבט של הפיזיקה, ריחוף הוא מיקום יציב של אובייקט בשדה כבידה, כאשר הכבידה מפוצה ויש כוח מחזיר המספק לאובייקט יציבות במרחב.

בפרט, ריחוף מגנטי הוא הטכנולוגיה של הרמת חפץ באמצעות שדה מגנטי, כאשר משתמשים בפעולה מגנטית על עצם כדי לפצות על האצת כוח הכבידה או כל תאוצה אחרת. מדובר על ריחוף מגנטי שיידון במאמר זה.

ניתן לממש שמירה מגנטית של אובייקט במצב של שיווי משקל יציב בכמה אופנים. לכל אחת מהשיטות יש מוזרויות משלה, וניתן לטעון טענות לכל אחת מהן, כמו "זו לא ריחוף אמיתי!", וכך זה באמת יהיה. ריחוק אמיתי בצורתו הטהורה אינו ניתן להשגה.

אז משפט משפט Earnshaw מוכיח כי בעזרת פרומגנטים בלבד אי אפשר להחזיק חפץ ביציבות בשדה כבידה. אך למרות זאת, בעזרת מנגנוני סרוו, דיאומנטיקה, מוליכי-על ומערכות זרם סוער, ניתן להשיג מראית עין של ריחוף כאשר מנגנון כלשהו מסייע לאובייקט לשמור על שיווי משקל כאשר הוא מורם מעל התמיכה באמצעות כוח מגנטי. עם זאת, הדברים הראשונים קודם.

ריחוף אלקטרומגנטי עם מערכת מעקב

החלת מעגל המבוסס על אלקטרומגנט ומצב צילום, אתה יכול ליצור ריחוף של חפצי מתכת קטנים. הפריט יצוף באוויר במרחק מה מהאלקטרומגנט הקבוע על המתלה. האלקטרומגנט מקבל כוח עד שתאי הצילום המותקנים במתלה מוסתרים על ידי אובייקט מרקיע, עד שמספיק ממנו מספיק אור ממקור שליטה קבוע, מה שאומר שצריך למשוך את העצם.

כאשר העצם מוגבה מספיק, האלקטרומגנט נכבה, מכיוון שברגע זה הצל מהאובייקט הנע בחלל נופל על תא התאורה, וחוסם את אור המקור. האובייקט מתחיל ליפול, אך אין לו זמן ליפול, מכיוון שהאלקטרומגנט מופעל שוב. לכן, על ידי התאמת הרגישות של ממסר הצילומים, תוכלו להשיג אפקט בו האובייקט יתלה איכשהו במקום אחד באוויר.

למעשה, האובייקט נופל ללא הרף, ואז שוב מורם מעט על ידי האלקטרומגנטית. מתברר אשליה של ריחוף. עיקרון זה מבוסס על עבודת "גלוביות מרחפות" - מזכרות חריגות למדי, בהן מחוברת לצלחת לוחית מגנטית, איתה מתקיימת אינטראקציה אלקטרומגנטית, מוסתרת במעמד.

ריחוף diamagnetic

עופרת גרפיט מעיפרון פשוט היא דיאמנט, כלומר חומר שממגנט כנגד שדה מגנטי חיצוני. בתנאים מסוימים, השדה המגנטי נעקר לחלוטין מחומר הדיאמנט, למשל, לעופרת גרפיט יש רגישות מגנטית גבוהה, ומתחילה להתנשא מעל מגנטים של ניאודימיום אפילו בטמפרטורת החדר.

לצורך יציבות האפקט, יש להרכיב מגנטים בתבנית לוח דמקה (קטבים של מגנטים), ואז מוט הגרפיט לא יחליק מה"מלכודת המגנטית "וירחיב.

מגנט עם כדור הארץ נדיר עם אינדוקציה של 1 T בלבד יכול לתלות בין צלחות ביסמוט, ובשדה מגנטי עם אינדוקציה של 11 T ניתן לייצב את "ריחוף" של מגנט ניאודימיום קטן בין האצבעות, מכיוון שידיים אנושיות הן יהלומניה, כמו מים.

ידוע חוויה די רחבה עם צפרדע מרפה. החיה ממוקמת בזהירות מעל מגנט, היוצר אינדוקציה מגנטית של יותר מ 16 ט ', והצפרדע, המפגינה תכונות יהלומיות, קופאת למעשה באוויר במרחק קצר מהמגנט.

ריחוף מגנט מעל מוליך-על (אפקט מייסנר)

צלחת תחמוצת יטריום-בריום-נחושת מקוררת לטמפרטורה של חנקן נוזלי. בתנאים אלה, הצלחת הופך למוליך-על. אם תניחו עכשיו מגנט ניאודימיום על מעמד מעל הצלחת, ואז תוציאו את המעמד מתחת למגנט, אז המגנט יתלה באוויר - הוא ימיס.

אפילו אינדוקציה מגנטית קטנה בסדר גודל של 1 mT מספיקה כדי שהמגנט, כשהוא מונח על הצלחת, יתנשא כמה מילימטרים מעל מוליך העל המצונן בטמפרטורה גבוהה. ככל שהאינדוקציה של המגנט גבוהה יותר, הוא יעלה גבוה יותר.

העניין כאן הוא שאחת מתכונותיו של מוליך-על היא פליטת שדה מגנטי משלב מוליך-העל, והמגנט, החל משדה מגנטי זה בכיוון ההפוך, צף למעלה וממשיך להתנפח מעל מוליך-העל המצונן עד שהוא יוצא מהמצב מוליך-העל.

אדי

זרמי אדי (זרמי פוקו) הנגרמים על ידי שדות מגנטיים מתחלפים במוליכים מאסיביים מסוגלים גם לשמור על עצמים במצב ריחוף. לדוגמה, סליל זרם חילופין יכול לרחף מעל טבעת אלומיניום סגורה, ודיסק אלומיניום ירחף מעל סליל זרם חילופין.

ההסבר כאן הוא כזה: על פי חוקו של לנץ, הזרם המושרה בדיסק או בזירה יוצר שדה מגנטי כזה שהכיוון שלו יפריע לגורם לו, כלומר, בכל תקופה של תנודות זרם חילופין במשרן, יופעל שדה מגנטי בכיוון ההפוך במוליך המסיבי. . אז מוליך או סליל מסיבי בעל צורה מתאימה יכולים לרחף כל הזמן בזמן שזרם החילופין דולק.

מנגנון שמירה דומה מתרחש כאשר מגנט ניאודימיום נפילה בתוך צינור נחושת - השדה המגנטי של זרמי המערבולת המושרה מכוון אל מול השדה המגנטי של המגנט.