Levitace je překonání gravitace, při kterém je subjekt nebo objekt v prostoru bez podpory. Slovo „levitace“pochází z latinského Levitas, což znamená „lehkost“.
Levitaci nelze přirovnávat k letu, protože ten je založen na odporu vzduchu, a proto ptáci, hmyz a jiná zvířata létají a nelevitují.
Levitace ve fyzice
Levitace ve fyzice označuje stabilní polohu těla v gravitačním poli, přičemž tělo by se nemělo dotýkat jiných objektů. Levitace zahrnuje některé nezbytné a obtížné podmínky:
- Síla, která může kompenzovat gravitační sílu a gravitační sílu.
- Síla, která dokáže zajistit stabilitu těla v prostoru.
Z Gaussova zákona vyplývá, že ve statickém magnetickém poli nejsou statická tělesa nebo předměty schopné levitace. Pokud však změníte podmínky, můžete dosáhnout levitace.
Kvantová levitace
Široká veřejnost se poprvé dozvěděla o kvantové levitaci v březnu 1991, kdy byla ve vědeckém časopise Nature zveřejněna zajímavá fotografie. Bylo na něm vidět, že ředitel tokijské laboratoře pro výzkum supravodivosti Don Tapscott stojí na keramické supravodivé desce a mezi podlahou a deskou není nic. Fotografie se ukázala jako skutečná a deska, která spolu s režisérem stojícím na ní vážila asi 120 kilogramů, mohla levitovat nad podlahou díky supravodivému efektu známému jako Meissner-Ochsenfeldův efekt.
Diamagnetická levitace
Toto je název typu bytosti zavěšené v magnetickém poli tělesa obsahujícího vodu, které je samo o sobě diamagnetem, tedy materiálem, jehož atomy mohou být magnetizovány proti směru hlavního elektromagnetického pole pole.
V procesu diamagnetické levitace hrají hlavní roli diamagnetické vlastnosti vodičů, jejichž atomy působením vnějšího magnetického pole mírně mění parametry pohybu elektronů ve svých molekulách, které vede ke vzniku slabého magnetického pole opačného ve směru k hlavnímu. Účinek tohoto slabého elektromagnetického pole stačí k překonání gravitace.
Aby demonstrovali diamagnetickou levitaci, vědci opakovaně prováděli experimenty na malých zvířatech.
Tento typ levitace byl použit při experimentech na živých objektech. Během experimentů vvnější magnetické pole s indukcí asi 17 Tesla, bylo dosaženo pozastaveného stavu (levitace) žab a myší.
Podle třetího Newtonova zákona lze vlastnosti diamagnetů využít i naopak, tedy k levitaci magnetu v poli diamagnetu nebo k jeho stabilizaci v elektromagnetickém poli.
Diamagnetická levitace je svou povahou identická s kvantovou levitací. To znamená, že stejně jako při působení Meissnerova jevu dochází k absolutnímu vytěsnění magnetického pole z materiálu vodiče. Jediný nepatrný rozdíl je v tom, že k dosažení diamagnetické levitace je potřeba mnohem silnější elektromagnetické pole, nicméně pro dosažení jejich supravodivosti není vůbec nutné ochlazovat vodiče, jako je tomu u kvantové levitace.
Doma si můžete dokonce nastavit několik experimentů s diamagnetickou levitací, například pokud máte dvě desky vizmutu (což je diamagnet), můžete nastavit magnet s nízkou indukcí, asi 1 T, v pozastaveném stavu. Navíc v elektromagnetickém poli s indukcí 11 Tesla můžete malý magnet v zavěšeném stavu stabilizovat úpravou jeho polohy prsty, aniž byste se magnetu vůbec dotýkali.
Často se vyskytující diamagnety jsou téměř všechny inertní plyny, fosfor, dusík, křemík, vodík, stříbro, zlato, měď a zinek. I lidské tělo je diamagnetické ve správném elektromagnetickém magnetickém poli.
Magnetická levitace
Magnetická levitace je účinnázpůsob zvedání předmětu pomocí magnetického pole. V tomto případě se ke kompenzaci gravitace a volného pádu používá magnetický tlak.
Podle Earnshawovy věty je nemožné udržet objekt v gravitačním poli stabilně. To znamená, že levitace za takových podmínek je nemožná, ale pokud vezmeme v úvahu mechanismy působení diamagnetů, vířivých proudů a supravodičů, pak lze dosáhnout efektivní levitace.
Pokud magnetická levitace poskytuje zdvih s mechanickou podporou, tento jev se nazývá pseudolevitace.
Meissnerův efekt
Meissnerův jev je proces absolutního vytěsnění magnetického pole z celého objemu vodiče. K tomu obvykle dochází při přechodu vodiče do supravodivého stavu. V tom se supravodiče liší od těch ideálních - přestože oba nemají žádný odpor, magnetická indukce ideálních vodičů zůstává nezměněna.
Poprvé byl tento jev pozorován a popsán v roce 1933 dvěma německými fyziky - Meissnerem a Oksenfeldem. Proto se kvantové levitaci někdy říká Meissner-Ochsenfeldův efekt.
Z obecných zákonů elektromagnetického pole vyplývá, že při nepřítomnosti magnetického pole v objemu vodiče je v něm přítomen pouze povrchový proud, který zabírá prostor v blízkosti povrchu supravodiče. Za těchto podmínek se supravodič chová stejně jako diamagnet, i když jím není.
Meissnerův efekt se dělí na plný a částečný, vv závislosti na kvalitě supravodičů. Úplný Meissnerův efekt je pozorován, když je magnetické pole zcela přemístěno.
Vysokoteplotní supravodiče
V přírodě je jen málo čistých supravodičů. Většina jejich supravodivých materiálů jsou slitiny, které nejčastěji vykazují pouze částečný Meissnerův jev.
U supravodičů je to schopnost úplně vytěsnit magnetické pole z jeho objemu, která rozděluje materiály na supravodiče prvního a druhého typu. Supravodiče prvního typu jsou čisté látky, jako je rtuť, olovo a cín, schopné prokázat plný Meissnerův jev i ve vysokých magnetických polích. Supravodiče druhého typu jsou nejčastěji slitiny, dále keramika nebo některé organické sloučeniny, které jsou v podmínkách magnetického pole s velkou indukcí schopny pouze částečně vytěsnit magnetické pole ze svého objemu. Nicméně za podmínek velmi nízké intenzity magnetického pole jsou téměř všechny supravodiče, včetně typu II, schopné plného Meissnerova jevu.
O několika stovkách slitin, sloučenin a několika čistých materiálů je známo, že mají vlastnosti kvantové supravodivosti.
Mohamedova zkušenost s rakví
„Mohamedova rakev“je druh triku s levitací. Toto byl název experimentu, který jasně prokázal účinek.
Podle muslimské legendy byla rakev proroka Mohameda ve vzduchu v limbu, bez jakékoli podpory a podpory. Přesně takodtud název zážitku.
Vědecké vysvětlení zkušeností
Supravodivosti lze dosáhnout pouze při velmi nízkých teplotách, takže supravodič musí být předem ochlazen, například plyny o vysoké teplotě, jako je kapalné helium nebo kapalný dusík.
Poté se na povrch plochého chlazeného supravodiče umístí magnet. I v polích s minimální magnetickou indukcí nepřesahující 0,001 Tesla se magnet zvedá nad povrch supravodiče asi o 7-8 milimetrů. Pokud budete postupně zvyšovat intenzitu magnetického pole, vzdálenost mezi povrchem supravodiče a magnetem se bude stále více zvětšovat.
Magnet bude dále levitovat, dokud se nezmění vnější podmínky a supravodič neztratí své supravodivé vlastnosti.
