Levitácia je prekonanie gravitácie, pri ktorej je subjekt alebo objekt v priestore bez opory. Slovo „levitácia“pochádza z latinského Levitas, čo znamená „ľahkosť“.
Levitáciu je nesprávne prirovnávať k letu, pretože ten je založený na odpore vzduchu, a preto vtáky, hmyz a iné zvieratá lietajú a nelevitujú.
Levitácia vo fyzike
Levitácia vo fyzike označuje stabilnú polohu tela v gravitačnom poli, pričom telo by sa nemalo dotýkať iných predmetov. Levitácia zahŕňa určité nevyhnutné a ťažké podmienky:
- Sila, ktorá dokáže kompenzovať gravitačnú silu a silu gravitácie.
- Sila, ktorá dokáže zabezpečiť stabilitu tela v priestore.
Z Gaussovho zákona vyplýva, že v statickom magnetickom poli nie sú statické telesá alebo predmety schopné levitácie. Ak však zmeníte podmienky, môžete dosiahnuť levitáciu.
Kvantová levitácia
Široká verejnosť sa prvýkrát dozvedela o kvantovej levitácii v marci 1991, keď bola vo vedeckom časopise Nature uverejnená zaujímavá fotografia. Bolo na ňom vidieť, že riaditeľ tokijského laboratória pre výskum supravodivosti Don Tapscott stojí na keramickej supravodivej doske a medzi podlahou a platňou nie je nič. Fotografia sa ukázala ako skutočná a doska, ktorá spolu s režisérom stojacim na nej vážila asi 120 kilogramov, mohla levitovať nad podlahou vďaka supravodivému efektu známemu ako Meissnerov-Ochsenfeldov efekt.
Diamagnetická levitácia
Toto je názov typu bytia zaveseného v magnetickom poli telesa obsahujúceho vodu, ktoré je samo o sebe diamagnetom, teda materiálom, ktorého atómy je možné zmagnetizovať proti smeru hlavného elektromagnetického poľa pole.
V procese diamagnetickej levitácie hrajú hlavnú úlohu diamagnetické vlastnosti vodičov, ktorých atómy pôsobením vonkajšieho magnetického poľa mierne menia parametre pohybu elektrónov vo svojich molekulách, ktoré vedie k vzniku slabého magnetického poľa opačného v smere k hlavnému. Účinok tohto slabého elektromagnetického poľa stačí na prekonanie gravitácie.
Na demonštráciu diamagnetickej levitácie vedci opakovane robili experimenty na malých zvieratách.
Tento typ levitácie bol použitý pri experimentoch na živých objektoch. Počas experimentov vvonkajším magnetickým poľom s indukciou asi 17 Tesla bol dosiahnutý pozastavený stav (levitácia) žiab a myší.
Podľa tretieho Newtonovho zákona možno vlastnosti diamagnetov využiť aj naopak, teda na levitáciu magnetu v poli diamagnetu alebo na jeho stabilizáciu v elektromagnetickom poli.
Diamagnetická levitácia je svojou podstatou identická s kvantovou levitáciou. To znamená, že ako pri pôsobení Meissnerovho javu dochádza k absolútnemu vytesneniu magnetického poľa z materiálu vodiča. Jediný nepatrný rozdiel je v tom, že na dosiahnutie diamagnetickej levitácie je potrebné oveľa silnejšie elektromagnetické pole, avšak na dosiahnutie ich supravodivosti nie je vôbec potrebné chladiť vodiče, ako je to pri kvantovej levitácii.
Doma si môžete dokonca nastaviť niekoľko experimentov na diamagnetickú levitáciu, napríklad ak máte dve platne bizmutu (čo je diamagnet), môžete nastaviť magnet s nízkou indukciou, asi 1 T, v pozastavenom stave. Navyše v elektromagnetickom poli s indukciou 11 Tesla môžete malý magnet v zavesenom stave stabilizovať úpravou jeho polohy prstami, pričom sa magnetu vôbec nedotýkate.
Často sa vyskytujúce diamagnety sú takmer všetky inertné plyny, fosfor, dusík, kremík, vodík, striebro, zlato, meď a zinok. Dokonca aj ľudské telo je diamagnetické v správnom elektromagnetickom magnetickom poli.
Magnetická levitácia
Magnetická levitácia je účinnáspôsob zdvíhania predmetu pomocou magnetického poľa. V tomto prípade sa magnetický tlak používa na kompenzáciu gravitácie a voľného pádu.
Podľa Earnshawovej vety nie je možné stabilne držať objekt v gravitačnom poli. To znamená, že levitácia za takýchto podmienok je nemožná, ale ak vezmeme do úvahy mechanizmy pôsobenia diamagnetov, vírivých prúdov a supravodičov, potom možno dosiahnuť účinnú levitáciu.
Ak magnetická levitácia poskytuje zdvih s mechanickou podporou, tento jav sa nazýva pseudolevitácia.
Meissnerov efekt
Meissnerov jav je proces absolútneho vytesnenia magnetického poľa z celého objemu vodiča. K tomu zvyčajne dochádza pri prechode vodiča do supravodivého stavu. V tom sa supravodiče líšia od ideálnych - napriek tomu, že oba nemajú žiadny odpor, magnetická indukcia ideálnych vodičov zostáva nezmenená.
Po prvýkrát tento jav pozorovali a opísali v roku 1933 dvaja nemeckí fyzici - Meissner a Oksenfeld. Preto sa kvantovej levitácii niekedy hovorí Meissnerov-Ochsenfeldov efekt.
Zo všeobecných zákonov elektromagnetického poľa vyplýva, že pri absencii magnetického poľa v objeme vodiča je v ňom prítomný iba povrchový prúd, ktorý zaberá priestor v blízkosti povrchu supravodiča. Za týchto podmienok sa supravodič správa rovnako ako diamagnet, aj keď ním nie je.
Meissnerov efekt sa delí na úplný a čiastočný, vv závislosti od kvality supravodičov. Úplný Meissnerov efekt sa pozoruje, keď je magnetické pole úplne posunuté.
Vysokoteplotné supravodiče
V prírode je málo čistých supravodičov. Väčšina ich supravodivých materiálov sú zliatiny, ktoré najčastejšie vykazujú len čiastočný Meissnerov efekt.
V supravodičoch je to schopnosť úplne vytesniť magnetické pole z jeho objemu, čo rozdeľuje materiály na supravodiče prvého a druhého typu. Supravodiče prvého typu sú čisté látky, ako je ortuť, olovo a cín, schopné preukázať plný Meissnerov efekt aj vo vysokých magnetických poliach. Supravodiče druhého typu sú najčastejšie zliatiny, ale aj keramika alebo niektoré organické zlúčeniny, ktoré sú v podmienkach magnetického poľa s vysokou indukciou schopné len čiastočne vytesniť magnetické pole zo svojho objemu. Napriek tomu v podmienkach veľmi nízkej intenzity magnetického poľa sú takmer všetky supravodiče, vrátane typu II, schopné plného Meissnerovho efektu.
O niekoľkých stovkách zliatin, zlúčenín a niekoľkých čistých materiálov je známe, že majú charakteristiky kvantovej supravodivosti.
Mohamedova skúsenosť s rakvou
„Mohamedova rakva“je druh triku s levitáciou. Toto bol názov experimentu, ktorý jasne preukázal účinok.
Podľa moslimskej legendy bola rakva proroka Mohameda vo vzduchu v limbu, bez akejkoľvek podpory a podpory. presne takodtiaľ názov zážitku.
Vedecké vysvetlenie skúseností
Supravodivosť je možné dosiahnuť len pri veľmi nízkych teplotách, preto je potrebné supravodič vopred ochladiť, napríklad plynmi s vysokou teplotou, ako je tekuté hélium alebo tekutý dusík.
Potom sa magnet umiestni na povrch plochého chladeného supravodiča. Dokonca aj v poliach s minimálnou magnetickou indukciou nepresahujúcou 0,001 Tesla sa magnet zdvihne nad povrch supravodiča asi o 7-8 milimetrov. Ak budete postupne zvyšovať intenzitu magnetického poľa, vzdialenosť medzi povrchom supravodiča a magnetom sa bude stále viac zväčšovať.
Magnet bude ďalej levitovať, kým sa nezmenia vonkajšie podmienky a supravodič nestratí svoje supravodivé vlastnosti.
