การลอยแบบแม่เหล็ก - มันคืออะไรและเป็นไปได้อย่างไร

คำว่า "levitation" มาจากภาษาอังกฤษ "levitate" - ลอยขึ้นไปในอากาศ นั่นคือการลอยตัวคือการเอาชนะโดยวัตถุแรงโน้มถ่วงเมื่อมันลอยและไม่ได้สัมผัสกับการสนับสนุนในขณะที่ไม่ได้ผลักออกจากอากาศโดยไม่ต้องใช้แรงขับเจ็ท จากมุมมองของฟิสิกส์การลอยนั้นเป็นตำแหน่งที่คงที่ของวัตถุในสนามแรงโน้มถ่วงเมื่อแรงโน้มถ่วงถูกชดเชยและมีแรงคืนที่ทำให้วัตถุมีความเสถียรในอวกาศ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งการลอยด้วยแม่เหล็กเป็นเทคโนโลยีของการยกวัตถุโดยใช้สนามแม่เหล็กเมื่อมีการกระทำแม่เหล็กบนวัตถุเพื่อชดเชยการเร่งความเร็วของแรงโน้มถ่วงหรือการเร่งความเร็วอื่น ๆ มันเกี่ยวกับการลอยของสนามแม่เหล็กที่จะกล่าวถึงในบทความนี้

การเก็บรักษาแม่เหล็กของวัตถุในสภาวะสมดุลที่มั่นคงสามารถรับรู้ได้หลายวิธี แต่ละวิธีมีลักษณะเฉพาะของตัวเองและสามารถทำการอ้างสิทธิ์ได้เช่น“ นี่ไม่ใช่การลอยตัวที่แท้จริง!” ดังนั้นมันจะเป็นเช่นนั้น การลอยตัวที่แท้จริงในรูปแบบที่บริสุทธิ์นั้นไม่สามารถบรรลุได้

ดังนั้นทฤษฎีของ Earnshaw จึงพิสูจน์ได้ว่าการใช้เฟอร์ริกเก็ตเพียงอย่างเดียวมันเป็นไปไม่ได้ที่จะจับวัตถุไว้ในสนามโน้มถ่วง แต่แม้จะมีสิ่งนี้ด้วยความช่วยเหลือของกลไก servo, diamagnetics, ตัวนำยิ่งยวดและระบบกระแสวนของ eddy มันเป็นไปได้ที่จะได้รับรูปร่างของการลอยเมื่อกลไกบางอย่างช่วยวัตถุรักษาสมดุลเมื่อยกเหนือการสนับสนุนจากแรงแม่เหล็ก อย่างไรก็ตามสิ่งแรกก่อน

การลอยด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าพร้อมระบบติดตาม

การใช้วงจรที่ยึดตามแม่เหล็กไฟฟ้าและโฟโตเรเลย์คุณสามารถบังคับให้เกิดการลอยของวัตถุโลหะขนาดเล็กได้ รายการจะลอยอยู่ในอากาศในระยะที่ห่างจากแม่เหล็กไฟฟ้าที่ติดตั้งอยู่บนชั้นวาง แม่เหล็กไฟฟ้าได้รับพลังงานจนกว่าตาแมวที่ติดตั้งในชั้นวางจะถูกบดบังด้วยวัตถุที่ทะยานจนแสงเพียงพอที่จะได้รับจากแหล่งควบคุมคงที่ซึ่งหมายความว่าจะต้องดึงวัตถุ

เมื่อวัตถุถูกยกขึ้นอย่างเพียงพอแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกปิดเนื่องจากในขณะนี้เงาจากวัตถุที่เคลื่อนที่ในอวกาศจะตกลงบนตาแมวซึ่งจะปิดกั้นแสงของแหล่งกำเนิด วัตถุเริ่มร่วงหล่น แต่ไม่มีเวลาที่จะตกลงเนื่องจากแม่เหล็กไฟฟ้าจะเปิดอีกครั้ง ดังนั้นโดยการปรับความไวของรีเลย์ภาพถ่ายคุณสามารถบรรลุผลที่วัตถุจะแขวนในที่ใดที่หนึ่งในอากาศ

ในความเป็นจริงวัตถุนั้นตกอย่างต่อเนื่องจากนั้นอีกเล็กน้อยโดยแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฎภาพลวงตาของการลอย หลักการนี้มีพื้นฐานมาจากการทำงานของ“ ลูกโลกลอยตัว” ซึ่งเป็นของที่ระลึกที่ไม่ธรรมดาซึ่งมีแผ่นแม่เหล็กติดอยู่กับโลกซึ่งมีแม่เหล็กไฟฟ้าซ่อนอยู่ในที่ตั้ง

แม่เหล็กลอย

กราไฟต์ตะกั่วจากดินสอง่าย ๆ คือไดอะแมกเนติก (diamagnet) นั่นคือสสารที่ถูกสนามแม่เหล็กกับสนามแม่เหล็กภายนอก ภายใต้เงื่อนไขบางประการสนามแม่เหล็กจะถูกแทนที่จากวัสดุของไดอะแมกเนทอย่างสมบูรณ์เช่นตะกั่วกราไฟท์มีความไวต่อสนามแม่เหล็กสูงและเริ่มทะยานเหนือแม่เหล็กนีโอดิเมียมแม้ที่อุณหภูมิห้อง

เพื่อความมั่นคงของเอฟเฟกต์แม่เหล็กควรจะเซ (เสาแม่เหล็ก) จากนั้นแท่งกราไฟท์จะไม่หลุดออกจาก“ กับดักแม่เหล็ก” และจะลอย

แม่เหล็กโลกที่หายากที่มีการเหนี่ยวนำเพียง 1 T สามารถแขวนระหว่างแผ่นบิสมัทและในสนามแม่เหล็กที่มีการเหนี่ยวนำของ 11 T, "การลอย" ของแม่เหล็กนีโอดิเมียมขนาดเล็กสามารถเสถียรระหว่างนิ้วมือเพราะมือมนุษย์เป็น diamagnet เช่นน้ำ

เป็นที่ทราบกันดีว่ามีประสบการณ์อย่างกว้างขวางเกี่ยวกับกบที่กำลังลอยอยู่ สัตว์ถูกวางไว้เหนือแม่เหล็กอย่างระมัดระวังซึ่งสร้างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กมากกว่า 16 T และกบแสดงให้เห็นคุณสมบัติ diamagnetic จริง ๆ แล้วค้างในอากาศในระยะสั้นจากแม่เหล็ก

การลอยของแม่เหล็กเหนือตัวนำยิ่งยวด (เอฟเฟกต์ Meissner)

แผ่นออกไซด์ของแบเรียม - ทองแดง - แบเรียมจะถูกทำให้เย็นลงที่อุณหภูมิของไนโตรเจนเหลว ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้จาน กลายเป็นตัวนำยิ่งยวด. หากคุณวางแม่เหล็กนีโอไดเมียมบนขาตั้งเหนือแผ่นแล้วดึงขาตั้งออกจากใต้แม่เหล็กแม่เหล็กจะแขวนอยู่ในอากาศ - มันจะลอย

แม้แต่การเหนี่ยวนำแม่เหล็กขนาดเล็กที่มีขนาด 1 mT ก็เพียงพอสำหรับแม่เหล็กเมื่อวางบนจานเพื่อเพิ่มสูงขึ้นเหนือตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงเย็นเพียงไม่กี่มิลลิเมตร ยิ่งการเหนี่ยวนำของแม่เหล็กสูงเท่าใดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

จุดที่นี่คือคุณสมบัติอย่างหนึ่งของตัวนำยิ่งยวดคือการขับออกจากสนามแม่เหล็กจากเฟสตัวนำยิ่งยวดและแม่เหล็กขับไล่จากสนามแม่เหล็กของทิศทางตรงกันข้ามลอยขึ้นและยังคงลอยเหนือตัวนำยิ่งยวดที่เย็นจนกว่าจะออกจากตัวนำยิ่งยวด

Eddy กระแสลอย

กระแส Eddy (Foucault กระแสน้ำ) ที่เกิดจากการสลับสนามแม่เหล็กในตัวนำขนาดใหญ่ก็สามารถที่จะทำให้วัตถุอยู่ในสภาวะที่ลอยได้ ตัวอย่างเช่นขดลวดกระแสสลับสามารถลอยผ่านวงแหวนอลูมิเนียมปิดได้และดิสก์อลูมิเนียมจะลอยอยู่เหนือขดลวดกระแสสลับ

คำอธิบายที่นี่คือสิ่งนี้: ตามกฎหมายของ Lenz กระแสเหนี่ยวนำในดิสก์หรือในวงแหวนจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ทิศทางของมันจะขัดขวางสาเหตุของมันนั่นคือในแต่ละช่วงของการสลับกระแสออสซิลเลชั่นในตัวเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กของทิศทางตรงกันข้าม . ดังนั้นตัวนำขนาดใหญ่หรือขดลวดของรูปร่างที่เหมาะสมสามารถลอยได้ตลอดเวลาในขณะที่กระแสสลับเปิดอยู่

กลไกการเก็บรักษาที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อ แม่เหล็กนีโอดิเมียม หล่นภายในท่อทองแดง - สนามแม่เหล็กของกระแสไหลวนที่เหนี่ยวนำนั้นจะถูกนำไปวางตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กของแม่เหล็ก