Левитация – бұл тартылыс күшін жеңу, бұл жағдайда субъект немесе объект тірексіз кеңістікте болады. «Левитация» сөзі латынның Levitas сөзінен шыққан, ол «жеңілдік» дегенді білдіреді.
Левитацияны ұшуға теңеу дұрыс емес, себебі соңғысы ауаға төзімділікке негізделген, сондықтан құстар, жәндіктер және басқа жануарлар ұшады және көтерілмейді.
Физикадағы левитация
Физикадағы левитация дененің гравитациялық өрістегі тұрақты орнын білдіреді, ал дене басқа заттарға тиіп кетпеуі керек. Левитация кейбір қажетті және қиын шарттарды білдіреді:
- Гравитациялық тартылыс пен ауырлық күшін тежейтін күш.
- Дененің кеңістікте тұрақтылығын қамтамасыз ете алатын күш.
Гаусс заңынан статикалық магнит өрісінде статикалық денелер немесе заттар көтеріле алмайды. Дегенмен, шарттарды өзгертсеңіз, левитацияға қол жеткізе аласыз.
Кванттық левитация
Жалпы жұртшылық кванттық левитация туралы алғаш рет 1991 жылы наурызда Nature ғылыми журналында қызықты фото жарияланған кезде білді. Онда Токио асқын өткізгіштігін зерттеу зертханасының директоры Дон Тапскотт керамикалық асқын өткізгіш пластинада тұрғанын және еден мен пластина арасында ештеңе болмағанын көрсетті. Фотосурет шынайы болып шықты және оның үстінде тұрған режиссермен бірге салмағы шамамен 120 келі болатын табақ Мейснер-Охсенфельд эффектісі деп аталатын аса өткізгіштік әсерінің арқасында еденнен жоғары көтеріле алатын.
Диамагниттік левитация
Бұл өзі диамагнит болып табылатын суы бар дененің магнит өрісінде ілінетін түрінің атауы, яғни атомдары негізгі электромагниттік бағытқа қарсы магниттелуге қабілетті материал. өріс.
Диамагниттік левитация процесінде негізгі рөлді өткізгіштердің диамагниттік қасиеттері атқарады, олардың атомдары сыртқы магнит өрісінің әсерінен молекулаларындағы электрондардың қозғалысының параметрлерін аздап өзгертеді, олар негізгіге қарама-қарсы әлсіз магнит өрісінің пайда болуына әкеледі. Бұл әлсіз электромагниттік өрістің әсері гравитацияны жеңуге жеткілікті.
Диамагниттік левитацияны көрсету үшін ғалымдар кішкентай жануарларға бірнеше рет тәжірибелер жүргізді.
Левитацияның бұл түрі тірі объектілерге жасалған эксперименттерде қолданылған. Эксперимент кезіндешамамен 17 Tesla индукциясы бар сыртқы магнит өрісі, бақалар мен тышқандардың тоқтатылған күйіне (левитациясына) қол жеткізілді.
Ньютонның үшінші заңы бойынша диамагнетиктердің қасиеттерін керісінше қолдануға болады, яғни магнитті диамагнит өрісінде көтеру немесе оны электромагниттік өрісте тұрақтандыру үшін.
Диамагниттік левитация табиғаты бойынша кванттық левитацияға ұқсас. Яғни, Мейснер эффектісінің әрекетіндегі сияқты өткізгіш материалынан магнит өрісінің абсолютті ығысуы болады. Жалғыз шамалы айырмашылық диамагниттік левитацияға қол жеткізу үшін әлдеқайда күшті электромагниттік өріс қажет, алайда кванттық левитациядағыдай өткізгіштердің асқын өткізгіштігіне жету үшін оларды салқындату мүлдем қажет емес.
Үйде тіпті диамагнитті левитация бойынша бірнеше тәжірибені орнатуға болады, мысалы, егер сізде екі висмут табақшасы болса (бұл диамагнит), сіз индукциясы төмен магнитті, шамамен 1 Т, тоқтатылған күйде. Бұған қоса, индукциясы 11 Тесла болатын электромагниттік өрісте магнитке мүлде тимей тұрып, саусақтарыңызбен оның орнын реттеу арқылы ілулі күйдегі шағын магнитті тұрақтандыруға болады.
Жиі кездесетін диамагнетиктерге барлық дерлік инертті газдар, фосфор, азот, кремний, сутегі, күміс, алтын, мыс және мырыш жатады. Тіпті адам денесі дұрыс электромагниттік магнит өрісінде диамагнитті.
Магниттік левитация
Магниттік левитация тиімдімагнит өрісінің көмегімен затты көтеру әдісі. Бұл жағдайда магниттік қысым ауырлық күші мен еркін түсудің орнын толтыру үшін қолданылады.
Эрншоу теоремасы бойынша гравитациялық өрісте затты бірқалыпты ұстау мүмкін емес. Яғни, мұндай жағдайларда левитация мүмкін емес, бірақ диамагнетиктердің, құйынды токтардың және асқын өткізгіштердің әсер ету механизмдерін ескеретін болсақ, онда тиімді левитацияға қол жеткізуге болады.
Егер магниттік левитация механикалық тірекпен көтеруді қамтамасыз етсе, бұл құбылыс псевдолевитация деп аталады.
Мейснер эффектісі
Мейснер эффектісі – өткізгіштің бүкіл көлемінен магнит өрісінің абсолютті ығысу процесі. Бұл әдетте өткізгіштің асқын өткізгіштік күйге өтуі кезінде орын алады. Асқын өткізгіштердің идеалдардан айырмашылығы осында – екеуінің де кедергісі болмағанымен, идеал өткізгіштердің магниттік индукциясы өзгеріссіз қалады.
Алғаш рет бұл құбылысты 1933 жылы екі неміс физигі – Мейснер мен Оксенфельд байқап, сипаттады. Сондықтан кванттық левитация кейде Мейснер-Охсенфельд эффектісі деп аталады.
Электромагниттік өрістің жалпы заңдарынан мынадай қорытынды шығады: өткізгіштің көлемінде магнит өрісі болмаған кезде оның ішінде асқын өткізгіштің бетіне жақын кеңістікті алып жатқан тек беттік ток болады. Мұндай жағдайларда асқын өткізгіш диамагнит сияқты әрекет етеді, бірақ ол диамагниттік емес.
Мейснер эффектісі толық және жартылай болып екіге бөлінедіасқын өткізгіштердің сапасына байланысты. Толық Мейснер эффектісі магнит өрісі толығымен ығысқанда байқалады.
Жоғары температуралы асқын өткізгіштер
Таза асқын өткізгіштер табиғатта аз. Олардың асқын өткізгіш материалдарының көпшілігі қорытпалар болып табылады, олар көбінесе тек ішінара Мейснер әсерін көрсетеді.
Асқын өткізгіштерде бұл материалдарды бірінші және екінші түрдегі асқын өткізгіштерге бөлетін магнит өрісін оның көлемінен толығымен ығыстыру мүмкіндігі. Бірінші типті суперөткізгіштерге сынап, қорғасын және қалайы сияқты жоғары магнит өрісінде де толық Мейснер әсерін көрсетуге қабілетті таза заттар жатады. Екінші типті асқын өткізгіштерге көбінесе қорытпалар, сондай-ақ жоғары индукциясы бар магнит өрісі жағдайында магнит өрісін өз көлемінен жартылай ғана ығыстыруға қабілетті керамика немесе кейбір органикалық қосылыстар жатады. Соған қарамастан, өте төмен магнит өрісінің кернеулігі жағдайында барлық дерлік асқын өткізгіштер, соның ішінде II тип, толық Мейснер эффектісіне қабілетті.
Бірнеше жүз қорытпалар, қосылыстар және бірнеше таза материалдар кванттық асқын өткізгіштік сипаттамаларына ие екені белгілі.
Мұхаммедтің табыт тәжірибесі
«Мұхаммедтің табыты» - левитация арқылы жасалған қулықтың бір түрі. Бұл әсерді анық көрсеткен эксперименттің атауы болды.
Мұсылмандық аңыз бойынша Мұхаммед пайғамбардың табыты ешбір қолдаусыз, қолдаусыз аспан астында жатқан. Дәлтәжірибенің атауы осыдан.
Тәжірибенің ғылыми түсіндірмесі
Асқын өткізгіштікке өте төмен температурада ғана қол жеткізуге болады, сондықтан асқын өткізгішті алдын ала салқындату керек, мысалы, сұйық гелий немесе сұйық азот сияқты жоғары температуралы газдармен.
Содан кейін жазық салқындатылған асқын өткізгіштің бетіне магнит қойылады. Тіпті минималды магниттік индукциясы 0,001 Тесладан аспайтын өрістерде магнит асқын өткізгіштің бетінен шамамен 7-8 миллиметрге көтеріледі. Магнит өрісінің күшін біртіндеп арттырсаңыз, асқын өткізгіштің беті мен магнит арасындағы қашықтық барған сайын артады.
Магнит сыртқы жағдайлар өзгермейінше және асқын өткізгіш өзінің асқын өткізгіштік сипаттамаларын жоғалтқанша көтеріле береді.
