Lévitation magnétique - qu'est-ce que c'est et comment est-ce possible

Le mot "lévitation" vient de l'anglais "lévitation" - pour planer, pour s'élever dans l'air. C'est-à-dire que la lévitation est le dépassement par l'objet de gravité quand il plane et ne touche pas le support, tout en ne poussant pas hors de l'air, sans utiliser la propulsion par jet. Du point de vue de la physique, la lévitation est une position stable d'un objet dans un champ gravitationnel, lorsque la gravité est compensée et qu'une force de restauration a lieu, ce qui assure à l'objet une stabilité dans l'espace.

En particulier, la lévitation magnétique est la technologie consistant à soulever un objet à l'aide d'un champ magnétique, lorsqu'une action magnétique sur l'objet est utilisée pour compenser l'accélération de la gravité ou toute autre accélération. Il s'agit de la lévitation magnétique qui sera discutée dans cet article.

La rétention magnétique d'un objet dans un état d'équilibre stable peut être réalisée de plusieurs manières. Chacune des méthodes a ses propres particularités, et des réclamations peuvent être faites à chacune, comme «ce n'est pas une véritable lévitation!», Et il en sera vraiment ainsi. La véritable lévitation dans sa forme pure est inaccessible.

Ainsi, le théorème d'Earnshaw prouve qu'en utilisant uniquement des ferromagnétiques, il est impossible de maintenir de manière stable un objet dans un champ gravitationnel. Mais malgré cela, à l'aide de servomoteurs, de diamagnétiques, de supraconducteurs et de systèmes à courants de Foucault, il est possible d'obtenir un semblant de lévitation lorsqu'un mécanisme aide l'objet à maintenir l'équilibre lorsqu'il est élevé au-dessus du support par la force magnétique. Cependant, tout d'abord.

Lévitation électromagnétique avec système de suivi

En appliquant un circuit basé sur un électroaimant et un photorelay, vous pouvez forcer la lévitation de petits objets métalliques. L'article flottera dans l'air à une certaine distance de l'électro-aimant fixé sur le rack. L'électro-aimant est alimenté jusqu'à ce que la photocellule montée dans le rack soit masquée par un objet planant, jusqu'à ce que suffisamment de lumière en provienne d'une source de contrôle fixe, ce qui signifie que l'objet doit être tiré.

Lorsque l'objet est suffisamment levé, l'électroaimant est éteint, car à ce moment l'ombre de l'objet déplacé dans l'espace tombe sur la cellule photoélectrique, bloquant la lumière de la source. L'objet commence à tomber, mais n'a pas le temps de tomber, car l'électroaimant est à nouveau allumé. Ainsi, en ajustant la sensibilité du relais photo, vous pouvez obtenir un effet dans lequel l'objet se bloque d'une manière ou d'une autre dans l'air.

En fait, l'objet tombe constamment, puis à nouveau légèrement soulevé par l'électromagnétique. Il s'avère que l'illusion de la lévitation. Ce principe est basé sur le travail des «globes en lévitation» - des souvenirs plutôt inhabituels, où une plaque magnétique est attachée au globe, avec laquelle interagit un électroaimant, caché dans un support.

Lévitation diamagnétique

La mine de graphite d'un simple crayon est un diamagnet, c'est-à-dire une substance magnétisée contre un champ magnétique externe. Dans certaines conditions, le champ magnétique est complètement déplacé du matériau du diamant, par exemple, le plomb graphite a une sensibilité magnétique élevée et commence à planer au-dessus des aimants en néodyme même à température ambiante.

Pour la stabilité de l'effet, les aimants doivent être assemblés en damier (pôles d'aimants), puis la tige de graphite ne glissera pas du «piège magnétique» et lévitera.

Un aimant de terres rares avec une induction de seulement 1 T peut se bloquer entre des plaques de bismuth, et dans un champ magnétique avec une induction de 11 T, la «lévitation» d'un petit aimant en néodyme peut être stabilisée entre les doigts, car les mains humaines sont un diamant, comme l'eau.

Une expérience assez répandue avec une grenouille en lévitation est connue. L'animal est soigneusement placé sur un aimant, ce qui crée une induction magnétique de plus de 16 T, et la grenouille, démontrant des propriétés diamagnétiques, se bloque en fait dans l'air à une courte distance de l'aimant.

Lévitation magnétique sur un supraconducteur (effet Meissner)

La plaque d'oxyde d'yttrium-baryum-cuivre est refroidie à la température de l'azote liquide. Dans ces conditions, la plaque devient un supraconducteur. Si vous placez maintenant un aimant en néodyme sur un support au-dessus de la plaque, puis retirez le support sous l'aimant, l'aimant gèlera dans l'air - il lévitera.

Même une petite induction magnétique de l'ordre de 1 mT suffit pour que l'aimant, lorsqu'il est placé sur la plaque, s'élève de quelques millimètres au-dessus du supraconducteur haute température refroidi. Plus l'induction de l'aimant est élevée, plus elle augmentera.

Le point ici est que l'une des propriétés d'un supraconducteur est l'expulsion du champ magnétique de la phase supraconductrice, et l'aimant, repoussant ce champ magnétique de la direction opposée, flotte et continue de planer au-dessus du supraconducteur refroidi jusqu'à ce qu'il quitte l'état supraconducteur.

Lévitation par courants de Foucault

Les courants de Foucault (courants de Foucault) induits par l'alternance des champs magnétiques dans les conducteurs massifs sont également capables de maintenir les objets dans un état de lévitation. Par exemple, une bobine de courant alternatif peut léviter sur un anneau en aluminium fermé, et un disque en aluminium planera au-dessus d'une bobine de courant alternatif.

L'explication est la suivante: selon la loi de Lenz, le courant induit dans le disque ou dans l'anneau créera un champ magnétique tel que sa direction interfèrera avec la cause de celui-ci, c'est-à-dire qu'à chaque période d'oscillations de courant alternatif dans l'inductance, un champ magnétique de sens opposé sera induit dans le conducteur massif . Ainsi, un conducteur ou une bobine massive de forme appropriée peut léviter tout le temps pendant que le courant alternatif est activé.

Un mécanisme de rétention similaire se produit lorsque aimant néodyme chute à l'intérieur d'un tuyau en cuivre - le champ magnétique des courants de Foucault induits est dirigé en face du champ magnétique de l'aimant.