Levitação magnética - o que é e como é possível

A palavra "levitação" vem do inglês "levitar" - subir, subir no ar. Ou seja, a levitação é a superação do objeto de gravidade quando ela se eleva e não toca no suporte, enquanto não se afasta do ar, sem o uso de propulsão a jato. Do ponto de vista da física, a levitação é uma posição estável de um objeto em um campo gravitacional, quando a gravidade é compensada e ocorre uma força restauradora, que fornece estabilidade ao objeto no espaço.

Em particular, levitação magnética é a tecnologia de levantar um objeto usando um campo magnético, quando uma ação magnética sobre o objeto é usada para compensar a aceleração da gravidade ou qualquer outra aceleração. É sobre levitação magnética que será discutida neste artigo.

A retenção magnética de um objeto em um estado de equilíbrio estável pode ser realizada de várias maneiras. Cada um dos métodos tem suas próprias peculiaridades, e podem ser feitas reivindicações para cada um, como "isso não é levitação real!", E assim será. A verdadeira levitação em sua forma pura é inatingível.

Assim, o teorema de Earnshaw prova que, usando apenas ferromagnetos, é impossível segurar de maneira estável um objeto em um campo gravitacional. Mas, apesar disso, com a ajuda de servomecanismos, diamagnetics, supercondutores e sistemas de correntes de Foucault, é possível obter uma aparência de levitação quando algum mecanismo ajuda o objeto a manter o equilíbrio quando é elevado acima do suporte pela força magnética. No entanto, as primeiras coisas primeiro.

Levitação eletromagnética com sistema de rastreamento

Aplicando um circuito baseado em um eletroímã e um fotorelay, você pode forçar a levitação de pequenos objetos de metal. O item flutua no ar a alguma distância do eletroímã fixado no rack. O eletroímã recebe energia até que a célula fotoelétrica montada no rack seja obscurecida por um objeto pairado, até que luz suficiente saia de uma fonte de controle fixa, o que significa que o objeto deve ser puxado.

Quando o objeto é levantado o suficiente, o eletroímã é desligado, porque neste momento a sombra do objeto movido no espaço cai na fotocélula, bloqueando a luz da fonte. O objeto começa a cair, mas não tem tempo para cair, pois o eletroímã é ligado novamente. Assim, ajustando a sensibilidade do retransmissor de foto, você pode obter um efeito no qual o objeto ficará de alguma forma suspenso em um lugar no ar.

De fato, o objeto está constantemente caindo, e novamente levemente levantado pelo eletromagnético. Acontece a ilusão de levitação. Esse princípio baseia-se no trabalho de “levitar globos” - lembranças bastante incomuns, onde uma placa magnética é presa ao globo, com a qual um eletroímã, escondido em um suporte, interage.

Levitação diamagnética

O chumbo de grafite de um lápis simples é um diamagnet, ou seja, uma substância magnetizada contra um campo magnético externo. Sob certas condições, o campo magnético é completamente deslocado do material do diamagnet, por exemplo, o chumbo de grafite tem uma alta suscetibilidade magnética e começa a subir acima dos ímãs de neodímio, mesmo em temperatura ambiente.

Para estabilidade do efeito, os ímãs devem ser montados em um padrão quadriculado (pólos de ímãs), para que a haste de grafite não escorregue da “armadilha magnética” e levite.

Um ímã de terras raras com uma indução de apenas 1 T pode pendurar entre placas de bismuto e, em um campo magnético com uma indução de 11 T, a "levitação" de um pequeno ímã de neodímio pode ser estabilizada entre os dedos, pois as mãos humanas são um diamagnet, como a água.

É conhecida uma experiência bastante difundida com um sapo levitante. O animal é cuidadosamente colocado sobre um ímã, que cria uma indução magnética superior a 16 T, e o sapo, demonstrando propriedades diamagnéticas, na verdade congela no ar a uma curta distância do ímã.

Levitação do ímã sobre um supercondutor (efeito Meissner)

A placa de ítrio-bário-óxido de cobre é resfriada à temperatura do nitrogênio líquido. Sob essas condições, a placa torna-se um supercondutor. Se você agora colocar um ímã de neodímio em um suporte acima da placa e puxar o suporte por baixo do ímã, o ímã ficará suspenso no ar - levitará.

Mesmo uma pequena indução magnética da ordem de 1 mT é suficiente para o ímã, quando colocado na placa, subir vários milímetros acima do supercondutor de alta temperatura resfriado. Quanto maior a indução do ímã, mais alto ele aumentará.

O ponto aqui é que uma das propriedades de um supercondutor é a ejeção de um campo magnético da fase supercondutora, e o ímã, a partir desse campo magnético na direção oposta, flutua e continua a subir acima do supercondutor resfriado até sair do estado supercondutor.

Levitação de corrente de Foucault

Correntes de Foucault (correntes de Foucault) induzidas pela alternância de campos magnéticos em condutores massivos também são capazes de manter os objetos em um estado de levitação. Por exemplo, uma bobina de corrente alternada pode levitar sobre um anel de alumínio fechado e um disco de alumínio pairará acima de uma bobina de corrente alternada.

A explicação aqui é a seguinte: de acordo com a lei de Lenz, a corrente induzida no disco ou no anel criará um campo magnético que sua direção irá interferir com a causa, ou seja, em cada período de oscilações de corrente alternada no indutor, um campo magnético de direção oposta será induzido no condutor maciço . Assim, um condutor maciço ou bobina de uma forma adequada pode levitar o tempo todo enquanto a corrente alternada estiver ligada.

Um mecanismo de retenção semelhante ocorre quando ímã de neodímio cair dentro de um tubo de cobre - o campo magnético das correntes de Foucault induzidas é direcionado oposto ao campo magnético do ímã.