Арканя (arky_titan) wrote,
Арканя
arky_titan

Categories:

Магнитная левитация



Вот этот эффект я просто обожаю. На днях откопали среди шурушков застарелую таблетку иттрий-бариевого оксидного купрата (YBCO), которая, несмотря на ужасные условия хранения, сохранила немного сверхпроводящих свойств.

В связи с этим я незамедлительно провел серию экспериментов по подвешиванию магнитиков в воздухе (магнитной сверхпроводниковой левитации).



Церковные низкотехнологичные чудеса отдыхают, не правда ли? :)

А зависает магнит следующим образом. Берётся тёплый сверхпроводник, находящийся при температуре выше критической. То есть выше той, при которой он переходит в состояние сверхпроводимости.

В этом состоянии он является очень плохим проводником тока с невероятно-слабыми магнитными свойствами. Силовые линии магнитного поляв внешнего магнита проходит через него практически без искажения.

Берутся так же магнитик и пласмасска определенной толщины. Магнит кладется на сверхпроводник (или наоборот), а между ними пластмасска. Затем сверхпроводник охлаждается жидким азотом. Температура кипения жидкого азота -195.8°С, а критическая температура YBCO около -184°C.

Сверхпроводимость характеризуется так назыаемым эффектом Мейснера - полным выталкиванием магнитного поля из толщи сверхпроводника. Так что магнитный поток, который до этого свободно проходил через сверхпроводник оказывается в необычном положении. Он достаточно силён, чтобы немного помешать полному переходу сверхпроводника в сверхпроводящее состояния при данной темепературе и не вытесниться из обёма полностью. Но недостаточно силён, чтобы разрушить сверхпроводимость полностью.

И тут происходит чудо. Внутри сверхпрводника возникает множество крохотных участков, которые не являются сверхпроводящими. В них стягиваются магнитные линии внешнего магнита. Но так как вокруг них весь остальной материал сверхпроводящий, вокруг этих зон начинают циркулировать токи, создающие точно такое же поле, только обратного направления, чтобы скомпенсировать внешнее поле и не позоволить ему проникнуть вглубь.

Силовые линии при этом стягиваются в эти точки, каждая из которых может пропустить через себя не какое-то произвольную, а строго квантованную величину магнитного потока. Квант магнитного потока - фундаментальная постоянная, определяемая постоянной Планка и зарядом электрона. Через каждую такую зону может проходить только кратное количество квантов. А из энергетических соображений в данном случае может проходить только один квант через каждый.

Эти структуры - с крохотной нормальной зоной, несущей квант магнитного потока и циркулирующий вокруг него незатухающий ток называются вихрями Абрикосова.

Чудо заключается в том, что т.к. токи незатухающие, то сверхпроводник "запоминает" профиль поля магнита и в точности его копирует. В силу сверхпроводимости, единожды образовавшись ток уже не затухает, поэтому сверхпроводник будет препятствовать изменению магнитного потока.

Иначе говоря, если вы придвините магнит ближе и попробуете вдавить больше силовых линий, он будет отталкиваться. Если же начнете удалять и, таким образом уменьшать магнитный поток, он будет притягиваться. Даже если с силой удалить магнит в который "вморозился" поток постоянного магнита, то когда вы вернете его на место, он впрыгнет туда же, где он изначально стоял.

Если же приблизить магнит достаточно близко и с силой, то можно "вдавить" немного магнитного поля в сверхпроводник, разрушив чуть больше сверхпроводимости. Тогда вихрей Абрикосова в объёме добавится и высота будет чуть ниже.

Когда вихрей абрикосова становится так много, что они оначинают перекрываться, это момент полного разрушения сверхпроводимости в сверхпроводнике второго рода внешним магнитным полем.

Кто-нибудь дочитал до конца? :-)
Tags: Квантовая левитация, Левитация, Маглев, Магнитная левитация, Магнитные поля, Опыты, Сверхпроводимость, Физика, Чудеса в решете
Subscribe

  • Просто красиво

    Левитирующие магнитики это конечно до смешного избитая тема, но уж очень красиво! :-) Кроме этого, чтобы в деталях понять КАК это явление…

  • Униполярный мотор с левитирующим ротором

    Когда работа действительно интересная :-) Надо было выполнить демонстрацию левитации магнита над высокотемпературным сверхпроводником, но я дополнил…

  • Осознанность занятий спортом

    Мне иногда, да что там говорить, почти всегда, грустно наблюдать за страданиями спортсменов, которые не могут улучшиться, потому что не понимают…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 81 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

  • Просто красиво

    Левитирующие магнитики это конечно до смешного избитая тема, но уж очень красиво! :-) Кроме этого, чтобы в деталях понять КАК это явление…

  • Униполярный мотор с левитирующим ротором

    Когда работа действительно интересная :-) Надо было выполнить демонстрацию левитации магнита над высокотемпературным сверхпроводником, но я дополнил…

  • Осознанность занятий спортом

    Мне иногда, да что там говорить, почти всегда, грустно наблюдать за страданиями спортсменов, которые не могут улучшиться, потому что не понимают…