Магнитная левитация на постоянных магнитах своими руками. Магнитная левитация

3.4. Магнитостат.

"Магнитостат - аппарат способный

перемещаться в магнитном поле

за счет диамагнитной выталкивающей

силы, действующей на все

диамагнетики в магнитных полях"

Вступление. Идея использования в качестве опоры для левитации магнитного поля Земли, уже очень стара. Подобное устройство описывал в своих произведениях еще Джонатан Свифт. Но все предложенные конструкции магнитолетов, которые по задумки изобретателей должны были левитировать в магнитном поле Земли за счет силы Лоуренса очень далеки до воплощения в металле и имеют целый ряд неразрешенных технических трудностей. Не буду утруждать читателя подробностями, а сразу же оговорю, что данная конструкция магнитостата, о которой пойдет речь во второй половине статьи, еще никем и нигде и никогда не предлагалась. Хотя ее модель в отличие от магнитолетов различных конструкций может собрать и испытать каждый. Диамагнитная левитация . Магнитостат это аппарат способный левитировать в магнитосфере Земли за счет "Диамагнитной левитации" или же аналога силы Архимеда в магнитном поле . Принцип действия Магнитостата заключается в следующем: Магнитное поле это изначально довольно жесткая конструкция. Диамагнетик же генерирует навстречу исходному полю свое слабое магнитное поле .

Частично силовые линии внешнего магнитного поля частично стремятся обогнуть диамагнетик

>

Но наиболее это ярко выражено у сверхпроводников. Исходное магнитное поле старается сомкнуться и вытолкнуть из себя эту магнитную аномалию. А так как F1>F2 (см. рис.3) то мы локально получим аналог Силі Архимеда (Fa), для магнитного поля.

И диамагнетики и сверхпроводники вытесняются из магнитного поля с большей интенсивностью в магнитное поле с меньшей интенсивностью. Естественно, что интенсивность магнитного поля в магнитосфере вблизи поверхности Земли и выше отличается. Поэтому и в магнитном поле Земли также на все диамагнетики и сверхпроводники действует выталкивающая силы, и если бы магнитное поле Земли было бы достаточно сильным, то и в нем бы наблюдалась "Диамагнитная Левитация". Главный вопрос состоит в том, что способна ли сила магнитной левитации обеспечит достаточную подъемную силу для полета летательного аппарата? Математический анализ: Предположим, что поле внутри диамагнитного шара ноль. Шар сделан из сверхтонкой пленци свинца и охлажден до 4К. При перемещении шара, а точнее сферы из области с высокой напряженностью поля в область с низкой мы имеем разность энергетических состояний. В данном случае совершается работа. Которая равна произведению силы на путь, который в данном случае есть подьем по высоте. Таким образом, можно найти силу как дифференциал магнитной энергии по высоте.
Обьемная энергия магнитного поля (в системе СИ на метьр кубический) вычисляется как
квадрат магнитной индукции деленный на 2 и на магнитную постоянную
(или как квадрат напряженности помноженный на магнитную постоянную и деленный на два, как кому больше нравится)
дифференцируем это выражение по dh, где h это координата высоты.
Получаем силу F (действующей в вертикальном направлении) как равной:
произведению магнитной индукции на ее градиент по высоте, деленные на магнитную постоянную.
На уровне максимальная индукция магнитного поля Земли 5*10Е-5 Тл,
максимальный градиент магнитного поля Земли -2*10Е-11 (!!!) Тл/метр
Получаем -10Е-9 ньютона, или примерно 0,1 микрограмма подьемной силы на метр кубический.
КУБИЧЕСКИЙ КИЛОМЕТР такого шара поднимет 100 грам, то есть стакан водки.
Отсюда, строя некие соленоиды на Земле можно в целом увеличить это значение примерно на три порядка. Что очень-очень мало. Комментарии Как мы видим из математического анализа диамагнитная левитация в магнитном поле Земли, с использованием идеального диамагнетики которым является сверхпроводник, вполне возможна, если конечно сверхпроводящий шар диаметром в 1 км, будет весить меньше 100 грамм. Также есть возможность в какой то мере увеличить подъемную силу данного аппарата, за счет изменения конструкции.

Но все равно в чистом виде, левитация в магнитном поле Земли, без наличия статического электрического заряда, который взаимодействует также и с электрическим полем Земли, врядли возможно. Но электрического поле нестабильно по высоте и сильно ослабевает на высоте 8-10 км . Увы неподвижное магнитное поле не взаимодействует с неподвижными зарядами. Что-то одно должно двигаться. Сфера применения. Подъемная сила диамагнитного летательного аппарата из сверхпроводника (идеального диамагнетика) прямо пропорциональна площади оболочки летательного аппарата и обратно пропорциональна массе летательного аппарата: F=k*(S/M) F-подъемная сила k-коэффициент пропорциональности S-площадь оболочки летательного аппарата M-масса летательного аппарата Из этого соотношения видно, что толкающая сила F зависит от площади, оболочки летательного аппарата и массы летательного аппарата При это чем больше площадь тем, больше подъемная силы. А вот масса которая естественно возрастает при увеличении площади оболочки уменьшает силу F. Но в космосе, в невесомости увеличение массы, не столь критично по сравнению с условиями существующими на Земле. В невесомости площадь аппарата может быть огромной, мы готовы разворачивать многокилометровые "Солнечные паруса". Использование же сверхпроводника, позволит получить стабильную прогнозируемую толкающую силу, без привязки к "солнечному ветру", а учитывая площадь магнитостата то, сверхпроводящая оболочка может работать также как и "солнечный парус", а дополнительная толкающая сила (Fd), сделает этот аппарат более маневренным. При чем сила (Fd) будет двигать аппарат по круговой орбите вокруг Солнца, а "Солнечный ветер" (Fs)будет сносить аппарат от Солнца.

В виду, того, что сила (Fd) направлена перпендикулярно силовым линиям, и будет направлять аппарат вокруг солнца, а "солнечный ветер", создает силу (Fs) от Солнца. При чем если площадь, аппарата, будет достаточно велика, то он сможет перемещаться не только в магнитном поле Солнца, к самым окраинам Солнечной системы, а и далее в уже магнитном поле нашей галактики , направившись к другим Звездам, как за счет диамагнитной силы (Fd) так и за счет силы (Fs). Вне солнечной системы сила Fs (сила давления солнечного ветра и света) будет минимальной и ею можно пренебречь. Также надо понимать, что возможно "привязка" к магнитному полю. Вполне может заменить аппарату, гигантские солнечные паруса. В силу того, что "Поток солнечной плазмы "выметает" из внутренней части солнечной системы планетные и галактические магнитные поля. Солнечный ветер будет "гнать" галактическое поле перед собой до тех пор, пока не будет достигнуто динамическое равновесие между давлением солнечного ветра и давлением галактической среды. Это происходит на расстоянии от 10 до 100 астрономических единиц", типичные величины скоростей между 300 и 800 км/с , и это без учета того, что это магнитное поле имеет также тенденцию двигаться вокруг вращающегося Солнца, в вернее с ним. А магнитостат, в силу своей диамагнитности, как бы "вморожен" в это вращающееся, двигающееся и гонимое солнечным ветром, магнитное поле. В этом смысле это магнитное поле может стать для магнитостата аналогом "солнечного паруса". Особенности конструкции. Устройство летательного аппарата весьма просто. Это будет шар, но разделенный на восемь или даже более сегментов при этом каждая полусфера будет поделена на четыре сегмента, в принципе так же как и в футбольном мяче. Управление летательного аппарата осуществляется при помощи "включения" и "отключения" отдельных сегментов оболочки шара. Включение сегмента означает, что сверхпроводящий лист находится, соответственно, в сверхпроводящем состоянии. Отключение сегмента означает, что сверхпроводящий лист переходит из сверхпроводящего в нормальное состояние путем повышения температуры листа. Для этого просто достаточно убрать светозащитное покрытие или другим способом нагреть этот лист. Если же мы хотим восстановить сверхпроводящие свойства экрана, надо вновь охладить путем исключив на него попадание солнечных лучей, при этом сегмент охладится просто излучая в вакуум тепло в виде электромагнитных волн, теплового спектра.

При "отключении" сегмента при переводе их в обычное состояние появляется толкающая сила направленная в сторону выключенного сегмента, при этом магнитные силовые линии легко пронизывают "выключенный" сегмент шара. Естественно, что весь летательный аппарат движется в этом направлении. Для перемещения такого магнитного летательного аппарата в космосе необходимо только наличие магнитного поля. Естественно, что в межзвездном пространстве, где излучение от звезд относительно не велико следует предусмотреть более традиционные способы нагрева то есть "выключение" сегментов. Конструкция сегментов. Каждый сегмент это сендвич: световой экран, сверхпроводник, тепловой экран. Вне шара и в полостях между экранами находится космический вакуум, в котором все тела интенсивно охлаждаются за счет теплового излучения с поверхности аппарата . Вот конструкция сегмента в разрезе.

Охлаждение "включение" сегмента происходит за счет теплоотдачи излучением, которая пропорциональна площади поверхности и, по закону Стефана - Больцмана, четвертой степени ее температуры. Охлаждение в вакууме, в условиях космоса возможно: как путем испарения жидкости и тепловым излучением с поверхности аппарата. Испарители применяют редко, ведь для них надо брать с собой запас "хладагента". Гораздо чаще используют радиаторы, помогающие "излучать" тепло в космос . Нагрев или же "выключение" сегмента также происходит естественным способом, при попадании на сверхпроводник световой энергии. Для этого светоотражающий экран, должен стать хотя бы частично прозрачным для лучей солнца. Эпилог. В основе создания толкающей без реактивной силы с помощью которой вполне возможно летать в межпланетном и даже межзвездном пространстве практически без затрат энергии, лежит хорошо всем известный эффект выталкивания диамагнетиков из магнитного поля. Фактически сила выталкивающая диамагнетик из магнитного поля есть аналог всем известной сила Архимеда, но уже действующая в магнитном поле. А раз диамагнитная выталкивающая сила есть аналог Силы Архимеда, за счет которой левитируют в атмосфере все Стратостаты. То по аналогии я и назвал аппарат способный перемещаться в магнитном поле - "МАГНИТОСТАТОМ". Предполагаю, что если неким образом "скрестить" магнитостат с конденсатором, решив проблему концентрации большого электрического заряда в относительно не большом объеме. То магнитостат сможет левитировать и в пределах электрического поля Земли. Литература: 1. Моделист конструктор 1975-2. Февраль 1975 года. И. Евстратов. Элекоптер-магнитолет? http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/%27%27Modelist-konstruktor%27%27/%27%27MK%27%27,1975,N02.%5Bdjv%5D.zip 2. Левитация (физика) http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%28%D1%84%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0%29#.D0.94.D0.B8.D0.B0.D0.BC.D0.B0.D0.B3.D0.BD.D0.B8.D1.82.D0.BD.D0.B0.D1.8F_.D0.BB.D0.B5.D0.B2.D0.B8.D1.82.D0.B0.D1.86.D0.B8.D1.8F 3. Диамагнетики. Материал из Википедии -- свободной энциклопедии http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B8#.D0.94.D0.B8.D0.B0.D0.BC.D0.B0.D0.B3.D0.BD.D0.B8.D1.82.D0.BD.D0.B0.D1.8F_.D0.BB.D0.B5.D0.B2.D0.B8.D1.82.D0.B0.D1.86.D0.B8.D1.8F 4. Закон Архимеда. Словари и Энциклопедии на Академики. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/154577 5.Диамагнетизм Материал из Википедии -- свободной энциклопедии http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%BC 6.МАГНИТНАЯ ЛЕВИТАЦИЯ. http://interjurnal.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=1%3A2010-05-15-13-22-49&catid=14%3A2010-05-15-06-28-28&Itemid=15?=ru 7. МЕЖГАЛАКТИЧЕСКОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Ю.Н. ГНЕДИН, доктор физико-математических наук ГАО РАН http://www.inauka.ru/astronomy/article99696/print.html 8. Электростат. http://zhurnal.lib.ru/l/lemeshko_a_w/aba.shtml 9. Игорь Афанасьев, Дмитрий Воронцов Анатомия спутника http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/6330/ 10. http://works.tarefer.ru/89/100141/index.html Андрей. 2010

Слово «левитация» происходит от английского «levitate» - парить, подниматься в воздух. То есть левитация — это преодоление объектом гравитации, когда он парит и не касается опоры, не отталкиваясь при этом от воздуха, не используя реактивную тягу. С точки зрения физики, левитация — это устойчивое положение объекта в гравитационном поле, когда сила тяжести скомпенсирована и имеет место возвращающая сила, обеспечивающая объекту устойчивость в пространстве.

В частности магнитная левитация — это технология подъёма объекта с помощью магнитного поля, когда для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений используется магнитное действие на объект. Именно о магнитной левитации и пойдет речь в данной статье.

Магнитное удержание объекта в состоянии устойчивого равновесия можно реализовать несколькими способами. Каждый из способов имеет свои особенности, и к каждому можно предъявить претензии, вроде «это не настоящая левитация!», и так оно на самом деле и будет. Настоящая левитация в чистом виде недостижима.

Так, теорема Ирншоу доказывает, что, используя только ферромагнетики, невозможно устойчиво удерживать объект в гравитационном поле. Но несмотря на это, с помощью сервомеханизмов, диамагнетиков, сверхпроводников и систем с вихревыми токами возможно достичь подобие левитации, когда какой-нибудь механизм помогает объекту сохранять равновесие, когда тот поднят над опорой магнитной силой. Однако обо всем по порядку.

Электромагнитная левитация с системой слежения

Применив схему на базе электромагнита и фотореле можно заставить левитировать небольшие металлические предметы. Предмет будет парить в воздухе на некотором расстоянии от неподвижно закрепленного на стойке электромагнита. Электромагнит получает питание, пока фотоэлемент, закрепленный в стойке, не затенен парящим предметом, пока на него попадает достаточно света от неподвижно закрепленного контрольного источника, это значит, что объект нужно притянуть.

Когда объект достаточно приподнят, электромагнит отключается, поскольку в этом момент тень от перемещенного в пространстве объекта падает на фотоэлемент, перекрывая свет источника. Объект начинает падать, но упасть не успевает, так как снова включился электромагнит. Так, отрегулировав чувствительность фотореле, можно добиться эффекта, при котором объект будет как-бы висеть на одном месте в воздухе.

На самом деле объект непрерывно то падает, то вновь немного приподнимается электромагнитном. Получается иллюзия левитации. На этом принципе основана работа «левитирующих глобусов» - довольно необычных сувениров, где к глобусу прикреплена магнитная пластина, с которой и взаимодействует электромагнит, скрытый в подставке.

Графитовый грифель от простого карандаша является диамагнетиком, то есть веществом, которое намагничивается против внешнего магнитного поля. В определенных условиях происходит полное вытеснение магнитного поля из материала диамагнетика, например графитовый грифель обладает высокой магнитной восприимчивостью, и начинает парить над неодимовыми магнитами даже при комнатной температуре.

Для устойчивости эффекта магниты следует собрать в шахматном порядке (полюса магнитов), тогда графитовый стержень не выскользнет из «магнитной ловушки» и будет левитировать.

Редкоземельный магнит с индукцией всего 1 Тл может висеть между пластинами висмута, а в магнитном поле с индукцией 11 Тл можно между пальцами стабилизировать «левитацию» маленького неодимового магнита, поскольку руки человека являются диамагнетиком, как и вода.

Известен достаточно широко распространенный опыт с левитирующей лягушкой. Животное аккуратно помещают над магнитом, который создает магнитную индукцию больше 16 Тл и лягушка, демонстрируя диамагнитные свойства, фактически зависает в воздухе на небольшом расстоянии от магнита.

Пластина из оксида иттрия-бария-меди охлаждается до температуры жидкого азота. В этих условиях пластина . Если теперь положить неодимовый магнит на подставку над пластиной, а затем подставку из под магнита вытащить, то магнит зависнет в воздухе — будет левитировать.

Даже небольшой магнитной индукции порядка 1 мТл достаточно чтобы магнит, будучи положен на пластину, приподнялся над охлажденным высокотемпературным сверхпроводником на несколько миллиметров. Чем выше индукция магнита — тем выше он поднимется.

Дело здесь в том, что одно из свойств сверхпроводника — выталкивание магнитного поля из сверхпроводящей фазы, и магнит, отталкиваясь от этого магнитного поля противоположного направления как-бы всплывает и продолжает парить над охлажденным сверхпроводником до тех пор, пока он не выйдет из сверхпроводящего состояния.

Вихревые токи (токи Фуко), наводимые переменными магнитными полями в массивных проводниках также способны удерживать предметы в левитирующем состоянии. Например катушка с переменным током может левитировать над замкнутым кольцом из алюминия, а алюминиевый диск будет парить над катушкой с переменным током.

Объяснение здесь такое: по закону Ленца, индуцируемый в диске или в кольце ток будет создавать такое магнитное поле, что его направление станет препятствовать причине его вызывающей, то есть в каждый период колебаний переменного тока в индукторе, в массивном проводнике будет индуцироваться магнитное поле противоположного направления. Так, массивный проводник или катушка подходящий формы смогут левитировать все время пока включен переменный ток.

Аналогичный механизм удержания проявляется, когда роняют внутри медной трубы — магнитное поле индуцированных вихревых токов направлено противоположно магнитному полю магнита.

Андрей Повный

В самом деле?
Некоторые вещи, как железные гвозди известны своими магнитными свойствами, но почему лягушки должны парить в магнитном поле? Хитрость заключается в том, чтобы получить сильное магнитное поле. Вы не можете просто использовать любой старый ферритовый магнит, чтобы заставить лягушку левитировать.

Лягушки, как и все вокруг и внутри нас, состоят из миллионов и миллиардов атомов. Каждый из этих атомов содержит электроны, которые находятся вокруг центрального ядра, но когда атомы находятся в магнитном поле, электроны слегка сдвигают их орбиты. Эти сдвиги дают атомам их собственное магнитное поле так, как когда лягушку помещают в очень сильном магнитном поле, она, по существу, состоит из множества крошечных магнитов. И в этом нет ничего особенного у лягушек. Все материалы - в том числе клубника, вода и золото - это "диамагнитны" до некоторой степени, но некоторые из них более удобны для левитации, чем другие.

Лягушки удобны не только потому, что они имеют высокое содержание воды в организме, что является хорошим диамагнитным материалом, но также и потому, что они легко помещаются внутри трубчатого электромагнита. Электромагниты потребляют больше напряжение электрического тока, чтобы создать чрезвычайно сильное магнитное поле, которое таким образом намагничивает лягушку, - намагничивание в противоположном направлении по отношению к приложенному полю. Это означает, что намагниченная лягушка выталкивается вверх из области высокого магнитного поля, и взлетает.

Верь глазам своим:
Маленькая лягушка (жива!) И водный шар левитируют внутри Ø32mm вертикального канала горького соленоида в магнитном поле около 16 Тесла на Верховного Магнит лаборатории полевой Неймеген.
Образ высокотемпературного сверхпроводника левитирующей выше магнита в тумане жидкого азота вряд ли можно кого-то удивить в эти дни - это стало известно, что сверхпроводники являются идеальными диамагнетиками и магнитное поле должно изгнать их. С другой стороны, вложенные фотографии воды и лягушки зависания внутри магнита (не на борту космического корабля), несколько нелогичным и, возможно, займет много людей (даже физики) врасплох. Это первое наблюдение магнитной левитации живых организмов, а также первые снимки диамагнетиков левитировать в нормальной, комнатной температуры окружающей среды (если не брать в расчет историю о полете Гроб Мухаммеда как таких доказательств, конечно). На самом деле, можно левитировать магнитно каждый материал и все живое на земле в связи с всегда присутствует молекулярной магнетизма. Молекулярная магнетизм очень слаб (миллионов раз слабее ферромагнетизма) и, как правило, остается незамеченным в повседневной жизни, таким образом, создавая ложное впечатление, что материалы вокруг нас, в основном, немагнитных. Но все они магнитные. Это просто, что магнитные поля, необходимые для левитировать все эти «немагнитных» материалы должны быть примерно в 100 раз больше, чем в случае, скажем, сверхпроводников.

Будь объект будет или не будет левитировать в магнитном поле B определяется балансом между магнитной силы F = M ∇ B и тяжести мг = ρV г, где ρ -плотность материала, V -объем и г = 9,8 / с 2 . Магнитный момент М = (χ / μ 0) В.Б. , так что F = (χ / μ 0) Б.В. ∇ B = (χ / 2μ 0) В ∇ B 2 . Таким образом, вертикальный градиент поля ∇ B 2 , необходимое для левитации должен быть больше, чем 2μ 0 ρ г / χ. Молекулярные восприимчивости χ обычно являются 10 -5 для диамагнетиков и 10 -3 для парамагнетиков и, так как ρ чаще всего несколько г / см 3 , их магнитной левитации требуется полевые градиенты ~ 1000 и 10 Т 2 / м соответственно. Принимая л = 10 см как типичный размер сильного поля магнитов и ∇ B 2 ~ B 2 / л в качестве оценки, мы находим, что поля порядка 1 и 10Т достаточно, чтобы вызвать левитации пара-и диамагнитных. Этот результат не должен быть сюрпризом, потому что, как мы знаем, магнитные поля менее 0.1T может левитировать сверхпроводник (χ = -1) и, из приведенных выше формул, магнитная сила увеличивается B 2.

Как известно, у Земли, в силу сложившегося миропорядка, существует определенное а мечтой человека всегда было преодоление его любыми способами. Левитация магнитная - термин скорее фантастический, чем относящийся к повседневной реальности.

Изначально под ним подразумевалась гипотетическая способность неведомым образом преодолевать земное притяжение и перемещать людей или предметы по воздуху без вспомогательного оборудования. Однако сейчас понятие «магнитная левитация» является уже вполне научным.

Разрабатывается сразу несколько инновационных идей, в основе которых лежит данное явление. И все они в перспективе обещают великолепные возможности для разностороннего применения. Правда, осуществляться левитация магнитная будет не магическими приемами, а с использованием вполне конкретных достижений физики, а именно раздела, изучающего магнитные поля и все, что с ними связано.

Совсем немного теории

Среди людей, далеких от науки, бытует мнение, что магнитная левитация представляет собой направляемый полет магнита. На деле под этим термином подразумевается преодоление предметом гравитации при помощи магнитного поля. Одной из его характеристик является магнитное давление, оно-то и используется для «борьбы» с земным притяжением.

Проще говоря, когда гравитация притягивает объект вниз, магнитное давление направляется таким образом, чтобы оно отталкивало его в обратном направлении - вверх. Так возникает левитация магнита. Затруднение реализации теории в том, что статическое поле нестабильно и не фокусируется в заданной точке, так что эффективно противостоять притяжению может не вполне. Поэтому требуются вспомогательные элементы, которые придадут магнитному полю динамическую устойчивость, чтоб левитация магнита была явлением регулярным. В качестве стабилизаторов для него используются разные приемы. Чаще всего - электроток через сверхпроводники, но есть и другие наработки в данной области.

Техническая левитация

Собственно, магнитная разновидность относится к более обширному термину преодоления гравитационного притяжения. Итак, техническая левитация: обзор методов (очень краткий).

С магнитной технологией мы вроде бы немного разобрались, но существуют еще электрический метод. В отличие от первого, второй может быть использован для манипуляций с изделиями из разнообразных материалов (в первом случае - только намагниченных), даже диэлектриков. Разделяется также электростатическая и электродинамическая левитация.

Возможность частиц под воздействием света осуществлять движение была предугадана еще Кеплером. А существование доказано Лебедевым. Движение частицы в направлении источника света (оптическая левитация) именуется положительным фотофорезом, а в обратном направлении - отрицательным.

Левитация аэродинамическая, отличаясь от оптической довольно широко применима в технологиях дня нынешнего. Кстати, «подушка» - один из ее разновидностей. Простейшая воздушная подушка получается очень легко - в подложке-носителе сверлятся множество отверстий и через них продувается сжатый воздух. При этом воздушная подъемная сила уравновешивает массу предмета, и тот парит в воздухе.

Последний известный науке на данный момент способ - левитация с использованием акустических волн.

Какие есть примеры магнитной левитации?

Фантасты мечтали о портативных аппаратах размером с рюкзак, которые могли бы «левитировать» человека в нужном ему направлении со значительной скоростью. Наука пока пошла по другому пути, более практичному и осуществимому - был создан поезд, перемещающийся с помощью магнитной левитации.

История суперпоездов

Впервые идею состава, использующего линейный двигатель, подал (и даже запатентовал) немецкий инженер-изобретатель Альфред Зейн. И было это в 1902 году. После этого разработки электромагнитного подвеса и поезда, оснащенного им, появлялись с завидной регулярностью: в 1906 г. Франклин Скотт Смит предложил еще один прототип, между 1937 и 1941 гг. ряд патентов по этой же теме получил Герман Кемпер, а чуть позже британец Эрик Лэйзвейт создал работающий прототип двигателя в натуральную величину. В 60-х он же участвовал в разработке Tracked Hovercraft, который должен был стать самым но так и не стал, поскольку из-за недостаточного финансирования в 1973-м проект был закрыт.

Только шесть лет спустя, причем снова в Германии, был построен поезд на магнитной подушке, получивший лицензию на пассажирские перевозки. Испытательный трек, проложенный в Гамбурге, имел длину меньше километра, но сама идея так вдохновила общество, что поезд функционировал и после закрытия выставки, успев за три месяца перевезти 50 тысяч людей. Скорость его, по современным меркам, была не так уж велика - всего 75 км/ч.

Не выставочный, а коммерческий маглев (так нарекли поезд, использующий магнит), курсировал между аэропортом Бирмингема и железнодорожной станцией с 1984 г., и продержался на своем посту 11 лет. Длина пути была еще меньше, всего 600 м, а над полотном поезд поднимался на 1,5 см.

Японский вариант

В дальнейшем ажиотаж по поводу поездов на магнитной подушке в Европе поутих. Зато к концу 90-х ими активно заинтересовалась такая страна высоких технологий как Япония. На ее территории уже проложены несколько довольно протяженных трасс, по которым летают маглевы, использующие такое явление как левитация магнитная. Этой же стране принадлежат и скоростные рекорды, поставленные данными поездами. Последний из них показал скоростной режим более 550 км/ч.

Дальнейшие перспективы использования

С одной стороны, маглевы привлекательны своими возможностями быстрого перемещения: по расчетам теоретиков, их можно будет в ближайшем будущем разогнать вплоть до 1 000 километров в час. Ведь их приводит в действие левитация магнитная, а тормозит только сопротивление воздуха. Поэтому придание максимально аэродинамических абрисов составу сильно снижает и его воздействие. К тому же, из-за того, что рельсов они не касаются, износ у таких поездов крайне медленный, что экономически весьма выгодно.

Еще один плюс - снижение шумового эффекта: маглевы передвигаются почти бесшумно по сравнению с обычными поездами. Бонусом также идет использование в них электроэнергии, что позволяет снизить вредное воздействие на природу и атмосферу. Кроме того, способен преодолевать более крутые склоны, а это исключает необходимость прокладки железнодорожного полотна в обход холмов и спусков.

Применение в энергетике

Не менее интересным практическим направлением можно считать широкое применение магнитных подшипников в ключевых узлах механизмов. Их установка решает серьезную проблему износа исходного материала.

Как известно, классические подшипники истираются довольно быстро - они постоянно испытывают высокие механические нагрузки. В некоторых областях необходимость замены этих деталей обозначает не только дополнительные расходы, но и высокий риск для людей, которые обслуживают механизм. сохраняют работоспособность во много раз дольше, так что их применение весьма целесообразно для любых экстремальных условий. В частности, в атомной энергетике, ветровых технологиях либо отраслях, сопровождаемых чрезвычайно низкими/высокими температурами.

Летательные аппараты

В проблеме, как осуществить магнитную левитацию, напрашивается резонный вопрос: когда же, наконец, будет изготовлен и представлен прогрессивному человечеству полноценный летательный аппарат, в котором будет использована левитация магнитная? Ведь косвенные свидетельства, что подобные «НЛО» существовали, имеются. Взять, к примеру, индийские «виманы» древнейшей эпохи или уже более близкие к нам во временном соотношении гитлеровские «дисколеты», использующие, в том числе и электромагнитные способы организации подъемной силы. Сохранились примерные чертежи и даже фото действующих моделей. Вопрос остается открытым: как воплотить все эти идеи в жизнь? Но дальше не слишком жизнеспособных опытных образцов у современных изобретателей дело пока не идет. А может, это еще слишком секретная информация?

конспект презентации ПРОЕКТНОЙ РАБОТы по физике на тему «МАГНИТНАЯ ЛЕВИТАЦИЯ»

с егодня я хочу представить свой проект, который называется «Магнитная левитация» . Мой проект является исследовательским, поэтому целью проекта является исследование магнитных явлений и возможностей их потенциального использования в современной технике. ( слайд 1-2 )

Почему я выбрал эту тему? Очень давно, как только я узнал о свойствах магнитов притягиваться и отталкиваться, меня стал интересовать вопрос: можно ли использовать это свойство магнитов для удержания предметов в воздухе в состоянии «парения» над землёй? Например, можно ли создать диван, «висящий» в воздухе и мягко амортизирующий, когда вы садитесь на него? ( слайд 3 )

С целью ответить на этот и другие похожие вопросы я поставил следующие задачи : ( слайд 4 )

изучить магнитные свойства веществ;

исследовать возможность магнитной левитации и

выявить потенциальные области применения магнитной левитации

В ходе исследований я выяснил, что все вещества в природе в большей или меньшей степени обладают магнитными свойствами. При этом одни из них при внесении в магнитное поле втягиваются в него и располагаются по направлению магнитных линий внешнего магнитного поля. Такие вещества называются парамагнетиками . Например, платина, марганец, хром . Другие вещества, напротив, располагаются поперек магнитных линий внешнего магнитного поля и выталкиваются из него. Такие вещества называются диамагнетиками . К ним относятся медь, алюминий, серебро и особенно висмут и сурьма . Это разделение веществ на парамагнетики и диамагнетики предложил в 1845 году Майкл Фарадей . Вещества, которые обладают особо выраженными свойствами парамагнетиков («сверхпарамагнетики»), такие, как железо, никель и кобальт , позднее получили название ферромагнетики . ( слайд5 )

Кроме того есть вещества, которые сами создают магнитное поле, так называемые постоянные магниты . В постоянных магнитах элементарные кольцевые токи вокруг атомов и молекул ориентированы одинаково. Усиливая друг друга, они создают в веществе и вокруг него магнитное поле. Постоянные магниты встречаются в природе в виде оксидов железа – например, магнетит или сплавов других веществ, как, например, неодимовый магнит – редкоземельный постоянный очень мощный магнит, состоящий из сплава неодима, бора и железа . Так же постоянные магниты люди научились создавать искуственно , сплавляя некоторые ферромагнетики с пара- и диамагнетиками. ( слайд 6 )

Почему же магниты притягиваются или отталкиваются? Дело в том, что каждый магнит имеет два полюса : северный и южный . Между этими полюсами проходят линии магнитного поля – это суммарное направление элементарных кольцевых токов. Так вот, если направление магнитных линий совпадает, т.е. магниты совмещаются разноимёнными полюсами , то они притягиваются . Одноимённые же полюса , напротив, отталкиваются . ( слайд 7 )

Самые мощные магниты, которые удалось создать человеку, это – электромагниты . Каждый провод, по которому течёт электрический ток, создаёт вокруг себя магнитное поле. Магнитное поле можно усилить, если свернуть провод в виде винтовой спирали. Полученную катушку с током называют соленоидом . При увеличении витков в катушке магнитное поле также возрастает в силе. Ещё большего усиления магнитного поля можно достичь, если вставить в соленоид железный стержень (сердечник ). Соленоид с железным сердечником внутри называется электромагнитом . ( слайд 8 )

Первым создателем электромагнита был Вильям Стерджен . 4 мая 1825 года он продемонстрировал первый в мире электромагнит грузоподъёмностью 36Н . В 1830 году работу над электромагнитами продолжил ученик Стерджена Джоуль, который сумел создать электромагнит, способный поднять 5500Н . уже через год американский ученый Дж. Генри обогнал его, построив электромагнит, поднимавший 10000Н . А в 1840 году Джоуль создал магнит собственной конструкции, который удерживал на весу 12000Н . Современные электромагниты поднимают грузы в несколько десятков тонн ! Электромагниты нашли широкое применение в сельском хозяйстве для очистки зерна и на заводах для подъёма тяжестей. ( слайд 9 )

Итак, можно ли заставить магнит левитировать? Ведь если магниты поднести друг к другу одноименными полюсами, отталкиваясь, они тут же стремятся повернуться друг к другу разноимёнными полюсами, вследствие чего тут же притягиваются! Теорема Ирншоу доказывает, что используя только ферромагнетики, невозможно устойчиво удерживать объект в гравитационном поле. Несмотря на это, с помощью сервомеханизмов, диамагнетиков, сверхпроводников и систем с вихревыми токами левитация возможна ! ( слайд 10 )

В некоторых случаях подъёмная сила обеспечивается магнитной левитацией, но при этом есть механическая поддержка, дающая устойчивость. В этих случаях явление называется псевдолевитация . Безопорная устойчивая магнитная левитация возможна благодаря магнитным ямам , возникающим в магнитном поле, которые можно выстраивать с помощью нескольких магнитов. ( слайд 11 )

Следующий фактор устойчивой магнитной левитации это – гироскопический эффект – устойчивость оси вращения объекта в пространстве (многим знакомый с детства эффект «волчка» - юлы). Для большей наглядности можно посмотреть трёхминутный видеосюжет Игоря Белецкого «Магнитная левитация». ( слайд 12 )

Итак, магнитная левитация возможна! Где и как можно использовать это магнитное свойство? Первое : поезд на магнитной подущке– магнитоплан или маглев. Второе : магнитные подшипники. Третье : показ продукции ( слайд 13 )

Немного подробнее о магнитоплане. Маглев – это поезд, удерживаемый над полотном дороги, движимый и управляемый силой электромагнитного поля. ( слайд 14 )

Основные достоинства маглева. 1) самая высокая скорость из всех видов общественного наземного транспорта (до 603 км/ч); 2) низкое потребление электроэнергии (энергия у маглева расходуется в три раза эффективнее, чем у автомобиля и в 5 раз – чем у самолёта); 3) снижение эксплуатационных затрат в связи со значительным уменьшением трения деталей; 4) огромные перспективы по достижению скоростей, многократно превышающих скорости, используемые в реактивной авиации (при уменьшении аэрдинамического сопротивления путём помещения состава в вакуумный тоннель); 5) в связи с этим прорабатываются проекты по использованию магнитных ускорителей в качестве средства вывода полезной нагрузки в космос; 6) низкий шум; 7) КПД данного поезда выше в сравнении с КПД современных поездов. ( слайд 15 )

Разумеется, у маглевов есть и свои недостатки, но их гораздо меньше, чем достоинств: 1) высокая стоимость создания и обслуживания колеи; 2) в отличие от рельсовых путей для скоростных поездов, которые остаются доступными и для обычных пассажирских и пригородных поездов, путь маглева ни для ечго другого не пригоден. ( слайд 16 )

Тем не менее, маглевы постепенно завоевывают пути сообщения. Так в 1984 году в Германии (Эмсланд) был построен первый испытательный трек общей длиной 31,5 км. В настоящее время дорога используется для проведения испытаний и в качестве аттракциона для туристов. Через пять лет в Германии (Берлин) была открыта дорога для движения пассажиров. Проезд был бесплатный, вагоны управлялись автоматически без машиниста, дорога работала только по выходным дням. В это же время (с 1984 по 1995 ) в Великобритании нескоростной магле-челнок ходил от Бирменгемского аэропорта до ближайшей железнодорожной станции. В СССР в 1987 году было начато строительство первой магнитной железной дороги в Армении. Однако спитакское землетрясение и военные события стали причиной замораживания объекта. В Китае Шанхайская маглев-трасса открыта в 2002 году. Её протяженность сотавляет 30 км. 16 апреля 2015 года маглев Японской компании установил новый рекорд скорости, разогнавшись до 590 км/ч. В настоящее время в Южной Корее строится дорога, относящаяся к типу городского маглева. ( слайд 17 )