Levitacija je prevladavanje gravitacije, u kojem se subjekt ili objekt nalazi u prostoru bez oslonca. Reč "levitacija" dolazi od latinskog Levitas, što znači "lakoća".
Levitaciju je pogrešno poistovjećivati sa letom, jer se ovo drugo zasniva na otporu zraka, zbog čega ptice, insekti i druge životinje lete, a ne levitiraju.
Levitacija u fizici
Levitacija u fizici se odnosi na stabilan položaj tijela u gravitacionom polju, dok tijelo ne smije dodirivati druge objekte. Levitacija podrazumeva neke neophodne i teške uslove:
- Sila koja može nadoknaditi gravitaciju i silu gravitacije.
- Sila koja može osigurati stabilnost tijela u prostoru.
Iz Gaussovog zakona slijedi da u statičkom magnetskom polju statična tijela ili objekti nisu sposobni za levitaciju. Međutim, ako promijenite uslove, možete postići levitaciju.
Kvantna levitacija
Širša javnost je prvi put postala svjesna kvantne levitacije u martu 1991. godine, kada je zanimljiva fotografija objavljena u naučnom časopisu Nature. Prikazao je direktora Laboratorije za istraživanje supravodljivosti u Tokiju, Don Tapscotta, kako stoji na keramičkoj supravodljivoj ploči, a između poda i ploče nije bilo ničega. Ispostavilo se da je fotografija stvarna, a ploča, koja je zajedno sa režiserom koji je na njoj stajala, teška oko 120 kilograma, mogla je da lebdi iznad poda zahvaljujući efektu supravodljivosti poznatom kao Meissner-Ochsenfeldov efekat.
Dijamagnetna levitacija
Ovo je naziv vrste suspendovanog u magnetskom polju tijela koje sadrži vodu, koje je samo po sebi dijamagnet, odnosno materijal čiji atomi mogu biti magnetizirani protiv smjera glavnog elektromagnetnog polje.
U procesu dijamagnetne levitacije glavnu ulogu imaju dijamagnetska svojstva provodnika, čiji atomi pod dejstvom spoljašnjeg magnetnog polja neznatno menjaju parametre kretanja elektrona u svojim molekulima, što dovodi do pojave slabog magnetnog polja suprotnog od glavnog. Efekat ovog slabog elektromagnetnog polja je dovoljan da se savlada gravitacija.
Da bi demonstrirali dijamagnetsku levitaciju, naučnici su više puta izvodili eksperimente na malim životinjama.
Ova vrsta levitacije korištena je u eksperimentima na živim objektima. Tokom eksperimenata uspoljno magnetno polje sa indukcijom od oko 17 Tesla, postignuto je suspendovano stanje (levitacija) žaba i miševa.
Prema Njutnovom trećem zakonu, svojstva dijamagneta se mogu koristiti i obrnuto, odnosno da levitiraju magnet u polju dijamagneta ili da ga stabilizuju u elektromagnetskom polju.
Dijamagnetna levitacija je po prirodi identična kvantnoj levitaciji. Odnosno, kao i kod djelovanja Meissnerovog efekta, dolazi do apsolutnog pomjeranja magnetskog polja iz materijala provodnika. Jedina mala razlika je u tome što je za postizanje dijamagnetne levitacije potrebno mnogo jače elektromagnetno polje, međutim, uopće nije potrebno hladiti provodnike da bi se postigla njihova supravodljivost, kao što je slučaj sa kvantnom levitacijom.
Kod kuće možete čak postaviti nekoliko eksperimenata na dijamagnetskoj levitaciji, na primjer, ako imate dvije ploče bizmuta (što je dijamagnet), možete postaviti magnet s niskom indukcijom, oko 1 T, u suspendovanom stanju. Osim toga, u elektromagnetnom polju sa indukcijom od 11 Tesla, možete stabilizirati mali magnet u suspendiranom stanju tako što ćete podesiti njegov položaj prstima, a da pritom uopće ne dodirujete magnet.
Dijamagneti koji se često javljaju su skoro svi inertni gasovi, fosfor, azot, silicijum, vodonik, srebro, zlato, bakar i cink. Čak je i ljudsko tijelo dijamagnetno u pravom elektromagnetnom magnetskom polju.
Magnetna levitacija
Magnetna levitacija je efikasnametoda podizanja objekta pomoću magnetnog polja. U ovom slučaju, magnetski pritisak se koristi za kompenzaciju gravitacije i slobodnog pada.
Prema Earnshawovoj teoremi, nemoguće je stabilno držati objekat u gravitacionom polju. Odnosno, levitacija u takvim uslovima je nemoguća, ali ako uzmemo u obzir mehanizme delovanja dijamagneta, vrtložnih struja i supraprovodnika, onda se može postići efektivna levitacija.
Ako magnetna levitacija omogućava podizanje uz mehaničku podršku, ovaj fenomen se naziva pseudolevitacija.
Meissner efekt
Majsnerov efekat je proces apsolutnog pomeranja magnetnog polja iz celokupnog volumena provodnika. To se obično događa tokom prijelaza provodnika u supravodljivo stanje. Po tome se superprovodnici razlikuju od idealnih - uprkos činjenici da oba nemaju otpor, magnetna indukcija idealnih provodnika ostaje nepromenjena.
Prvi put su ovaj fenomen uočili i opisali 1933. godine dva njemačka fizičara - Meissner i Oksenfeld. Zato se kvantna levitacija ponekad naziva Meissner-Ochsenfeld efektom.
Iz opštih zakona elektromagnetnog polja proizilazi da je u odsustvu magnetnog polja u zapremini provodnika u njemu prisutna samo površinska struja, koja zauzima prostor blizu površine supraprovodnika. U ovim uslovima, supravodič se ponaša na isti način kao dijamagnet, a da to nije.
Meissnerov efekat je podijeljen na potpuni i djelomični, uovisno o kvaliteti superprovodnika. Potpuni Meissnerov efekat se opaža kada je magnetsko polje potpuno pomaknuto.
Visokotemperaturni superprovodnici
U prirodi postoji nekoliko čistih supraprovodnika. Većina njihovih supravodljivih materijala su legure, koje najčešće pokazuju samo djelomični Meissnerov efekat.
U supravodičima, sposobnost potpunog pomicanja magnetnog polja iz njegovog volumena je ono što razdvaja materijale na supravodiče prvog i drugog tipa. Superprovodnici prvog tipa su čiste supstance, kao što su živa, olovo i kalaj, sposobne da pokažu puni Meissnerov efekat čak i u velikim magnetnim poljima. Superprovodnici drugog tipa su najčešće legure, kao i keramika ili neka organska jedinjenja, koji u uslovima magnetnog polja sa visokom indukcijom mogu samo delimično da istisnu magnetno polje iz svoje zapremine. Ipak, u uslovima veoma niske jačine magnetnog polja, skoro svi supraprovodnici, uključujući tip II, su sposobni za potpuni Meissnerov efekat.
Poznato je da nekoliko stotina legura, spojeva i nekoliko čistih materijala ima karakteristike kvantne supravodljivosti.
Iskustvo Muhamedovog kovčega
"Mohamedov kovčeg" je vrsta trika sa levitacijom. Ovo je bio naziv eksperimenta koji je jasno pokazao efekat.
Prema muslimanskoj legendi, kovčeg proroka Muhameda bio je u vazduhu u limbu, bez ikakve podrške i podrške. Upravootuda naziv iskustva.
Naučno objašnjenje iskustva
Superprovodljivost se može postići samo na veoma niskim temperaturama, tako da se supravodič mora prethodno ohladiti, na primer, gasovima visoke temperature kao što su tečni helijum ili tečni azot.
Tada se magnet postavlja na površinu ravnog hlađenog supravodiča. Čak i u poljima sa minimalnom magnetnom indukcijom koja ne prelazi 0,001 Tesla, magnet se uzdiže iznad površine supravodnika za oko 7-8 milimetara. Ako postepeno povećavate jačinu magnetnog polja, rastojanje između površine supravodiča i magneta će se sve više povećavati.
Magnet će nastaviti da levitira sve dok se spoljašnji uslovi ne promene i supravodnik ne izgubi svoje supravodljive karakteristike.
