Фізичні засади магнітної левітації на постійних магнітах. Конспект презентації проекту з фізики на тему «Магнітна левітація

Як відомо, у Землі, через сформований світопорядок, існує певне, а мрією людини завжди було подолання її будь-якими способами. Левітація магнітна - термін швидше фантастичний, ніж той, що відноситься до повсякденної реальності.

Спочатку під ним малася на увазі гіпотетична здатність невідомим чином долати земне тяжіння і переміщати людей або предмети повітрям без допоміжного обладнання. Проте нині поняття «магнітна левітація» вже є цілком науковим.

Розробляється відразу кілька інноваційних ідей, основу яких лежить дане явище. І всі вони у перспективі обіцяють чудові можливості для різнобічного застосування. Щоправда, здійснюватися магнітна левітація буде не магічними прийомами, а з використанням цілком конкретних досягнень фізики, а саме розділу, що вивчає магнітні поля і все, що з ними пов'язано.

Зовсім небагато теорії

Серед людей, далеких від науки, існує думка, що магнітна левітація являє собою політ магніту, що направляється. Насправді, під цим терміном мається на увазі подолання предметом гравітації за допомогою магнітного поля. Однією з його характеристик є магнітний тиск, він і використовується для «боротьби» із земним тяжінням.

Простіше кажучи, коли гравітація притягує об'єкт вниз, магнітний тиск спрямовується таким чином, щоб він відштовхував його у зворотному напрямку – вгору. Так з'являється левітація магніту. Труднощі реалізації теорії в тому, що статичне поле нестабільне і не фокусується в заданій точці, так що ефективно протистояти тяжінню може не зовсім. Тому потрібні допоміжні елементи, які нададуть магнітному полю динамічну стійкість, щоб левітація магніту була регулярним явищем. Як стабілізатори для нього використовуються різні прийоми. Найчастіше - електрострум через надпровідники, але є й інші напрацювання у цій галузі.

Технічна левітація

Власне, магнітний різновид відноситься до більш широкого терміну подолання гравітаційного тяжіння. Отже, технічна левітація: огляд методів (дуже короткий).

З магнітною технологією ми ніби трохи розібралися, але існують ще електричний метод. На відміну від першого, другий може бути використаний для маніпуляцій із виробами з різноманітних матеріалів (у першому випадку – лише намагнічених), навіть діелектриків. Поділяється також електростатична та електродинамічна левітація.

Можливість частинок під впливом світла здійснювати рух була передбачена ще Кеплером. А існування доведено Лебедєвим. Рух частки у бік джерела світла (оптична левітація) називається позитивним фотофорезом, а зворотному напрямі - негативним.

Левітація аеродинамічна, відрізняючись від оптичної, досить широко застосовується в технологіях дня нинішнього. До речі, «подушка» - один із її різновидів. Найпростіша повітряна подушка виходить дуже легко - в підкладці-носія свердлиться безліч отворів і через них продувається стиснене повітря. При цьому повітряна підйомна сила врівноважує масу предмета, і той ширяє в повітрі.

Останній відомий науці на даний момент спосіб – левітація з використанням акустичних хвиль.

Які приклади магнітної левітації?

Фантасти мріяли про портативні апарати розміром з рюкзак, які могли б «левітувати» людину в потрібному напрямі зі значною швидкістю. Наука поки що пішла іншим шляхом, більш практичним і здійсненним - був створений поїзд, що переміщається за допомогою магнітної левітації.

Історія суперпоїздів

Вперше ідею складу, який використовує лінійний двигун, подав (і навіть запатентував) німецький інженер-винахідник Альфред Зейн. І було це 1902 року. Після цього розробки електромагнітного підвісу та поїзда, оснащеного ним, з'являлися із завидною регулярністю: у 1906 р. Франклін Скотт Сміт запропонував ще один прототип, між 1937 та 1941 роками. ряд патентів на цю ж тему отримав Герман Кемпер, а трохи пізніше британець Ерік Лейзвейт створив працюючий прототип двигуна в натуральну величину. У 60-х він же брав участь у розробці Tracked Hovercraft, який мав стати самим, але так і не став, оскільки через недостатнє фінансування у 1973-му проект був закритий.

Тільки через шість років, причому знову в Німеччині, був побудований поїзд на магнітній подушці, який отримав ліцензію на пасажирські перевезення. Випробувальний трек, прокладений у Гамбурзі, мав довжину меншу за кілометр, але сама ідея так надихнула суспільство, що потяг функціонував і після закриття виставки, встигнувши за три місяці перевезти 50 тисяч людей. Швидкість його, за сучасними мірками, була не така вже й велика - всього 75 км/год.

Не виставковий, а комерційний маглів (так назвали потяг, що використовує магніт), курсував між аеропортом Бірмінгема та залізничною станцією з 1984 р., і протримався на своїй посаді 11 років. Довжина колії була ще меншою, всього 600 м, а над полотном поїзд піднімався на 1,5 см.

Японський варіант

Надалі ажіотаж з приводу поїздів на магнітній подушці в Європі вщух. Натомість до кінця 90-х активно активно зацікавилася така країна високих технологій як Японія. На її території вже прокладено кілька досить протяжних трас, якими літають маглеви, що використовують таке явище як магнітна левітація. Цій країні належать і швидкісні рекорди, поставлені даними поїздами. Останній показав швидкісний режим понад 550 км/год.

Подальші перспективи використання

З одного боку, маглеви привабливі своїми можливостями швидкого переміщення: за розрахунками теоретиків, їх можна буде найближчим часом розігнати до 1 000 кілометрів на годину. Адже їх приводить у дію магнітна левітація, а гальмує тільки опір повітря. Тому надання максимально аеродинамічних абрисів складу сильно знижує його вплив. До того ж через те, що рейок вони не торкаються, знос у таких поїздів вкрай повільний, що економічно дуже вигідно.

Ще один плюс - зниження шумового ефекту: маглеви пересуваються майже безшумно порівняно із звичайними поїздами. Бонусом також йде використання в них електроенергії, що дозволяє знизити шкідливий вплив на природу та атмосферу. Крім того, здатний долати крутіші схили, а це виключає необхідність прокладання залізничного полотна в обхід пагорбів та спусків.

Застосування в енергетиці

Не менш цікавим практичним напрямом вважатимуться широке застосування магнітних підшипників у ключових вузлах механізмів. Їх установка вирішує серйозну проблему зношування вихідного матеріалу.

Як відомо, класичні підшипники стираються досить швидко - вони постійно зазнають високих механічних навантажень. У деяких областях необхідність заміни цих деталей означає не лише додаткові витрати, а й високий ризик для людей, які обслуговують механізм. зберігають працездатність у багато разів довше, тому їх застосування дуже доцільно для будь-яких екстремальних умов. Зокрема, в атомній енергетиці, вітрових технологіях чи галузях, що супроводжуються надзвичайно низькими/високими температурами.

Літальні апарати

У проблемі, як здійснити магнітну левітацію, напрошується резонне питання: коли ж, нарешті, буде виготовлено та представлено прогресивному людству повноцінний літальний апарат, у якому буде використано левітацію магнітну? Адже непрямі свідчення, що подібні НЛО існували, є. Взяти, наприклад, індійські «вимани» найдавнішої епохи чи вже ближчі до нас у часовому співвідношенні гітлерівські «дисколети», використовують, зокрема й електромагнітні методи організації підйомної сили. Збереглися зразкові креслення і навіть фото моделей, що діють. Питання залишається відкритим: як втілити ці ідеї в життя? Але далі не надто життєздатних досвідчених зразків у сучасних винахідників поки не йдеться. А може, це ще надто секретна інформація?

3.4. Магнітостат.

"Магнітостат- апарат здатний

переміщатися у магнітному полі

за рахунок діамагнітної виштовхувальної

сили, що діє на все

діамагнетики у магнітних полях"

Частково силові лінії зовнішнього магнітного поля частково прагнуть обігнути діамагнетик

>

Але найбільше це яскраво виражено у надпровідників. Вихідне магнітне поле намагається зімкнутися і виштовхнути із себе цю магнітну аномалію. Оскільки F1>F2 (див. рис.3) ми локально отримаємо аналог Силі Архімеда (Fa), для магнітного поля.

І діамагнетики та надпровідники витісняються з магнітного поля з більшою інтенсивністю в магнітне поле з меншою інтенсивністю. Природно, що інтенсивність магнітного поля в магнітосфері поблизу Землі і вище відрізняється. Тому і в магнітному полі Землі також на всі діамагнетики та надпровідники діє виштовхувальна сили, і якби магнітне поле Землі було б досить сильним, то і в ньому спостерігалася б "Діамагнітна Левітація". Головне питання полягає в тому, що здатна сила магнітної левітації забезпечить достатню підйомну силу для польоту літального апарату? Математичний аналіз:Припустимо, що поле всередині діамагнітної кулі нуль. Куля зроблена з надтонкої пленці свинцю і охолоджена до 4К. При переміщенні кулі, а точніше, сфери з області з високою напруженістю поля в область з низькою ми маємо різницю енергетичних станів. У разі відбувається робота. Яка дорівнює добутку сили на шлях, який у цьому випадку є підйомом по висоті. Таким чином можна знайти силу як диференціал магнітної енергії по висоті.
Об'ємна енергія магнітного поля (у системі СІ на метр кубічний) обчислюється як
квадрат магнітної індукції поділений на 2 та на магнітну постійну
(або як квадрат напруженості помножений на магнітну постійну і поділений на два, як кому більше подобається)
диференціюємо цей вираз по dh, де h це координата висоти.
Отримуємо силу F (що діє у вертикальному напрямку) як рівною:
твору магнітної індукції з її градієнт за висотою, поділені на магнітну постійну.
На рівні максимальна індукція магнітного поля Землі 5*10Е-5 Тл,
максимальний градієнт магнітного поля Землі -2*10Е-11 (!!!) Тл/метр
Отримуємо -10Е-9 ньютона, або приблизно 0,1 мікрограма підйомної сили на кубічний метр.
КУБІЧНИЙ КІЛОМЕТР такої кулі підніме 100 г, тобто склянку горілки.
Звідси, будуючи деякі соленоїди Землі можна загалом збільшити це приблизно на три порядку. Що дуже мало. КоментаріЯк ми бачимо з математичного аналізу діамагнітна левітація в магнітному полі Землі, з використанням ідеальної діамагнетики яким є надпровідник, цілком можлива, якщо звичайно надпровідна куля діаметром в 1 км, важитиме менше 100 грам. Також є можливість певною мірою збільшити підйомну силу даного апарату, за рахунок зміни конструкції.

Але все одно в чистому вигляді, левітація в магнітному полі Землі, без наявності статичного електричного заряду, який взаємодіє також і з електричним полем Землі, навряд чи можливо. Але електричне поле нестабільне за висотою і сильно слабшає на висоті 8-10 км. На жаль, нерухоме магнітне поле не взаємодіє з нерухомими зарядами. Щось одне має рухатись. Сфера використання.Підйомна сила діамагнітного літального апарату з надпровідника (ідеального діамагнетика) прямо пропорційна площі оболонки літального апарату і обернено пропорційна масі літального апарату: F=k*(S/M) F-підйомна сила k-коефіцієнт пропорційності S-площа оболонки літального апарату літального апарата З цього співвідношення видно, що сила F, що штовхає, залежить від площі, оболонки літального апарату і маси літального апарату. При цьому чим більше площа тим, більша підйомна сили. А ось маса, яка природно зростає при збільшенні площі оболонки, зменшує силу F. Але в космосі, у невагомості збільшення маси, не настільки критично в порівнянні з умовами існуючими на Землі. У невагомості площа апарату може бути величезною, ми готові розгортати багатокілометрові "Сонячні вітрила". Використання ж надпровідника, дозволить отримати стабільну прогнозовану штовхаючу силу, без прив'язки до "сонячного вітру", а враховуючи площу магнітостата, надпровідна оболонка може працювати також як і "сонячний вітрило", а додаткова штовхаюча сила (Fd) зробить цей апарат більш маневреним. . При чому сила (Fd) рухатиме апарат по круговій орбіті навколо Сонця, а "Сонячний вітер" (Fs) зноситиме апарат від Сонця.

Зважаючи на те, що сила (Fd) спрямована перпендикулярно силовим лініям, і направлятиме апарат навколо сонця, а "сонячний вітер" створює силу (Fs) від Сонця. При чому якщо площа апарату буде досить велика, то він зможе переміщатися не тільки в магнітному полі Сонця, до самих околиць Сонячної системи, а й далі вже в магнітному полі нашої галактики, направившись до інших Зірок, як за рахунок діамагнітної сили (Fd ) і за рахунок сили (Fs). Поза сонячною системою сила Fs (сила тиску сонячного вітру та світла) буде мінімальною і нею можна знехтувати. Також треба розуміти, що можлива "прив'язка" до магнітного поля. Цілком може замінити апарату, гігантські сонячні вітрила. В силу того, що "Потік сонячної плазми "вимітає" з внутрішньої частини сонячної системи планетні та галактичні магнітні поля. Сонячний вітер "гнатиме" галактичне поле перед собою доти, доки не буде досягнуто динамічної рівноваги між тиском сонячного вітру та тиском галактичної середовища. Це відбувається на відстані від 10 до 100 астрономічних одиниць", типові величини швидкостей між 300 і 800 км/с , і це без урахування того, що це магнітне поле має також тенденцію рухатися навколо Сонця, що обертається, в вірніше з ним. А магнітостат, в силу своєї діамагнітності, як би "вморожений" в це магнітне поле, що обертається, рухається і гнане сонячним вітром. У цьому сенсі це магнітне поле може стати для магнітостата аналогом "сонячного вітрила". Особливості конструкції.Пристрій літального апарату дуже простий. Це буде куля, але розділена на вісім або навіть більше сегментів, при цьому кожна півсфера буде поділена на чотири сегменти, в принципі так само як і у футбольному м'ячі. Управління літального апарату здійснюється за допомогою "вмикання" та "відключення" окремих сегментів оболонки кулі. Включення сегмента означає, що надпровідний лист знаходиться відповідно у надпровідному стані. Відключення сегмента означає, що надпровідний лист переходить із надпровідного в нормальний стан шляхом підвищення температури листа. Для цього просто достатньо прибрати світлозахисне покриття або в інший спосіб нагріти цей лист. Якщо ж ми хочемо відновити надпровідні властивості екрану, треба знову охолодити шляхом виключивши на нього потрапляння сонячних променів, при цьому сегмент охолоне просто випромінюючи у вакуум тепло у вигляді електромагнітних хвиль, теплового спектра.

При "відключенні" сегмента при перекладі їх у звичайний стан з'являється сила, що штовхає, спрямована в бік вимкненого сегмента, при цьому магнітні силові лінії легко пронизують "вимкнений" сегмент кулі. Звичайно, весь літальний апарат рухається в цьому напрямку. Для переміщення такого магнітного літального апарату у космосі потрібна лише наявність магнітного поля. Природно, що в міжзоряному просторі, де випромінювання від зірок відносно не велике слід передбачити більш традиційні способи нагріву, тобто "вимикання" сегментів. Конструкція сегментів.Кожен сегмент – це сендвіч: світловий екран, надпровідник, тепловий екран. Поза кулею та в порожнинах між екранами знаходиться космічний вакуум, в якому всі тіла інтенсивно охолоджуються за рахунок теплового випромінювання з поверхні апарату. Ось конструкція сегмента у розрізі.

Охолодження "включення" сегмента відбувається за рахунок тепловіддачі випромінюванням, яка пропорційна площі поверхні і, за законом Стефана - Больцмана, четвертою мірою її температури. Охолодження у вакуумі, в умовах космосу можливе: як шляхом випаровування рідини та тепловим випромінюванням з поверхні апарату. Випарники застосовують рідко, адже для них треба брати із собою запас "холодоагенту". Набагато частіше використовують радіатори, що допомагають "випромінювати" тепло в космос. Нагрів або "вимикання" сегмента також відбувається природним способом, при попаданні на надпровідник світлової енергії. Для цього світловідбиваючий екран повинен стати хоча б частково прозорим для променів сонця. Епілог.В основі створення штовхаючої без реактивної сили за допомогою якої цілком можливо літати в міжпланетному і навіть міжзоряному просторі практично без витрат енергії, добре відомий ефект виштовхування діамагнетиків з магнітного поля. Фактично сила, що виштовхує діамагнетик з магнітного поля, є аналог всім відомої сила Архімеда, але вже діюча в магнітному полі. А коли діамагнітна сила, що виштовхує, є аналог Сили Архімеда, за рахунок якої левітують в атмосфері всі Стратостати. То за аналогією я і назвав апарат, здатний переміщатися в магнітному полі - "МАГНІТОСТАТОМ". Припускаю, що якщо якимось чином "схрестити" магнітостат з конденсатором, вирішивши проблему концентрації великого електричного заряду відносно невеликому обсязі. То магнітостат зможе левітувати й у межах електричного поля Землі. Література: 1. Моделіст конструктор 1975-2. Лютий 1975 року. І. Євстратов. Елекоптер-магнітоліт? http://publ.lib.ru/ARCHIVES/M/%27%27Modelist-konstruktor%27%27/%27%27MK%27%27,1975,N02.%5Bdjv%5D.zip 2. Левітація (фізика) http://ua.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. Діамагнетики. Матеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії http://ua.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 Архімеда. Словники та Енциклопедії на Академіки. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/154577 5.ДіамагнетизмМатеріал з Вікіпедії - вільної енциклопедії http://ua.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.МАГНІТНА ЛЕВІТАЦІЯ. 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. МІЖГАЛАКТИЧНЕ МАГНІТНЕ ПОЛЕ Ю.М. Гнєдін, доктор фізико-математичних наук ГАО РАН http://www.inauka.ru/astronomy/article99696/print.html 8. Електростат. http://zhurnal.lib.ru/l/lemeshko_a_w/aba.shtml 9. Ігор Афанасьєв, Дмитро Воронцов Анатомія супутника http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/6330/ 10. http://works. tarefer.ru/89/100141/index.html Андрій. 2010

Давайте докладніше розглянемо принцип дії левітації: створюється дуже потужне силове поле, в яке поміщають людину, яка має власне енергетичне поле, або якийсь предмет. Левітація не спостерігатиметься, якщо лінії спрямованості енергетичних полів співпадуть. Якщо ж силові поля та лінії не збігатимуться, то ми зможемо спостерігати ефект левітації. Як результат, ми отримуємо предмет (або людину), що спирається на енергетичне поле Землі. При підвищенні своєї енергетики, ми створюємо та розширюємо навколо себе додаткове енергополе.
Існує таке поняття як «Зміна полярності». Цей процес полягає у наступному. Як давно відомо, магніт має два протилежні полюси «+» і «-». Так і людина має дві сторони — духовну та матеріальну.

Людина, яка живе матеріальною, ніколи не зможе «парити». Тому що він має велику силу тяжіння до Землі (гравітація); тобто спрямованості полів збігаються. Якщо ж у людині перевищує духовний початок, вона прагне чогось піднесеного, то поступово «втрачатиме вагу».

Багато випадків левітації були в моменти проривів свідомості, екстазу, зв'язку з абсолютною силою.

Магнітна левітація

Раніше ми вже говорили трохи про левітацію магнітів. Зараз ви дізнаєтесь про це ще більше.

Магнітна левітація- Це метод, який полягає в тому, що підйом предмета проводитися за допомогою тільки магнітного поля. Найчастіше використовується у фізиці.
Левітація можлива під час використання діамагнетиків, надпровідників, сервомеханізмів, систем з вихровими струмами. Магнітні системи та матеріали притягують та відштовхують один одного з такою силою, яка залежить від магнітного поля, а також від поверхні магніту.

Магнітна левітація використовується у транспорті. Її ще називають маглів.

Магльов— спосіб транспортування, який спрямовує, наводить і підвішує рух транспортні засоби, при цьому використовуючи магнітну левітацію. Такий спосіб тихий та швидкий. Максимальна швидкість, яка була зафіксована у Маглєва, дорівнює 581 км/год (Японія, 2003).

Магнітна левітація була продемонстрована на живих об'єктах та підтверджена дослідами.

Вперше на собі зазнала ефекту левітації миша. Вчені з NASA змусили лабораторну мишу левітувати над поверхнею завдяки створеному магнітному полю достатньої сили. Тобто F>P, де F – це сила поля, а P – вага миші. Створений магніт працює за кімнатної температури. Це дивовижний факт, адже раніше такого досягти не вдавалося. До цього такі досліди проводилися на менших тваринах (жабах, жуках).

Дослідники із США, Університет Райсу зайшли ще далі. Вони стверджують, що з допомогою магнітної левітації можна виростити штучні органи. Адже тоді вони мали б тривимірну структуру. Це допомогло б проводити різні експерименти. І було створено «повітряний капіляр».

Акустична левітація

Ще один експеримент левітації людини ґрунтується на допомозі звуку, ефект стоячих хвиль.

Акустична левітація– феномен, у якому силі тяжкості протидіють звукові хвилі, це дозволяє предмету ширяти повітря. Утворюються стоячі хвилі за допомогою звукових розрядів. Підйом відбудеться тоді, коли частота хвиль співпаде із частотою об'єкта.

Може здаватися, що це неймовірно, адже як звук може підняти предмет. Але це дуже реальне явище, відоме ще у давнину.
Дослідженнями акустичних здібностей людини займається Інститут Ксана. Вони засновані на знаннях про повітря, властивості звуку та гравітації.

Звук– це вібрації; вони відбуваються у будь-якому середовищі (газ, рідина, твердий). Звукові хвилі йдуть від джерела, яке може змінювати форму. Приклад: від удару змушує дзвін вібрувати у повітрі. Звук не поширюватиметься, якщо немає молекул (як у вакуумі).

Акустична левітація складається із двох частин:

1. Перетворювач (поверхня, що виробляє хвилі);
2. Відбивач (пластина, що відбиває хвилю).

Якщо правильно використовувати звукові хвилі, що стоять, то можна підвісити краплю води прямо в повітрі.
Принцип дії такої левітації: звукові хвилі проводиться у закритій області; рахунок цього утворюються області різного рівня тиску.

У чому все-таки полягає секрет левітації? Тут погляди розходяться, і точної відповіді не знайдено. Одні кажуть, що люди якимось чином вміють зменшувати вагу свого тіла; інші пояснюють цей феномен існуванням у людині сил «підйому», вони діють лише у стані трансу (йоги).

Але є ще й така теорія: людина – це нащадок інопланетних істот; від них ми отримали здатність долати гравітацію. Потрібно, щоб у кожної людини просто прокинулася генна пам'ять, тоді ми зможемо літати, і левітація не буде чимось незвичайним і загадковим.

Наразі існує маса фокусів, секретів, які нам показують на сцені. Кріс Енджел- І фокусник, і ілюзіоніст, і каскадер - зробив такий трюк, в якому він показує свою здатність левітувати (пролітає над будинками). Такий відомий ілюзіоніст як Девід Коперфільднеодноразово показував політ над сценою під час своїх блискучих виступів. Секрет їхніх виступів є досить простим. Багато хто думав про магнітне поле, яке утворене за допомогою величезних магнітів, що знаходяться під сценою. Але все виявилося ще простіше. Коперфільдлітає завдяки дроту; металеві нитки тонкі та їх дуже важко помітити, особливо із зали.

Тема левітації стала дуже популярною. Її описують у літературі, знімають фільми про цей феномен. Наприклад, серіал «Зачаровані» — Фібі, молодша із сестер, має левітацію; серіал "Kyle XY" - левітує сам головний герой; серіал "Герої" - цим феноменом обдаровані брати Петреллі, Вест Розен і Сайлар.

Як кажуть багато вчених «Народжений повзати – літати не буде». Ви можете вірити в магічну левітацію або, навпаки, доводити, що можлива лише магнітна левітація. Але висновок один – цей феномен справді реальний і його варто глибше досліджувати.

Наука не стоїть на місці, експерименти продовжуватимуться.

Але кожен з вас повинен пам'ятати, що перший крок до левітації- Це підвищення власної енергетики! Нехай духовний початок перевищує матеріальний, вмійте володіти своїми емоціями, прагнете звільнитися від земної суєти, якщо хочете летіти вгору.

конспект презентації ПРОЕКТНОЇ РОБОТИ з фізики на тему «МАГНІТНА ЛЕВІТАЦІЯ»

зйогодня я хочу представити свій проект, який називається"Магнітна левітація" . Мій проект є дослідницьким, томуметою проекту єдослідження магнітних явищ та можливостей їх потенційного використання у сучасній техніці. ( слайд 1-2 )

Чому я вибрав цю тему? Дуже давно, як тільки я дізнався про властивості магнітів притягуватися і відштовхуватися, мене стало цікавити питання: чи можна використовувати цю властивість магнітів для утримання предметів у повітрі в стані «ширяння» над землею? Наприклад, чи можна створити диван, що «висить» у повітрі і м'яко амортизує, коли ви сідаєте на нього? ( слайд 3 )

З метою відповісти на це та інші схожі питання я поставив наступнізавдання : ( слайд 4 )

вивчити магнітні властивості речовин;

дослідити можливість магнітної левітації та

виявити потенційні галузі застосування магнітної левітації

У ході досліджень я з'ясував, що всі речовини в природі більшою чи меншою мірою мають магнітні властивості. При цьому одні з них при внесенні в магнітне поле втягуються в нього і розташовуються в напрямку магнітних ліній зовнішнього магнітного поля. Такі речовини називаютьсяпарамагнетиками . Наприклад,платина, марганець, хром . Інші речовини, навпаки, розташовуються поперек магнітних ліній зовнішнього магнітного поля та виштовхуються з нього. Такі речовини називаютьсядіамагнетиками . До них відносятьсямідь, алюміній, срібло і особливовисмут і сурма . Цей поділ речовин на парамагнетики та діамагнетики запропонував у1845 рокуМайкл Фарадей . Речовини, які мають особливо виражені властивості парамагнетиків («надпарамагнетики»), такі, якзалізо, нікель та кобальт , пізніше отримали назвуферомагнетики . ( слайд5 )

Крім того, є речовини, які самі створюють магнітне поле, так званіпостійні магніти . У постійних магнітах елементарні кільцеві струми навколо атомів та молекул орієнтовані однаково. Підсилюючи один одного, вони створюють у речовині та навколо нього магнітне поле. Постійні магніти зустрічаютьсяв природі у вигляді оксидів заліза – наприклад,магнетит або сплавів інших речовин, як, наприклад,неодимовий магніт - рідкоземельний постійний дуже потужний магніт, що складається зі сплавунеодиму, бору та заліза . Також постійні магніти люди навчилися створюватиштучно , сплавляючи деякі феромагнетики з пара-і діамагнетиками.( слайд 6 )

Чому ж магніти притягуються чи відштовхуються? Справа в тому, що кожен магніт маєдва полюси : північний іпівденний . Між цими полюсами проходять лінії магнітного поля – це сумарний напрямок елементарних кільцевих струмів. Так от, якщо напрямок магнітних ліній збігається, тобто. магніти поєднуютьсярізноіменними полюсами , то вонипритягуються . Одноіменні жполюса , навпаки,відштовхуються . ( слайд 7 )

Найпотужніші магніти, які вдалося створити людині, це –електромагніти . Кожен провід, яким тече електричний струм, створює навколо себе магнітне поле. Магнітне поле можна посилити, якщо згорнути провід у вигляді гвинтової спіралі. Отриману котушку зі струмом називаютьсоленоїдом . При збільшенні витків у котушці магнітне поле також зростає у силі. Ще більшого посилення магнітного поля можна досягти, якщо вставити в соленоїд залізний стрижень (сердечник ). Соленоїд із залізним сердечником усередині називаєтьсяелектромагнітом . ( слайд 8 )

Першим творцем електромагніту бувВільям Стерджен . 4 травня 1825 року він продемонстрував перший у світі електромагніт вантажопідйомністю36Н . У 1830 році роботу над електромагнітами продовжив учень СтердженаДжоуль, який зумів створити електромагніт, здатний підняти5500Н . вже за рік американський вченийДж. Генрі обігнав його, побудувавши електромагніт, що піднімав10000Н . А в 1840 Джоуль створив магніт власної конструкції, який утримував на вазі12000Н . Сучасні електромагніти піднімають вантажі вкілька десятків тонн ! Електромагніти знайшлишироке застосування у сільському господарстві для очищення зерна та на заводах для підйому ваг.( слайд 9 )

Отже, чи можна змусити магніт левітувати? Адже якщо магніти піднести один до одного однойменними полюсами, відштовхуючись, вони відразу прагнуть повернутися один до одного різноіменними полюсами, внаслідок чого відразу притягуються!Теорема Ірншоу доводить, що використовуючи тільки феромагнетики,неможливо стійко утримувати об'єкт у гравітаційному полі. Незважаючи на це, за допомогою сервомеханізмів, діамагнетиків, надпровідників та систем з вихровими струмамилевітація можлива ! ( слайд 10 )

У деяких випадках підйомна сила забезпечується магнітною левітацією, але є механічна підтримка, що дає стійкість. У цих випадках явище називаєтьсяпсевдолевітація . Безперечна стійка магнітна левітація можлива завдякимагнітним ямам , що виникають у магнітному полі, які можна вибудовувати за допомогою кількох магнітів.( слайд 11 )

Наступний фактор стійкої магнітної левітації –гіроскопічний ефект – стійкість осі обертання об'єкта у просторі (багатьом знайомий з дитинства ефект «дзиги» - юли). Для більшої наочності можна переглянути трихвилиннийвідеосюжет Ігоря Білецького "Магнітна левітація". ( слайд 12 )

Отже, магнітна левітація можлива! Де і як можна використовувати цю магнітну властивість?Перше : поїзд на магнітній подушцімагнітоплан абомаглів. Друге : магнітні підшипники. Третє : показ продукції ( слайд 13 )

Трохи докладніше про магнітоплан.Магльов – це потяг, що утримується над полотном дороги, рухомий та керований силою електромагнітного поля. ( слайд 14 )

Основніпереваги магльова. 1) найвища швидкість із усіх видів громадського наземного транспорту (до 603 км/год); 2) низьке споживання електроенергії (енергія у магльова витрачається втричі ефективніше, ніж у автомобіля та в 5 разів – ніж у літака); 3) зниження експлуатаційних витрат у зв'язку із значним зменшенням тертя деталей; 4) великі перспективи для досягнення швидкостей, що багаторазово перевищують швидкості, що використовуються в реактивній авіації (при зменшенні аердинамічного опору шляхом приміщення складу у вакуумний тунель); 5) у зв'язку з цим опрацьовуються проекти з використання магнітних прискорювачів як засіб виведення корисного навантаження в космос; 6) низький шум; 7) ККД цього поїзда вище порівняно з ККД сучасних поїздів. ( слайд 15 )

Зрозуміло, у маглевів є і свої недоліки, але їх набагато менше, ніж переваг: 1) висока вартість створення та обслуговування колії; 2) на відміну від рейкових шляхів для швидкісних поїздів, які залишаються доступними і для звичайних пасажирських і приміських поїздів, шлях магльова ні для іншого не придатний. ( слайд 16 )

Тим не менш, маглеви поступово завойовують шляхи сполучення. Так у1984 року вНімеччини (Емсланд) було побудовано перший випробувальний трек загальною довжиною 31,5 км. В даний час дорога використовується для проведення випробувань і як атракціон для туристів.За п'ять років вНімеччини (Берлін) було відкрито дорогу для руху пасажирів. Проїзд був безкоштовний, вагони керувалися автоматично без машиніста, дорога працювала лише у вихідні дні. В той самий час (з 1984 до 1995 ) вВеликобританії нешвидкісний магле-човник ходив від Бірменгемського аеропорту до найближчої залізничної станції.У СРСР в1987 році було розпочато будівництво першої магнітної залізниці у Вірменії. Проте спітакський землетрус та військові події стали причиною заморожування об'єкту. УКитаї Шанхайська маглів-траса відкрита в2002 року. Її довжина становить 30 км. 16 квітня2015 року маглівЯпонській компанії встановив новий рекорд швидкості, розігнавшись до 590 км/год. Утеперішній час вПівденній Кореї будується дорога, що належить до типу міського маглева.( слайд 17 )

У науковій фантастиці силові поля виконують ще одну функцію, крім відбиття ударів з променевої зброї, а саме є опорою, яка дозволяє долати силу тяжіння. У фільмі «Назад у майбутнє» Майкл Фокс катається на «ховерборді», або «дошці, що парить»; ця штука у всьому нагадує звичний скейтборд, ось тільки «їздить» повітрям, над поверхнею землі. Фізичні закони - такі, якими ми їх знаємо на сьогодні, - не дозволяють реалізувати подібний антигравітаційний пристрій (як ми побачимо в розділі 10). Але можна уявити собі у майбутньому створення інших пристроїв - ширяючих дощок і ширяючих автомобілів на магнітній подушці; ці машини дозволять нам легко піднімати і утримувати на вазі великі об'єкти. У майбутньому, якщо «надпровідність за кімнатної температури» стане доступною реальністю, людина зможе піднімати в повітря предмети, використовуючи можливості магнітних полів.

Якщо ми піднесемо північний полюс постійного магніту до північного полюса іншого такого ж магніту, магніти будуть відштовхуватися один від одного. (Якщо ми перевернемо один з магнітів і піднесемо його південним полюсом до північного полюса іншого, два магніти будуть притягуватися.) Цей принцип - те, що однойменні полюси магнітів відштовхуються, - можна використовувати для підйому з землі величезних тягарів. Вже зараз у кількох країнах триває будівництво технічно передових поїздів на магнітній підвісці. Такі поїзди проносяться не шляхом, а над ними на мінімальній відстані; на вазі їх утримують стандартні магніти. Поїзди ніби ширяють у повітрі і можуть завдяки нульовому тертю розвивати рекордні швидкості.

Перша у світі комерційна автоматизована транспортна система на магнітній підвісці була запущена в дію 1984 р. у британському місті Бірмінгемі. Вона з'єднала термінал міжнародного аеропорту та розташований неподалік залізничний вокзал. Поїзди на магнітній підвісці діють також у Німеччині, Японії та Кореї, хоча більшість із них не призначені для високих швидкостей. Перший швидкісний комерційний поїзд на магнітній підвісці почав ходити по ділянці траси, що запущена в дію в Шанхаї; цей поїзд рухається трасою зі швидкістю до 431 км/год. Японський поїзд на магнітній підвісці у префектурі Яманасі розігнався до швидкості 581 км/год - тобто рухався значно швидше, ніж звичайні поїзди на колесах.

Але пристрої на магнітній підвісці надзвичайно дорогі. Один із шляхів до збільшення їх ефективності - використання надпровідників, які при охолодженні до температур, близьких до абсолютного нуля, втрачають електричний опір. Явище надпровідності відкрив у 1911 р. Хейке Камерлінг-Оннес. Суть його полягала в тому, що деякі речовини при охолодженні до температури нижче 20 К (20 ° вище абсолютного нуля) втрачають будь-який електричний опір. Як правило, при охолодженні металу його електричний опір поступово зменшується. Справа в тому, що спрямованому руху електронів у провіднику заважають випадкові коливання атомів. При зменшенні температури розмах випадкових коливань зменшується, і електрика відчуває менший опір.) Але Камерлінг-Оннес, на свій подив, виявив, що опір деяких матеріалів за певної критичної температури різко падає до нуля.

Фізики одразу зрозуміли важливість отриманого результату. При передачі великі відстані у лініях електропередачі втрачається значної кількості електроенергії. Але якби опір вдалося усунути, електроенергію можна було б передавати в будь-яке місце майже задарма. Загалом, збуджений у замкнутому контурі електричний струм міг би циркулювати в ньому без втрат енергії мільйони років. Більше того, із цих надзвичайних струмів неважко було б створити магніти неймовірної потужності. А маючи такі магніти, можна було б без зусиль піднімати величезні вантажі.

Незважаючи на чудові можливості надпровідників, застосовувати їх дуже непросто. Тримати великі магніти в баках із надзвичайно холодними рідинами дуже дорого. Щоб зберігати рідини холодними, знадобляться величезні фабрики холоду, які піднімуть вартість надпровідних магнітів до надхмарних висот і зроблять їх використання невигідним.

Але одного разу фізикам, можливо, вдасться створити речовину, яка збереже надпровідні властивості навіть при нагріванні до кімнатної температури. Надпровідність за кімнатної температури - «святий Грааль» фізиків-твердотільників. Отримання таких речовин, ймовірно, послужить початком другої промислової революції. Потужні магнітні поля, здатні утримувати на вазі машини і потяги, стануть настільки дешевими, що навіть автомобілі, що «планують», можливо, виявляться економічно вигідними. Дуже можливо, що з винаходом надпровідників, що зберігають свої властивості при кімнатній температурі, фантастичні літаючі машини, які ми бачимо у фільмах «Назад у майбутнє», «Особлива думка» та «Зоряні війни», стануть реальністю.

У принципі цілком уявно, що людина зможе надягати спеціальний пояс із надпровідних магнітів, який дозволить йому вільно левітувати над землею. З таким поясом можна було б літати повітрям, подібно до Супермена. Взагалі, надпровідність при кімнатній температурі явище настільки чудове, що винахід і використання таких надпровідників описано в багатьох науково-фантастичних романах (таких, як серія романів про Світ-Кільце, створена Ларрі Нівеном в 1970).

Десятки років фізики безуспішно шукали речовини, які мали б надпровідність при кімнатній температурі. Це був стомлюючий нудний процес - шукали методом спроб і помилок, випробовуючи один матеріал за іншим. Але в 1986 р. було відкрито новий клас речовин, що отримали назву «високотемпературні надпровідники»; ці речовини знаходили надпровідність при температурах близько 90° вище за абсолютного нуля, або 90 К. Це відкриття стало справжньою сенсацією у світі фізики. Здавалося, відчинилися ворота шлюзу. Місяць за місяцем фізики змагалися одна з одною, прагнучи встановити новий світовий рекорд надпровідності. Якийсь час навіть здавалося, що надпровідність за кімнатної температури ось-ось зійде зі сторінок науково-фантастичних романів і стане реальністю. Але після кількох років бурхливого розвитку дослідження в галузі високотемпературних надпровідників почали сповільнюватись.

В даний час світовий рекорд для високотемпературних надпровідників належить речовині, що представляє собою складний оксид міді, кальцію, барію, талію та ртуті, що стає надпровідним при 138 К (-135 ° С). Ця відносно висока температура досі дуже далека від кімнатної. Але і це важливий рубіж. Азот стає рідким при температурі 77 К, а рідкий азот коштує приблизно стільки ж, скільки звичайне молоко. Тому для охолодження високотемпературних надпровідників можна використовувати звичайний рідкий азот, це недорого. (Зрозуміло, надпровідники, що залишаються такими і при кімнатній температурі, зовсім не вимагатимуть охолодження.)

Неприємне інше. Нині немає теорії, яка б пояснювала властивості високотемпературних надпровідників. Більше того, заповзятливого фізика, який зуміє пояснити, як вони працюють, чекає на Нобелівську премію. (У відомих високотемпературних надпровідниках атоми організовані в чітко виражені шари. Багато фізиків припускають, що саме шаруватість керамічного матеріалу дає можливість електронам вільно пересуватися всередині кожного шару, створюючи таким чином надпровідність. Але як саме і чому це відбувається - як і раніше, загадка.)

Нестача знань змушує фізиків шукати нові високотемпературні надпровідники по-старому, методом проб і помилок. Це означає, що горезвісна надпровідність при кімнатній температурі може бути відкрита будь-коли завтра, через рік, або взагалі ніколи. Ніхто не знає, коли буде знайдено речовину з такими властивостями і чи буде вона знайдена взагалі.

Але якщо надпровідники за кімнатної температури будуть відкриті, їх відкриття, швидше за все, породить величезну хвилю нових винаходів і комерційних додатків. Звичайними, можливо, стануть магнітні поля, в мільйон разів сильніші за магнітне поле Землі (яке становить 0,5 Гс).

Одна з властивостей, властивих усім надпровідникам, має назву ефекту Мейснера. Якщо помістити магніт над надпровідником, магніт зависне в повітрі, ніби підтримується невидимою силою. [Причина ефекту Мейснера полягає в тому, що магніт має властивість створювати всередині надпровідника власне «дзеркальне відображення», тому справжній магніт і його відображення починають відштовхуватися один від одного. Ще одне наочне пояснення цього ефекту – у тому, що надпровідник непроникний для магнітного поля. Він ніби виштовхує магнітне поле. Тому, якщо помістити магніт над надпровідником, силові лінії магніту при контакті з надпровідником спотворюються. Ці силові лінії і виштовхуватимуть магніт вгору, змушуючи його левітувати.)

Якщо людство отримає можливість використовувати ефект Мейснера, можна уявити шосе майбутнього з покриттям з такої спеціальної кераміки. Тоді за допомогою магнітів, розміщених у нас на поясі або на днищі автомобіля, ми зможемо чарівним чином парити над дорогою і помчатися до місця призначення без будь-якого тертя чи втрат енергії.

Ефект Мейснера працює тільки з магнітними матеріалами, такими як метали, але можна використовувати надпровідникові магніти для левітування немагнітних матеріалів, відомих як парамагнетики або діамагнетики. Ці речовини самі по собі не мають магнітних властивостей; вони знаходять їх лише у присутності та під впливом зовнішнього магнітного поля. Парамагнетики притягуються зовнішнім магнітом, діамагнетики відштовхуються.

Вода, наприклад, діамагнетик. Оскільки всі живі істоти складаються з води, вони можуть левітувати у присутності потужного магнітного поля. У полі з магнітною індукцією близько 15 Т (у 30 000 разів більш потужному, ніж магнітне поле Землі) вченим вже вдалося змусити левітувати невеликих тварин, таких як жаби. Але якщо надпровідність за кімнатної температури стане реальністю, можна буде піднімати в повітря і великі немагнітні об'єкти, користуючись їх діамагнітними властивостями.

На закінчення відзначимо, що силові поля в тому вигляді, в якому їх зазвичай описує фантастична література, не узгоджуються з описом чотирьох фундаментальних взаємодій нашого Всесвіту. Але можна припустити, що людині вдасться імітувати багато властивостей цих вигаданих полів за допомогою багатошарових щитів, що включають плазмові вікна, лазерні завіси, вуглецеві нанотрубки і речовини зі змінною прозорістю. Але реально такий щит може бути розроблений лише за кілька десятиліть, або навіть через століття. І якщо надпровідність при кімнатній температурі буде виявлена, у людства з'явиться можливість використовувати потужні магнітні поля; можливо, з їхньою допомогою вдасться підняти у повітря автомобілі та потяги, як ми бачимо у фантастичних фільмах.

Беручи все це до уваги, я відніс би силові поля до I класу неможливості, тобто визначив їх як щось неможливе для сьогоднішніх технологій, але реалізоване в модифікованій формі протягом найближчого століття або близько того.