FoodPro Preloader

Hvordan gjør de det? En nærmere titt på kvantemagnetisk levitasjon


En magnet som leviterer over en superleder som avkjøles av flytende nitrogen. I tre år som en bachelorfysikkstudent som utfører på vitenskap, viser magiske show og åpne hus, overbeviste jeg elevene (og noen ganger deres foreldre) at jeg var en slags tryllekunstner ved å levitere en liten terningformet magnet. Magn

En magnet som leviterer over en superleder som avkjøles av flytende nitrogen.

I tre år som en bachelorfysikkstudent som utfører på vitenskap, viser magiske show og åpne hus, overbeviste jeg elevene (og noen ganger deres foreldre) at jeg var en slags tryllekunstner ved å levitere en liten terningformet magnet. Magneten flyte over en superleder med bare en centimeter eller så, men det var rikelig med plass til å bøye et stykke papir mellom de to for å bevise at det ikke var bokstavelig talt noen snorer festet. Ved å trykke på en kant av kuben, ble den spunnet på plass, og selv om du presset magneten ned, ble den resolut bounced tilbake igjen - hvis det ikke klarte det, betydde det at superlederen måtte være kaldere.

En enkel oppskrift på denne vitenskapelig jordet stavningen ville være et sprut av flytende nitrogen for å kjøle en keramisk superleder som hviler i et Styrofoam-basseng og en magnet som produserer et sterkt permanent magnetfelt laget av sjeldne jordelementer.

Levitasjonen fungerer, takket være superledningsevne, som kunne forstås gjennom grunnleggende ledningsevneprinsipper. Visse elementer og materialer, passende kalt ledere, tjener som en elektrisk ledning, noe som betyr at elektroner kan passere gjennom dem relativt enkelt. Disse elektronene støter fortsatt på atomer som utgjør lederen og mister litt energi med hver kollisjon. Men når de avkjøles til en tilstrekkelig kald temperatur, kan elektronene strømme fritt gjennom lederen uten kollisjoner. Det er fordi elektroner kobles sammen til ekstremt lave temperaturer (mens varmen vil bryte den foreløpige båndet mellom dem). Selv om deres obligasjoner er svake, er det styrken i antall: Sammenkobling gjør det slik at kollisjonene som normalt vil lekke energi fra elektronstrømmen, ikke har noen effekt fordi kollisjonene er svakere enn elektronens bånd.

En superleders kritiske temperatur - hvor kaldt det må være for disse sammenkoblingene å være mulig - avhenger av materialet. Metalliske superledere som f.eks. Ren aluminium eller niob, har for eksempel ekstremt lave kritiske temperaturer, typisk bare noen få grader over absolutt null. Å bruke en av dem til et hjemmeforsøk er ikke et alternativ, men med mindre du har mye væskehelium som ligger rundt. (Væske helium koiler ved 4, 2 kelvins eller ca -270 grader Celsius, bare noen få grader sjenert av absolutt null). Heldigvis er det et alternativ: høytemperatur superledere, som er keramikk laget av flere elementer som tillater elektroner å strømme fritt under litt høyere enn de fleste kritiske temperaturer.

77 K (ca -196 grader C) virker ikke som en dag i tropene, men i superledernes verden er det rett og slett toasty. Det er også temperaturen ved hvilket flytende nitrogen - mye mer tilgjengelig enn flytende helium-koker. For de fleste høytemperatur keramiske superledere, som de som er laget av yttriumbarium kobberoksid (YBCO) eller vismutstrontiumkalsiumkarbonoksid (BSCCO), kan flytende nitrogen brukes til å avkjøle dem under kritiske temperaturer.

Vi har to stykker av puslespillet nå: en høytemperatur superleder og nok flytende nitrogen for å holde det kult. Men hvordan kan vi flyte en magnet over den avkjølte superlederen? (Eller omvendt: i vår video med Richard Garriott fløt han en avkjølt superleder over en seng av sjeldne jordmagneter.)

Kvantemagnetisk levitasjon koker ned til noe som kalles Meissner-effekten, som bare oppstår når et materiale er kaldt nok til å oppføre sig som en superleder. Ved normale temperaturer kan magnetfeltene passere gjennom materialet normalt. Når det er kaldt nok til å vise superledningsevne, blir disse magnetfeltene utvist. Noen magnetfelt som passerer gjennom, må i stedet bevege seg rundt det. Når en magnet er plassert over en superleder ved kritisk temperatur, skyver superlederveien sitt felt ved å virke som en magnet med samme pol som forårsaker magneten til å avstøte, det vil si "float" - ingen magisk håndflate nødvendig.

Luftpistoler brukt i offshore oljeutforskning kan drepe liten marine livRotte Studie Gnister Furor Over Genetically Modified FoodsHar det opprinnelige FN-klimamålet blitt glemt?En smut over: Usunn sot i luften kan også fremme global oppvarmingPine Bark Beetles klar for nye angrep på Canadas Boreal ForestsLøpet er på å beskytte millioner av mennesker fra flomDatamaskiner ville aldri ha funnet "Alien Superstructure" Star - det er nødvendig borgervitenskapGene-Modified Tomater Churn Out Sunn Næringsstoffer