La lévitation est le dépassement de la gravité, dans lequel le sujet ou l'objet est dans l'espace sans support. Le mot "lévitation" vient du latin Levitas, qui signifie "légèreté".
La lévitation n'est pas synonyme de vol, car ce dernier est basé sur la résistance de l'air, c'est pourquoi les oiseaux, les insectes et les autres animaux volent et ne lévitent pas.
Lévitation en physique
La lévitation en physique fait référence à la position stable d'un corps dans un champ gravitationnel, alors que le corps ne doit pas toucher d'autres objets. La lévitation implique des conditions nécessaires et difficiles:
- Une force qui peut compenser l'attraction gravitationnelle et la force de gravité.
- La force qui peut assurer la stabilité du corps dans l'espace.
De la loi de Gauss, il s'ensuit que dans un champ magnétique statique, les corps ou objets statiques ne sont pas capables de lévitation. Cependant, si vous modifiez les conditions, vous pouvez obtenir une lévitation.
Lévitation Quantique
Le grand public a pris conscience pour la première fois de la lévitation quantique en mars 1991, lorsqu'une photo intéressante a été publiée dans la revue scientifique Nature. Il montrait le directeur du laboratoire de recherche sur la supraconductivité de Tokyo, Don Tapscott, debout sur une plaque supraconductrice en céramique, et il n'y avait rien entre le sol et la plaque. La photo s'est avérée réelle et la plaque, qui, avec le réalisateur debout dessus, pesait environ 120 kilogrammes, pouvait léviter au-dessus du sol grâce à un effet de supraconductivité connu sous le nom d'effet Meissner-Ochsenfeld.
Lévitation diamagnétique
C'est le nom du type d'être suspendu dans le champ magnétique d'un corps contenant de l'eau, qui est lui-même un diamant, c'est-à-dire un matériau dont les atomes sont capables d'être magnétisés contre la direction de l'électromagnétique principal champ.
Dans le processus de lévitation diamagnétique, le rôle principal est joué par les propriétés diamagnétiques des conducteurs, dont les atomes, sous l'action d'un champ magnétique externe, modifient légèrement les paramètres du mouvement des électrons dans leurs molécules, ce qui conduit à l'apparition d'un champ magnétique faible de sens opposé au champ principal. L'effet de ce faible champ électromagnétique est suffisant pour vaincre la gravité.
Pour démontrer la lévitation diamagnétique, les scientifiques ont mené à plusieurs reprises des expériences sur de petits animaux.
Ce type de lévitation a été utilisé dans des expériences sur des objets vivants. Lors d'expériences enun champ magnétique externe avec une induction d'environ 17 Tesla, un état suspendu (lévitation) des grenouilles et des souris a été atteint.
Selon la troisième loi de Newton, les propriétés des diamagnets peuvent être utilisées inversement, c'est-à-dire pour faire léviter un aimant dans le champ d'un diamagnet ou pour le stabiliser dans un champ électromagnétique.
La lévitation diamagnétique est de nature identique à la lévitation quantique. Autrement dit, comme avec l'action de l'effet Meissner, il y a un déplacement absolu du champ magnétique du matériau du conducteur. La seule légère différence est que pour obtenir la lévitation diamagnétique, un champ électromagnétique beaucoup plus fort est nécessaire, cependant, il n'est pas du tout nécessaire de refroidir les conducteurs afin d'atteindre leur supraconductivité, comme c'est le cas avec la lévitation quantique.
Chez vous, vous pouvez même mettre en place plusieurs expériences sur la lévitation diamagnétique, par exemple, si vous avez deux plaques de bismuth (qui est un diamagnétique), vous pouvez mettre un aimant à faible induction, environ 1 T, dans un état suspendu. De plus, dans un champ électromagnétique avec une induction de 11 Tesla, vous pouvez stabiliser un petit aimant dans un état suspendu en ajustant sa position avec vos doigts, sans toucher du tout l'aimant.
Les dia-aimants les plus fréquents sont presque tous des gaz inertes, du phosphore, de l'azote, du silicium, de l'hydrogène, de l'argent, de l'or, du cuivre et du zinc. Même le corps humain est diamagnétique dans le bon champ magnétique électromagnétique.
Lévitation magnétique
La lévitation magnétique est un moyen efficaceune méthode de levage d'un objet à l'aide d'un champ magnétique. Dans ce cas, la pression magnétique est utilisée pour compenser la gravité et la chute libre.
Selon le théorème d'Earnshaw, il est impossible de maintenir un objet dans un champ gravitationnel de façon constante. Autrement dit, la lévitation dans de telles conditions est impossible, mais si nous prenons en compte les mécanismes d'action des diamagnets, des courants de Foucault et des supraconducteurs, une lévitation efficace peut être obtenue.
Si la lévitation magnétique fournit une portance avec un support mécanique, ce phénomène est appelé pseudo-lévitation.
Effet Meissner
L'effet Meissner est le processus de déplacement absolu du champ magnétique de tout le volume du conducteur. Cela se produit généralement lors de la transition du conducteur à l'état supraconducteur. C'est ce que les supraconducteurs diffèrent des supraconducteurs idéaux - malgré le fait que les deux n'ont pas de résistance, l'induction magnétique des conducteurs idéaux reste inchangée.
Pour la première fois, ce phénomène a été observé et décrit en 1933 par deux physiciens allemands - Meissner et Oksenfeld. C'est pourquoi la lévitation quantique est parfois appelée effet Meissner-Ochsenfeld.
Des lois générales du champ électromagnétique, il s'ensuit qu'en l'absence de champ magnétique dans le volume d'un conducteur, seul un courant de surface y est présent, qui occupe l'espace près de la surface du supraconducteur. Dans ces conditions, un supraconducteur se comporte de la même manière qu'un dia-aimant, tout en n'en étant pas un.
L'effet Meissner est divisé en plein et partiel, enselon la qualité des supraconducteurs. L'effet Meissner complet est observé lorsque le champ magnétique est complètement déplacé.
Supraconducteurs haute température
Il y a peu de supraconducteurs purs dans la nature. La plupart de leurs matériaux supraconducteurs sont des alliages, qui ne présentent le plus souvent qu'un effet Meissner partiel.
Dans les supraconducteurs, c'est la capacité de déplacer complètement le champ magnétique de son volume qui sépare les matériaux en supraconducteurs des premier et second types. Les supraconducteurs du premier type sont des substances pures, telles que le mercure, le plomb et l'étain, capables de démontrer l'effet Meissner complet même dans des champs magnétiques élevés. Les supraconducteurs du deuxième type sont le plus souvent des alliages, ainsi que des céramiques ou certains composés organiques, qui, dans des conditions de champ magnétique à forte induction, ne sont capables de déplacer que partiellement le champ magnétique de leur volume. Néanmoins, dans des conditions de très faible intensité de champ magnétique, presque tous les supraconducteurs, y compris le type II, sont capables de produire pleinement l'effet Meissner.
Plusieurs centaines d'alliages, de composés et plusieurs matériaux purs sont connus pour avoir les caractéristiques de la supraconductivité quantique.
Mohammed's Coffin Experience
"Le cercueil de Mohammed" est une sorte de tour avec lévitation. C'est le nom de l'expérience qui a clairement démontré l'effet.
Selon la légende musulmane, le cercueil du prophète Mahomet était dans les airs dans les limbes, sans aucun soutien ni soutien. Exactementd'où le nom de l'expérience.
Explication scientifique de l'expérience
La supraconductivité ne peut être atteinte qu'à de très basses températures. Le supraconducteur doit donc être préalablement refroidi, par exemple avec des gaz à haute température tels que l'hélium liquide ou l'azote liquide.
Ensuite, un aimant est placé à la surface d'un supraconducteur refroidi à plat. Même dans des champs avec une induction magnétique minimale ne dépassant pas 0,001 Tesla, l'aimant s'élève au-dessus de la surface du supraconducteur d'environ 7 à 8 millimètres. Si vous augmentez progressivement l'intensité du champ magnétique, la distance entre la surface du supraconducteur et l'aimant augmentera de plus en plus.
L'aimant continuera à léviter jusqu'à ce que les conditions externes changent et que le supraconducteur perde ses caractéristiques supraconductrices.
