Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Următoarea mare descoperire în domeniul supraconductibilitatii a avut loc în 1986 au fost: Georg Bednorz și K. Alex Müller a descoperit că joint-oxid-lantan bariu cupru are superconductivitatea extrem de ridicată (în comparație cu punctul de fierbere al heliului lichid) de temperatură - 35 K. Pentru următorul an, înlocuind lantan cu ytriu, a fost posibil să se realizeze supraconductibilitate la 93 K. desigur, standarde interne este încă temperaturi destul de scăzute, -180 ° C, dar mai important, că acestea sunt peste pragul de 77 K - punctul de fierbere al zhidkog ieftine azot. In plus imens de standardele supraconductori convenționale, temperatura critică pentru materialul YBa2Cu3O7-x (0? X? 0.65) și un număr de alte cuprat realizabile valori neobișnuit de mari ale câmpului magnetic critic și densitatea de curent. Această combinație remarcabilă permis de parametri nu numai utilizarea mult mai mare de supraconductori în domeniu, dar, de asemenea, pentru a face posibilă o varietate de experiențe interesante și spectaculoase care pot fi facute chiar si la domiciliu.







Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Prin setarea „masina zburatoare“, umplut cu supraconductor, cu electrozii de azot înmuiate melamină lichidă burete și teaca de folie pe o șină magnetică printr-un strat de o pereche de linii de lemn, se umple în azot lichid, „vmorazhivaya“ câmpul magnetic în supraconductor.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

După ce așteptați ca supraconductorul să se răcească la o temperatură mai mică de -180 ° C, îndepărtați cu grijă riglele de sub el. "Vagonul" rămâne în mod constant, chiar dacă nu l-am fixat în centrul căii ferate.

Pe cine să alegeți

Egal la zero

Prima noastră experiență este măsurarea rezistenței unui superconductor. Este chiar zero? Măsurarea cu un ohmmetru obișnuit este inutilă: va afișa zero și atunci când este conectat la un fir de cupru. Astfel de rezistențe mici sunt măsurate în mod diferit: un curent mare trece prin conductor și se măsoară picăturile de tensiune pe acesta. Ca sursă de curent, am luat o baterie alcalină convențională, care, atunci când este scurtcircuitată, dă aproximativ 5 A. La temperatura camerei, atât contorul de bandă superconductor cât și contorul de sârmă de cupru arată o rezistență de câteva sute de ohmi. Răcrăm conductorii cu azot lichid și observăm imediat un efect interesant: chiar înainte de a porni curentul, voltmetrul a arătat deja aproximativ 1 mV. Aparent, acest lucru este termo-emf, deoarece în schema noastră există mai multe metale diferite (cupru, lipit, oțel "crocodili") și picături de temperatură de sute de grade (scăzând această tensiune pentru măsurători ulterioare).

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Nu am reușit să reparăm o scădere de tensiune atunci când trecem un curent mai mare de 5 A prin supraconductor, ceea ce indică rezistența electrică zero.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Cel puțin, rezistența este mai mică de 20 μΩ - minimul care poate fi fixat de dispozitivul nostru.

Și acum să trecem curent prin cuprul răcit: aceeași fire arată rezistență numai în mii de ohmi. Și banda superconductoare? Conectăm acumulatorul, iar acul ampermetru se îndreaptă imediat spre capătul opus al scalei, dar voltmetrul citirilor nu se modifică nici măcar cu un milivolt zecime. Rezistența benzii în azot lichid este exact zero.

avioane

Acum, să ne îndreptăm spre interacțiunea superconductorului și a câmpului magnetic. mic câmp de supraconductor, în general, împins, iar mai puternic nu se pătrunde în fluxul continuu și într-o separat „jeturi“. În plus, dacă ne mișcăm un magnet în apropierea unui supraconductor, curenții induși în aceasta din urmă, și câmpul lor tinde să se întoarcă înapoi magnet. Toate acestea face posibilă o supraconductoare sau cum este numit, levitație cuantică: un magnet sau un supraconductor poate atarna in aer, a avut loc câmp magnetic constant. Pentru a vedea acest lucru, este suficient un magnet de pământ rare și o bandă de bandă superconductoare. Dacă avem cel puțin un metru de bandă și neodim magneți mai mari (am folosit discul 40? X? 5? Mm și cilindrul 25? X? 25? Mm), este posibil să se facă acest lucru o levitație foarte spectaculos, de ridicare greutatea suplimentară în aer.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei






Banda superconductoare din a doua generație are o structură complexă de mai multe straturi în scopuri diferite. Grosimea unor straturi este măsurată cu ajutorul nanometrilor, deci aceasta este nanotehnologia cea mai reală.

Mai întâi de toate, trebuie să tăiați banda în bucăți și să o fixați într-un ambalaj cu o suprafață și o grosime suficientă. Puteți, de asemenea, să-l fixați cu superglue, dar nu este prea fiabil, deci este mai bine să le lipiți cu un fier de lipit obișnuit, cu uzură obișnuită, cu folie de lipit obișnuită. Pe baza rezultatelor experimentelor noastre, putem recomanda două versiuni ale pachetelor. Primul este un pătrat cu o latură de trei lățimi de bandă (36? X? 36? Mm) din opt straturi, unde în fiecare strat următor benzile sunt așezate perpendicular pe benzile stratului anterior. Al doilea este un fulg de zăpadă cu opt raze, format din 24 de bucăți de benzi lungi de 40 mm stivuite unul peste celălalt astfel încât fiecare segment următor să fie rotit la 45 de grade față de cel precedent și să îl traverseze în mijloc. Prima opțiune este ușor de fabricat, mult mai compactă și mai durabilă, dar cea de-a doua asigură o mai bună stabilizare a magnetului și un consum economic de azot datorită absorbției sale în fisuri largi între foi.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Supraconductorul poate atârna nu numai deasupra magnetului, ci sub el și, în general, în orice poziție față de magnet. Doar ca un magnet nu trebuie să stea peste supraconductor.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Pentru a vedea levitația cuantică, este suficientă și o mică secțiune de bandă superconductoare. Adevărat, păstrați-vă în aer va primi doar un magnet mic și la o altitudine mică.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Un pachet cu opt straturi de benzi superconductoare poate purta cu ușurință un magnet foarte masiv la o înălțime de 1 cm sau mai mult. Creșterea grosimii sacului va duce la creșterea greutății și altitudinii de zbor. Dar, peste câțiva centimetri, magnetul, în orice caz, nu se va ridica.

Apropo, merită să spunem separat despre stabilizare. Dacă îngheți supraconductorul și apoi aduceți doar un magnet, atunci nu va exista nici un magnet - se va desprinde de superconductor. Pentru a stabiliza magnetul, trebuie să forțăm câmpul să pătrundă în supraconductor. Acest lucru se poate face în două moduri: prin "înghețare" și "presare". În primul caz, plasăm un magnet peste un superconductor cald pe un suport special, apoi turnați azot lichid și scoateți suportul. Această metodă funcționează bine cu "pătrat", funcționează și pentru ceramica monocristalină, dacă o găsiți. Cu metoda "snowflake" funcționează, deși puțin mai rău. A doua metodă presupune că veți forța magnetul să se apropie de supraconductorul deja răcit până când captează câmpul. Cu un singur cristal de ceramică, această metodă aproape că nu funcționează: este nevoie de prea mult efort. Dar cu "fulgii de zăpadă" funcționează minunat, permițându-vă suspendarea stabilă a magnetului în poziții diferite (și cu "pătrat", dar poziția magnetului nu poate fi făcută arbitrar).

Zbor gratuit

Și acum magnetul se află deja la o jumătate de centimetru deasupra supraconductorului, reamintind a treia lege a lui Clark: "Orice tehnologie suficient de avansată nu poate fi distinsă de magie". De ce să nu faceți imaginea chiar mai magică - plasați o lumânare pe magnet? O opțiune perfectă pentru o cină romantică cu cântare mecanică! Adevărat, trebuie să ținem cont de câteva puncte. În primul rând, lumânările din manșonul metalului tind să alunece până la marginea discului de magnet. Pentru a scăpa de această problemă, puteți folosi un suport pentru sfeșnic sub formă de șurub lung. A doua problemă este fierberea cu azot. Dacă încercați să o completați așa, atunci aburul care iese din termos stinge lumânarea, deci este mai bine să folosiți o pâlnie largă.

Apropo, exact unde adăugați azot? În ce măsură este supraviețuitorul plasat? Cele mai simple au fost două opțiuni: o cuvă de pliată în mai multe straturi de folie și, în cazul unei "fulgi de zăpadă", un capac dintr-o sticlă de apă de cinci litri. În ambele cazuri, recipientul este așezat pe o bucată de burete de melamină. Acest burete este vândut în supermarketuri și este destinat curățării, este un bun izolator de căldură care rezistă perfect la temperaturile criogenice.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Un magnet subțire este perfect pentru crearea unei platforme de levitare pe un supraconductor. În cazul unui supraconductor de fulg de zăpadă, este ușor "presat" într-o poziție orizontală, iar în cazul unui superconductor-pătrat este "înghețat".

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Ca o cuvă pentru un ansamblu supraconductor sub formă de fulg de zăpadă, capacul dintr-o sticlă de cinci litri cu apă perfect montat. Ca o izolație termică sub capac este de a folosi o bucată de burete de melamina. Azotul nu trebuie reumplut mai mult de o dată la fiecare zece minute.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

În cele din urmă, am decis să asambleze șina de la magneți și să punem o mașină "zburatoare" cu umplutură superconductoare, cu căptușeli din bureți de melanină impregnată cu azot lichid și o teacă de folie. Cu probleme de cale ferată direct nu a apărut: luând magneți 20? x? 10? x? 5? mm și stivuirea lor pe o foaie de fier ca cărămizi într-un perete (un perete orizontal, deoarece avem nevoie de o direcție orizontală a câmpului magnetic), este ușor de asamblat o șină de orice lungime. Numai trebuie să lubrifiați capetele lipiciului cu lipici, astfel încât să nu se deplaseze în afară, ci să rămână strâns comprimat, fără goluri. Pe această șină, supraconductorul culise complet fără frecare. Este chiar mai interesant să se asambleze o șină sub forma unui inel. Din păcate, fără goluri între magneți nu se poate face, dar la fiecare diferență superconductorul este puțin încetinit ... Cu toate acestea, o forță bună este suficientă pentru câteva cercuri. Dacă doriți, puteți încerca să mănânci magneții și să faceți un ghid special pentru instalarea lor - atunci este posibil și o șină de inel fără articulații.

Experimentați cu levitația magnetică cum să o replicați acasă, o mecanică populară a revistei

Rece lichid

În general, azotul lichid este suficient de sigur, totuși, atunci când îl folosiți, este totuși necesar să acționați cu atenție. De asemenea, este foarte important să nu închideți recipientul cu acesta, în caz contrar presiunea de vapori va crește și poate exploda! Depozitați și transportați azot lichid în termozoze convenționale din oțel. În experiența noastră într-un termos de doi litri el rămâne cel puțin două zile, și într-un termometru de trei litri, chiar mai mult. Pentru o zi de experimente domestice, în funcție de intensitatea lor, este nevoie de unul până la trei litri de azot lichid. Este ieftin - aproximativ 30-50 ruble pe litru.

Redactorii își exprimă recunoștința față de compania "SuperOx" și în mod personal conducătorului său Andrei Petrovici Vavilov pentru supraconductorii furnizați, precum și la magazinul online neodim.org pentru magneții furnizați.







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: