磁気浮上の科学

反磁性のオブジェクト上の力が不均一磁場により、地球の重力1の影響に起因する身体の重量の平衡を保つのに十分に強い場合、磁気浮上が生じます。しかしながら効果は目立つものではなく、、均一磁場中で、原子は磁場勾配内にする必要があります。電界強度および磁界勾配の積が十分に大きい場合、原子に作用する力は重力の影響を中和するのに十分です。

約10年前に、それらの研究に超電導電磁石を供給するため、ノッティンガムの科学者のチームがオックスフォード・インストゥルメンツに、有効な空中浮揚実験を可能にすることを要求しました。
磁石は、大規模な磁場勾配を生成することが可能でなければならない永続モードで稼動し、科学者の大規模な、学際的なグループによって使用されることになっていました。
それは使いやすく、比較的低メンテナンスの機器です。
これは、最小限のメンテナンスのためヘリウム詰め替えが不要となり、最小のシステムを保ちます。 また、実施することができる実験の範囲が増え、直径50mmボアアクセスが室温であるため、リビングシステムによる使用ができます。
その小さなサイズにもかかわらず、磁石は、ボアの中心にある17テスラまでの磁場強度(地球の磁場は、通常、0.07 mTである)が可能であり、極めて浮上のための(フィールド勾配Xフィールド)の製品を作り出すことができる最大1470T2/ mの製品です。これは水/油ベースの物質やプラスチックを浮揚させるのに十分であるものの、ノッティンガムチームは緻密な材料を浮揚させたいと思い、効果を増強しようとしました。

酸素と強化浮上


機能強化を達成する一つの手段、酸素ガスは、すでに池添博士(2)によって実証されていました。 酸素分子(O2)は常磁性などの磁場に引き寄せられます。 反オブジェクトは酸素ガスに配置され、得られた強化された浮力は、磁気アルキメデス効果と命名されています。この実験の独創的な開発は、自然の中で報告され、ノッティンガム磁気浮上チームは、材料のはるかに広い範囲を浮揚するために、シャルルの法則とキュリーの法則3を利用しました。 これらの2つの効果の組み合わせは、液体酸素の沸点付近の磁気アルキメデス効果のx10の拡張機能を提供します。冷たい酸素ガスは、通常の大気圧であるように、サンプルを操作すると浮上システムにそれらを置くことは非常に簡単で迅速です。 ノッティンガム・グループは、天然ダイヤモンドを冷たい酸素ガス中で空中浮揚することができました(それらは3.51g ml-1の密度を持っています)。液体酸素はさらに常磁性であるため、依然として大きい浮力を提供しています。この機能拡張は、研究者が液体酸素にシリコン、1ポンド硬貨、1個の鉛および金やプラチナを浮かべることができます3。これらの研究は磁石の内部を明らかにし、その一方で、液体酸素は、高磁場における磁性流体によって表示奇妙な不安定性と同様の表面の凹凸を採用しました4。これは、結晶形成とダイナミクスの理論モデルに有用なシステムを提供するかもしれません。

ここをクリックしてください:ノッティンガム大学の磁気浮上の研究についての詳細。

キッズBBCテレビプログラムリトルハワードの大きな疑問のエピソード2を表示するには、ビデオをクリックして、ノッティンガムuniveristyで撮影飛行"スーパーキャロット"を選択してください。

参考文献:
1. Geim AK、サイモン、MD Boamfa MI、
Heflinger、LO Nature400、323 - 324(1999)
2. 池添Y.、広田、N.、中川、J.、
北沢、K.Nature 393、749 - 750(1998)
3. Catherall、A.ブス、L.キング、PJブース、
S.R. Nature, 422, 579 (2003).
4. カウリー、MD Rosenweig、RE J流体メック、
30, 671-688 (1967).

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