Levitation - Sheydin Design

Elektromagnetische Levitation
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Abb. 45: Diamagnetisch
levitierende
Graphit-Scheibe über
Neodym-Magneten
3.7. Diamagnetismus
Diamagnetische Substanzen werden von magnetischen Feldern abgestoßen.
Das Earnshaw-Theorem gilt aufgrund eines anderen Potenzialfeldes
nicht, da wodurch das levitierende Objekt eine stabile Position
erreichen kann. Über einem Permanentmagneten können so z.B. Grafitplatten
schweben. Die stärksten bekannten diamagnetischen Materialen
sind Grafit und Wismut, die in etwa dem zwangzigfachen Diamagnetismus
von Wasser entsprechen. 59 Deshalb braucht man dafür weniger
starke magnetische Felder als für Wasser oder Frösche.
Obwohl es nur einige Millimeter über
den Magneten schwebt, wird hier weder
Mehraufwand für die Erhaltung der Levitation
noch für die Stabilisation benötigt.
Die Grafitplatte tendiert dazu, sich an den
Grenzen der Magnete auszurichten und ist
deshalb stabil im Bezug auf seitliche Versch
i ebung. Das schwebende Grafit kann
beispielsweise für Seismografen verwendet
werden, um Erderschütterungen festzustellen.
Ingenieure von dem Stanford
Research Institute haben die diamagnetische
Abstoßung von Magneten für den
Einsatz in Lagern vorsichtshalber patentiert.
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Im Gegensatz zur Induktion sind diamagnetische
Magnetfelder unterschiedliche
Phänomene. Induktive Levitation tritt nur
bei sich zeitlich verändernden magnetischen
Feldern an Leitern auf, wobei die
Elektronen in Form von Strom Distanzen
zurücklegen und sich dabei desto mehr Hitze entwickelt, umso mehr
Widerstand der Leiter leistet. Diamagnetische Levitation tritt mit stetigen
magnetischen Feldern auf und zeigt Wirkung an allen Materialien.
Die Bewegung der Elektronen findet bei diamagnetischen Materialien
auf atomarer oder molekularer Ebene statt.
Scheinbar wird mit dieser stabilen Levitation das Earnshaw-Theorem
umgangen. Hier wird ein Magnet mit nicht-magnetischen Materialien
wie Grafit, Wismut oder gar menschlichen Fingern bewirkt werden.
Wissenschaftlich gesprochen wird die nicht-lokale Wechselwirkung
eines Magneten mit einem diamagnetischen Medium genutzt. 61
Dies kann grundsätzlich erreicht werden, in dem ein Magnet sich zwischen
zwei Diamagneten befindet, obwohl sie relativ schwach sind.
Der Diamagnetismus von menschlichen Fingern, die ebenfalls schwach
diamagnetisch sind, können mit ausreichend starken Feldern können
zwischen ihnen kleine Permanentmagnete in der Schwebe gehalten
werden. 62 Ein Magnet und ein Diamagnet stoßen sich immer ab. Indem
der Magnet von zwei Diamagneten umgeben ist, wird sein Fall
verhindert. Es sind gewissermaßen selbstjustierende
Stabilisatoren. Diese Methode kann in der Technologie
prinzipiell anstelle aktiver Feldregelung verwendet werden
und erfordert dabei keine Elektronik. Reibungslose
Magnetlager sind ebenfalls denkbar.
Der Diamagnetismus eines Frosches ist sehr schwach
und erfordert zur Levitation extrem hohe magnetische
Felder. Der Diamagnetismus des Grafits kann bis zu
fünfzig Mal stärker sein bei einem Frosch. 63 Der Diamagnetismus
eines Supraleiters ist über 20.000 mal stärker
bei Grafit und macht sich auch bei weitaus schwächeren
magnetischen Feldern bemerkbar. 64 Es reicht bereits
ein schwaches externes Feld aus, damit der Supraleiter
ein entgegengesetztes Feld gleicher Stärke aufbaut. Ein
Supraleiter ist supradiamagnetisch, sodass magnetische
Levitation sehr einfach möglich ist. Dafür gibt es ein anderes
Problem zu bewältigen.
61 vgl. http://www.ru.nl/hfml/research/levitation/diamagnetically/ [29.02.2012]
62 vgl. http://www.physics.ucla.edu/marty/diamag/index.html [22.02.2012]
63 vgl. Livingston 2011, S.101
64 vgl. ebd.
Eine Anleitung zum
selber machen: http://
scitoys.com/scitoys/
scitoys/magnets/
suspension.html
Abb. 46: Permanentmagnet
schwebt
zwischen den
Fingern
Abb. 47: Diamagnetisch
levitierender
Frosch, 1997
59 vgl. http://www.physics.ucla.edu/marty/diamag/index.html [22.02.2012]
60 vgl. Livingston 2011, S.92