Думаю, что последнее существо, которое покажется вам хоть как-то связанным с магнитным притяжением - это лягушка. Сходу проводятся аналогии и видишь, что она точно не металлическая и ничего магнитного в себе не содержит. Но оказывается и лягушка в магнитном поле может начать летать и испытывать на себе влияние этого поля. Мы сталкиваемся с невероятно интересным процессом. В случае лягушки он называется диамагнитной левитацией.
И да, сразу напрашивается вопрос а были ли реальные эксперименты? Да, были. Более того, это довольно популярный способ продемонстрировать странное физическое явление, которое не кажется понятным интуитивно.
Эксперимент по левитации лягушки в магнитном поле провели физики Андрей Гейм и Майкл Берри. Они поместили лягушонка в вертикальное отверстие диаметром 3 см в середине катушки магнита Биттера. Лягушку поднимало и удерживало магнитное поле с индукцией 16 тесла. И да, лягушка не пострадала. Хотя, скорее всего, и обалдела от такого расклада.
Дело в том, что в сильном магнитном поле объекты могут левитировать благодаря явлению диамагнитной левитации. Проблема, пожалуй, тут только в том, что не должны такие материалы взаимодействовать с магнитным полем. На первый взгляд там нет диполей и не ясно что от чего будет отталкиваться. Ведь, возьмём, например легендарные маглевы - скоростные поезда на магнитной подушке. Их очень любят в Японии. Казалось бы, там тоже магнитная левитация. Даже название такое МАГнитная + ЛЕВитация. Получается маглев. Но там всё кажется логичным. Тут же одни неметаллы. Особенно уж в лягушке.
Однако, в лягушке есть кое-что другое. Маленькая подсказка - тоже самое, что есть и в пище, которую мы можем разогреть в микроволновке. Но давайте вникать поэтапно.
Подавляющее большинство веществ - это диамагнетики.
Диамагнетик - это материал, который слабо отталкивается от магнитного поля. Это означает, что если вы поместите диамагнетик в магнитное поле, то он будет стремиться вытесниться из области более сильного магнитного поля в область более слабого.
Во внешнем магнитном поле в них появляется направленный против этого поля магнитный момент, благодаря которому поле внутри диамагнетика ослабевает.
В однородном магнитном поле диамагнетик стремится развернуться перпендикулярно полю, а в неоднородном - выталкивается в область с меньшим магнитным полем, то есть отталкивается от магнита.
Это свойство связано с внутренней структурой их атомов. В обычном состоянии, когда внешнее магнитное воздействие отсутствует, магнитные моменты, порождаемые каждым электроном внутри атомов, полностью нивелируют друг друга. Однако, при помещении диамагнетика в магнитное поле, в электронных оболочках атомов начинают возникать индуцированные кольцевые токи. Это происходит в соответствии с законом электромагнитной индукции и выражается в дополнительном круговом движении электронов вокруг вектора магнитного поля.
Эти токи генерируют в каждом атоме свой собственный, индуцированный магнитный момент, который, согласно правилу Ленца, направлен против внешнего магнитного поля. Таким образом, в неоднородном магнитном поле диамагнитные частицы испытывают отталкивание и стремятся покинуть область с более сильным магнитным полем.
Если использовать очень сильное магнитное поле (в десятки раз сильнее постоянного магнита), то сила выталкивания диамагнетика из поля будет сопоставима с гравитацией, что позволяет объекту оторваться от земли и парить в воздухе.
Самая обычная вода - это один из самых распространенных диамагнетиков. Именно поэтому лягушка может левитировать в очень сильном магнитном поле, ведь ее тело в основном состоит из воды. Диамагнитные свойства воды под действием внешнего магнитного поля несколько изменяют параметры движения электронов в её молекулах, что приводит к появлению слабого магнитного поля, направленного противоположно исходному. Возникающий эффект отталкивания позволяет преодолевать действие силы тяжести.
Ну а мы с вами узнали, что существует диамагнитная левитация. Это тип левитации в сильном магнитном поле тела, содержащего в себе диамагнетик. В нашем случае воду.
⚠️ На всякий случай потихоньку переношу материалы с ДЗЕНа в Телеграм и делаю архив. Мало ли что...Читайте лучшие статьи с канала здесь и не забывайте подписаться!
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!