Quantum Levitation im Detail

Ausgangspunkt für die Quantum Levitation sind ein Permanentmagnet sowie ein Supraleiter vom Typ II. Allgemein gesehen kann fast jedes Material von einem Magnetfeld durchdrungen werden. Supraleiter vom Typ I verdrängen jedoch ein Magnetfeld durch den Meissner Ochsenfeld Effekt. Diese Supraleiter werden als diamagnetische Materialien bezeichnet. Das Herausdrängen des Magnetfeldes im Supraleiter entsteht durch starke Induktionsströme im Supraleiter, wenn diese in das Magnetfeld des Permanentmagneten gebracht wird.  Diese Ströme erzeugen ihrerseits ein starkes Magnetfeld, welches dem ursprünglichen Magnetfeld entgegen gesetzt wirkt. Wäre das Material nicht supraleitend, würden diese Ströme aufgrund der elektrischen Verlustleistung sofort zusammenbrechen. Bei einem Supraleiter bleiben sie jedoch bestehen.

Wird nun ein Permanentmagnet über einen Supraleiter gebracht, so stößt das magnetische Gegenfeld des Supraleiters den Permanentmagneten ab. Diese magnetische Abstoßungskraft ist die Gegenkraft zur Gravitationskraft und ermöglicht das Schweben. Bei diesem klassischen Versuch, würde - wenn man das System auf den Kopf stellt - der Permanentmagnet herunterfallen, da dann die magnetische Abstoßung und die Gravitationskraft in die gleiche Richtung wirken.

Die Quantum Levitation ist ein Spezialfall, wobei der Effekt als "Magnetic Flux Quantum Trapping" bezeichnet wird. In einem Typ II Supraleiter gibt es kleine Defekte, wo magnetische Feldlinien eindringen können. Da an diesen kleinen Defekten eine kleine Menge an Flussquanten existiert, deren Dichte und Position fest ist, kann die Dichte dieser Feldlinien nicht beliebig variiert werden. Folglich kann auch der Supraleiter relativ zum Permanentmagneten nicht einfach anders positioniert werden, da sich dann die Feldliniendichte  - also die Flussquantendichte - ändern müsste. Daher schwebt der Magnet nicht nur über dem Supraleiter, sonder ist auch noch im Raum fixiert.

Das folgende Video zeigt das klassische Experiment: Ein Permanentmagnet schwebt über einen Supraleiter.

Hans, am 31.10.2011
11 Kommentare Melde Dich an, um einen Kommentar zu schreiben.


Bildquelle:
johannes flörsch (Wie finde ich die Sternschnuppen der Perseiden 2016?)
Karin Scherbart (Wie macht man einen Regenbogen selbst?)

Autor seit 7 Jahren
59 Seiten
Laden ...
Fehler!