Wenn man über die vielen Anwendungen nachdenkt, für die die Neodym-Magnete von First4Magnets verwendet werden können, denkt man vielleicht nicht sofort an Schwebezustände. Aber wie Sie unten sehen können, ist es genau das, wofür die kreativen Jungs der Physikabteilung der Tonbridge School sie verwendet haben!
Und nun eine kleine Physikstunde…
Das Entscheidende ist, dass der “Zug”, den Sie im Video sehen, aus einem supraleitenden Material besteht (Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid, wenn Sie es genau wissen wollen). Supraleiter sind einfach Materialien, die Elektrizität leiten können, ohne einen Widerstand zu erzeugen, d. h. sie können einen elektrischen Strom über einen unbestimmten Zeitraum leiten, ohne dass Energie aufgrund von Widerstand verloren geht.
Indem sie den “Zug” mit flüssigem Stickstoff füllen, gelingt es ihnen, ihn konstant unter einer Temperatur von -196 °C zu halten, die niedrig genug ist, damit das Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid-Material, aus dem er besteht, seine Supraleitereigenschaften zeigt. Die für diese Anwendung vielleicht wichtigste Eigenschaft ist die Tatsache, dass in einem Supraleiter kein Magnetfeld existieren kann, sowie die bereits erwähnte Tatsache, dass er elektrischen Strom leiten kann, ohne einen Widerstand zu erzeugen.
Und nun zu den Magneten!
Für dieses Projekt haben wir 400 unserer F30105-Magnete geliefert, die für die “Spuren” im obigen Video verwendet werden, die alle auf einem Stahlblech ruhen.
Wenn Magnete vorhanden sind, bedeutet der Meissner-Effekt, dass kleine elektrische Ströme in der Nähe der Oberfläche des Supraleiters fließen, in diesem Fall des “Zugs”, und ein entgegengesetztes Magnetfeld zu den vorhandenen Magneten erzeugen. Dadurch wird das Feld an der Spitze des “Zuges” von den Magneten weggestoßen, was zur Levitation führt, da sich der “Zug” ständig von den “Schienen”, auf denen er ruht, abstößt.
Das erklärt das Schweben, aber wie bewegt sich der Zug?
Nun, unsere Magnete, die für die “Schienen” verwendet werden, sind in einem abwechselnden Muster angeordnet (Norden, Süden, Norden, Süden usw.). Da der Supraleiter bzw. der “Zug” sowohl den Nord- als auch den Südpol abstößt, bedeutet dies, dass der “Zug” sich ständig von dem Magneten, über dem er sich befindet, abstößt (wodurch eine Aufwärtsschwebe entsteht) und von dem Magneten, den er gerade passiert hat (wodurch eine Vorwärtsschwebe entsteht).
Dieser Zug sollte so lange laufen, wie er unter die für die Supraleitereigenschaften erforderliche Temperatur abgekühlt wird, die im Fall von Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid unter -180 °C liegt. Aus diesem Grund wird der “Zug” in dem oben gezeigten Video mit flüssigem Stickstoff gekühlt.
So können die Neodym-Magnete von First4Magnets verwendet werden, um einen schwebenden Supraleiterzug zu erzeugen, der mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird! Ziemlich cool, wenn wir das selbst sagen!
Bei der Verwendung von flüssigem Stickstoff müssen jedoch einige Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden:
Warnung! Nicht zu Hause versuchen!
Wenn Sie mit flüssigem Stickstoff experimentieren möchten, wenden Sie sich bitte an einen Experten, um umfassende Sicherheitsanweisungen zu erhalten. Bitte holen Sie sich vorher Hilfe und versuchen Sie es nicht alleine. Bitte beachten Sie auch die folgenden Hinweise:
Dieses Experiment ist nicht für den Schulunterricht geeignet; Flüssigstickstoff ist kein Spielzeug.
Flüssiger Stickstoff kann Verätzungen verursachen. Lebendes Gewebe stirbt bei den notwendigen Temperaturen sehr schnell ab. Gegebenenfalls Schutzbrille und geeignete Schutzkleidung tragen.
Flüssiger Stickstoff muss so gelagert werden, dass er entlüftet werden kann. Wird er verschlossen, explodiert er. Es gibt eine große Auswahl an Behältern für die richtige Lagerung.
Flüssiger Stickstoff sollte nur in einem gut belüfteten Raum verwendet werden; verdampfender Stickstoff verdrängt den Sauerstoff aus der Luft, was bei Sauerstoffmangel zum Ersticken führen kann.