PL 
EnglishDomyślny
Українська🧲 Lewitacja magnetyczna
Schłodź nadprzewodnik pod magnesem i zobacz, jak efekt Meissnera i pinning strumienia utrzymują go w powietrzu tam, gdzie twierdzenie Earnshawa zabrania lewitacji.
O tej symulacji
Ta symulacja modeluje lewitację nadprzewodzącą dzięki efektowi Meissnera: poniżej temperatury krytycznej Tc nadprzewodnik wypycha przyłożone pole magnetyczne ze swojego wnętrza (podatność magnetyczna χ = −1), indukując powierzchniowe prądy ekranujące, które wytwarzają siłę odpychającą działającą na pobliski magnes trwały. Siła lewitacji jest przybliżana jako F ≈ A·B²/(2μ₀), maleje mniej więcej z kwadratem wysokości szczeliny i jest równoważona ciężarem obciążenia mg, co pozwala wyznaczyć wysokość równowagi lewitacji.
🔬 Co przedstawia
Magnes trwały lewitujący nad schłodzonym krążkiem nadprzewodzącym. Gdy temperatura T spada poniżej temperatury krytycznej Tc, linie pola są wypychane z wnętrza nadprzewodnika (efekt Meissnera) i uginają się wokół niego, a wykres siły śledzi siłę lewitacji F(h) w odniesieniu do stałego obciążenia grawitacyjnego mg, zaznaczając stabilną wysokość równowagi, w której obie krzywe się przecinają.
🎮 Jak korzystać
Wybierz ustawienie — YBCO (Tc = 93 K), Nb (Tc = 9,2 K) lub wyidealizowany Elektromagnes bez progu termicznego — a następnie dostosuj suwaki Temperatura T, Pole magnesu B₀, Wysokość magnesu h oraz Masa obciążenia m. Obserwuj, jak panel Analizy siły aktualizuje na żywo pole powierzchniowe, siłę lewitacji, siłę wypadkową i sztywność magnetyczną, oraz rozwiń notatki fizyczne dotyczące twierdzenia Earnshawa, głębokości penetracji Londona i pinningu strumienia.
💡 Czy wiesz, że?
Same statyczne pola magnetyczne nigdy nie mogą wytworzyć stabilnej lewitacji — to twierdzenie Earnshawa. Nadprzewodniki omijają je, ponieważ nie są biernymi magnesami: ich prądy ekranujące aktywnie reagują na każdą zmianę położenia, przywracając równowagę zamiast jedynie chwilowo ją równoważyć.
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest efekt Meissnera?
Efekt Meissnera to wypchnięcie pola magnetycznego z wnętrza nadprzewodnika po schłodzeniu go poniżej temperatury krytycznej Tc. Spontanicznie powstają trwałe prądy powierzchniowe, które znoszą pole wewnętrzne, utrzymując B = 0 wewnątrz materiału i kierując linie pola wokół niego zamiast przez niego.
Jak symulacja oblicza siłę lewitacji?
Wykorzystuje przybliżenie F ≈ A·B²/(2μ₀), gdzie A to efektywna powierzchnia oddziaływania ustalana przez wybrane ustawienie, B to pole magnetyczne przy powierzchni nadprzewodnika, a μ₀ to przenikalność magnetyczna próżni. Ponieważ pole powierzchniowe maleje wraz z odległością, siła gwałtownie spada wraz ze wzrostem wysokości magnesu h, dlatego lewitacja zachodzi tylko w ograniczonym zakresie szczeliny.
Co dokładnie zmieniają suwaki i ustawienia?
Suwak Temperatura T decyduje, czy materiał znajduje się poniżej temperatury krytycznej Tc; suwak Pole magnesu B₀ ustawia siłę magnesu źródłowego; Wysokość magnesu h ustala szczelinę między magnesem a nadprzewodnikiem; a Masa obciążenia m ustala ciężar, który musi utrzymać siła lewitacji. Ustawienia YBCO, Nb i Elektromagnes zmieniają Tc oraz efektywną powierzchnię A, odzwierciedlając rzeczywiste różnice między ceramiką o wysokiej Tc, metalem o niskiej Tc i aktywnie sterowaną lewitacją elektromagnetyczną.
Dlaczego stabilna lewitacja jest tu możliwa, skoro zabrania jej twierdzenie Earnshawa?
Twierdzenie Earnshawa pokazuje, że magnes nie może być utrzymywany w stabilnej równowadze wyłącznie przez statyczne pola pochodzące od nieruchomych magnesów trwałych lub prądów, ponieważ takie pola nie mają lokalnego minimum energii potencjalnej. Nadprzewodnik nie jest źródłem statycznym: jego prądy ekranujące aktywnie dostosowują się do położenia magnesu, a w materiałach typu II pinning strumienia unieruchamia wiry, co razem zapewnia zachowanie przywracające równowagę, którego twierdzenie Earnshawa zabrania zwykłym magnesom.
Czym różnią się ustawienia YBCO, Nb i Elektromagnes?
YBCO to wysokotemperaturowy nadprzewodnik ceramiczny o Tc około 93 K, więc można go tanio chłodzić ciekłym azotem i jest to materiał najczęściej używany w pokazowych układach lewitacji. Niob (Nb) to konwencjonalny nadprzewodnik o niskiej Tc, wynoszącej około 9,2 K, wymagający ciekłego helu. Ustawienie Elektromagnes całkowicie usuwa próg temperaturowy, reprezentując aktywnie sterowaną cewkę i pokazując to samo prawo siły bez żadnej fizyki nadprzewodnictwa.