Явление магнитной левитации заключается в том, что высокое пространственно неоднородное магнитное поле создает направленную вверх силу, достаточную для компенсации веса тела. В недавней работе физиков из университета Ноттингема показано, что этот эффект может быть усилен при помещении объекта в холодный газообразный кислород.

Рис. 1. Левитация и плавание в криогенном кислороде и сильных магнитных полях. Плотные объекты, левитирующие в жидком кислороде в стеклянном сосуде Дьюара, помещенном непосредственно на крышку магнита. Сверху вниз: кристалл кремния, кристалл арсенида галлия, монета в 1 фунт, кусочек свинца, золотая монета. Магнитное поле изменяется от 0.7 Тл (кремний) до 2 Тл (золото).

Магнитная левитация возникает, когда сила, действующая на диамагнитное тело, помещенное в неоднородное магнитное поле, достаточна для компенсации силы земного притяжения. Погружение тела в парамагнитную жидкость, такую, например, как газообразный кислород, значительно усиливает левитацию благодаря появлению дополнительной плавучести (магнито-архимедов эффект). Подобная технология была использована для демонстрации левитации хлористого натрия (плотность 2.17 г/мл) в закрытом сосуде, содержащем кислород при давлении 60 атм. при комнатной температуре.

В экспериментах английских физиков для демонстрации левитации широкого набора диамагнитных материалов, включающих кварц (2.65 г/мл), бромистый калий (2.75 г/мл) и алмаз (3.51 г/мл), в открытом сосуде с холодным газообразным кислородом при атмосферном давлении, англичане использовали два хорошо известных закона физики. Согласно закону Бойля, плотность газа при постоянном давлении обратно пропорциональна температуре; закон Кюри устанавливает, что парамагнитная восприимчивость также обратно пропорциональна температуре. Таким образом, вблизи точки кипения жидкого кислорода (90 К), магнитная плавучесть газообразного кислорода примерно в 10 раз сильнее, чем при комнатной температуре. Это приводит к значительному усилению левитации. В жидком кислороде плавучесть оказывается еще сильнее и достаточной для плавания в относительно малых магнитных полях очень плотных диамагнитных и даже слабо парамагнитных объектов. На рис.1 показаны кристалл кремния, кристалл арсенида галлия, монета в 1 фунт, кусочек свинца и золотая монета, плавающие в жидком кислороде. Высота, на которой плавают объекты, определяется балансом локальной магнито- архимедовой силы. Так что положение тел можно легко изменить, изменяя силу магнитного поля. Эта особенность может быть использована в технологиях сепарации минералов.

Английские ученые также отметили интереснейшее явление, заключающееся в формировании регулярной картины пиков на поверхности слегка кипящего жидкого кислорода, помещенного в сильное магнитное поле. Наблюдаемые пики возникают из-за взаимодействия магнитных и поверхностных эффектов. Подобное явление уже наблюдалось ранее в синтетических феррожидкостях, однако, эффект возникновения регулярных пиков в простой и чистой парамагнитной жидкости является новым и требует дальнейших исследований.

Рис. 2 Изображение поверхностной нестабильности криогенного кислорода в сильном магнитном поле. Прямоугольная медная рамка окружает зону нестабильности с квадратной решеткой на поверхности жидкого кислорода при 17 Тл. Справа отчетливо видны несколько краевых дислокаций.

В сильных магнитных полях (более 13 Тл) простая квадратная решетчатая структура, обрамленная краевыми дислокациями, возникает внутри небольшой прямоугольной рамки, помещенной на поверхность жидкости (см. рис. 2). В более слабых полях прослеживается плотно упакованный гексагональный кристалл. При увеличении теплопритока в жидкости возникают явления турбулентности и конвекции, что приводит к сложным движениям наблюдаемых микрокристаллических структур и дислокаций. Исследователи полагают, что это явление может служить хорошим экспериментальным тестом для различных моделей формирования и динамики кристаллов.

Источник информации - заметка И.Руднева в бюллетене ПерсТ, выпуск 9 за 2003 г.