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TUM School of Natural Sciences |
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diamagnetische Levitation
Kurzbeschreibung
Mit magnetischen Kräften ist eine echte, ohne jeden mechanischen Kontakt auskommende Levitation möglich. (lat. levitas = Leichtigkeit, bezeichnet das Schweben eines Objektes)
Je nach ihrer Polung stoßen sich Magnete ab, oder ziehen sich an. So kann die Schwerkraft ausgeglichen werden.
Earnshaws Theorem besagt jedoch, dass sich mit statischen Feldern, also etwa denen von normalen Dauermagneten, keine stabilen Gleichgewichtspositionen erzeugen lassen
Man kann es also bestenfalls schaffen, einen Dauermagneten kurzzeitig über einem anderen schweben zu lassen, aber bereits kleinste Störungen (Wind, Erschütterungen) bringen ihn aus seiner Ruhelage.
Da diamagnetische Substanzen sowohl von magnetischen Nord- als auch von Südpolen abgestoßen werden sieht für sie das Potentialfeld anders aus. Das Earnshaw-Theorem gilt in diesem Fall nicht mehr und es lassen sich stabile Gleichgewichtspositionen erzeugen.
Dieser Effekt wird nun im diamagnetischen Levitationsapparat ausgenutzt.
Zwischen zwei Graphitplatten befindet sich ein kubischer Dauermagnet. Dieser strebt aufgrund der Erdanziehungskraft in Richtung Boden. Die keramischen Ringmagnete an der Oberseite des Gerätes erzeugen auf den magnetischen Würfel eine anziehende Kraft, welche der Erdanziehungskraft entgegenwirkt.
Immer wenn sich der Magnetwürfel ein klein wenig nach oben bewegt würde die Anziehungskraft durch die Ringmagnete stärker und der Würfel würde nach oben gezogen. Bewegt sich der Magnetwürfel hingegen einen kleinen Betrag nach unten wird die auf ihn wirkende Anziehungskraft der Ringmagnete kleiner und er würde nach unten stürzen. Das Ganze wäre also instabil.
Zwei Graphitplatten, eine oben und eine unten, begrenzen nun näherungsweise die korrekte Distanz von den keramischen Ringmagneten. Die diamagnetische Beschaffenheit dieser Graphitplatten machen das System jedoch stabil. Sobald sich der Magnetwürfel von den Ringmagneten entfernt kommt er näher an die untere Graphitplatte, welche ihn wieder nach oben drückt. Kommt der Würfel zu nahe an die obere Graphitplatte geschieht das ganze umgekehrt. Es handelt sich um eine winzige Kraft, aber sie reicht um den Würfel genügend zu stabilisieren.
Ein weiterer Versuchsaufbau zur Darstellung der diamagnetischen Levitation besteht aus 4 würfelförmigen Magneten und einem polykristallinem Graphitplättchen.
Werden die Magnete. Legt man die 4 Magnete in geeigneter Weise zusammen (Nord-und Südpol nach oben zeigend, diagonal gegenüber) so kann man ein kleines Graphitplättchen darauf schweben lassen.
