Magnetická levitácia

Väčšina ľudí vie, že magnety môžu priťahovať iné magnety alebo feromagnetické materiály ako železo, kobalt a nikel. Tiež vie, že existujú predmety, ktoré magnetmi priťahované nie sú, napríklad plast*.

Málokto však vie, že niektoré materiály sú magnetmi aj odpudzované. Grafit je jeden z týchto materiálov:

*V skutočnosti aj plast je slabo priťahovaný magnetmi vďaka jeho paramagnetizmu. Ak chcete vedieť viac, pozrite si toto video.

Prečo grafit levituje

Za túto zvláštnu vlastnosť grafitu je zodpovedný tzv. diamagnetický jav. Klasická fyzika má pre tento jav nasledujúce vysvetlenie:

Okolo jadier atómov v grafite obiehajú elektróny. Tieto elektróny sa svojím pohybom správajú ako elektromagnet a majú svoj magnetický moment. V orbitáloch grafitu sú vždy dva elektróny s opačným spinom a ich magnetické momenty sa navzájom za normálnych okolností vykrátia.

Ak však umiestnite grafit do magnetického poľa, toto pole začne pôsobiť na obiehajúce elektróny. Vonkajšia magnetické sila spôsobí zrýchlenie alebo spomalenie orbitálneho pohybu elektrónu.

Elektróny, ktoré obiehajú jedným smerom sa spomalia a elektróny obiehajúce opačným smerom zrýchlia. Spomalené elektróny majú menší magnetický moment, naopak zrýchlené elektróny majú moment väčší.

Teraz už sa magnetické momenty elektrónov nevykrátia a každý atóm má nenulový celkový mognetický moment. Tieto magnetické momenty jednotlivých atómov sú nasmerované v opačnom smere k vonkajšiemu poľu a celý kus grafitu sa začne správať ako magnet.

Trik je v tom, že grafit je zmagnetizovaný vždy v opačnom smere k vonkajšiemu poľu. Je to dôsledok toho, ktoré elektróny zrýchľujú a ktoré spomaľujú. A je teda vonkajším poľom odpudzovaný.

Najslabšia forma magnetizmu

Diamagnetizmus je v skutočnosti prítomný v každom materiáli a čiastočne prispieva k jeho magnetickým vlastnostiam. Iné magnetické javy ako paramagnetizmus a feromagnetizmus sú však vo väčšine materiálov oveľa výraznejšie a diamagnetický jav v týchto materiáloch býva oproti nim zanedbateľný.

Ak však materiál nevykazuje žiaden iný druh magnetizmu, dokážeme diamagnetizmus pozorovať.

Ďalšie materiály

Látky, ktoré sú odpudzované magnetmi sa volajú diamagnetiká. Ďalšie diamagnetiká sú napríklad:

• uhlík
• bismut
• síra
• meď
• zlato
• voda
• všetky supravodiče

Grafit je jedno z najsilnejších diamagnetík. Ak však vytvoríme dostatočne silné magnetické pole (väčšninou silným elektromagnetom), dokážeme levitovať aj slabšie diamagnetické materiály.

Holandským vedcom z Radboud Univerzity v Nijmegen sa podarilo pomocou elektromagnetu levitovať rôzne predmety vrátane živej žaby.