Molekuła Miesiąca – prawa lewitacji

Itr/źródło: www.wikipedia.org, Alchemist-hp (CC BY-SA 3.0) ©2010

Można powiedzieć, że lewitacja – w zależności oczywiście od tego, jak zdefiniujemy to zjawisko – jest zjawiskiem obserwowalnym. Nie w sensie biologicznym: jeśli ktoś próbuje Wam wmówić, że potrafi lewitować, załóżcie się o duże pieniądze, bo to szybki sposób na łatwe wzbogacenie. W ujęciu mechanicznym jednak sprawa wygląda inaczej – jesteśmy bowiem w stanie stworzyć maszyny, które lewitują (w sensie – unoszą się nad powierzchnią) bez udziału silników rakietowych/paliwowych itp.

Schemat poduszkowca /źródło: http://www.wikipedia.org, MesserWoland (CC BY-SA 3.0) ©2010

Żeby nie szukać daleko dwa przykłady. Po pierwsze – poduszkowce. Maszyny działające na prostej zasadzie: powietrze zasysane jest u góry pojazdu i wtłaczane pod spód, tworząc pod maszyną, surprise, surprise, poduszkę powietrzną. Ktoś może, całkiem słusznie, zauwazyć, że nazywanie tego lewitacją jest drobnym oszustwem. Dobrze więc, przykład drugi – kolej magnetyczna. Tu sprawa jest bardziej skomplikowana, zwłaszcza że i sposobów lewitacji jest tutaj znacznie więcej (zainteresowanych odsyłam do sprawdzenia różnic pomiędzy zawieszeniem elektromagnetycznym a zawieszeniem elektrodynamicznym, a fascynatów odsyłam też do zekrnięcia na Inductrack). Podstawowa sprawa jednak – aby pociąg taki lewitował, trzeba mieć zainstalowany w nim (bądź w torze) elektromagnes. Z akcentem na elektro.

Czy jednak da się zaobserwować lewitację bez uciekania się do takich tanich sztuczek, jak wtłaczanie pod przedmiot powietrza, bądź podłączanie elektromagnesu do prądu?

Ale ale, zanim przejdę do lewitacji, parę słów wstępu o Molekule Miesiąca. A w tym miesiącu zaintrygował mnie itr. Itr jest znacznie mniej egzotycznym pierwiastkiem niż opisywane przeze mnie rok temu ununoctium. Nie oznacza to jednak, że w ogóle nie jest egzotyczny. Jest to metal z bloku d o liczbie atomowej 39, należący do grupy metali ziem rzadkich. Minerał, w którym występuje – gadolinit – został po raz pierwszy odkryty w 1787 roku przez Carla Arrheniusa (nie, nie tego słynnego Arrheniusa), który od miejsca znaleziska nazwał minerał iterbitem, ale tlenek itru w minerale odkryty został w próbach dopiero dwa lata później przez Johana Gadolina, od którego pochodzi obecna nazwa minerału.

Itr/źródło: http://www.wikipedia.org, Alchemist-hp (CC BY-SA 3.0) ©2010

Itr nie występuje na Ziemi w czystej postaci – zawsze jest składnikiem minerałów ziem rzadkich. Powłoka Ziemi zawiera ok 31 ppm jedynego stabilnego izotopu itru 89 w postaci minerału ksenotymu. Nie jest znana żadna rola biologiczna tego pierwiastka, ale ma on liczne zastosowania w przemyśle – jako dodatek do luminoforów (lubicie czerwień? Bo za ten kolor itr jest odpowiedzialny w monitorach CRT), lamp wolframowych stosowanych w rentgenografii, w jubilerstwie (do stabilizacji cyrkonii), jako katalizator, jako składnik laserów neodymowych (Nd:YAG) i wreszcie – pewne jego stopy stosowane są jako nadprzewodniki.

Ciekawostką jest, że skały przywiezione na Ziemię z Księżyca mają wysoką zawartość itru, nadającą im interesujący, połyskliwy wygląd.

Wracając więc do tematu lewitacji. słów kilka o szczególnych właściwościach jednego z stopów itru: tlenku barowo-itrowo-miedziowego (czy też IUPAC i Polskie Towarzystwo Chemiczne raczą wiedzieć, jak się poprawnie ten stop nazywa), znanego pod skrótową nazwą YBCO.

YBCO, o wzorze chemicznym YBa2Cu3O7, jest tak zwanym nadprzewodnikiem wysokotemperaturowym. Nadprzewodniki wysokotemperaturowe to związki, które osiągają nadprzewodnictwo powyżej pewnej temperatury – historycznie, na podstawie teorii BCS (od nazwisk jej twórców: Bardeena, Coopera i Shrieffera) przyjmowano, że jest to 30 stopni Kelvina. Obecnie znane są już materiały, które mogą osiągać zdolność nadprzewodnictwa nawet powyżej temperatury wrzenia ciekłego azotu (77 K lub -196 ºC), a pierwszym opisanym materiałem o takich właściwościach był właśnie YBCO.

Struktura YBCO /źródło: http://www.wikipedia.org (dom. publiczna)

Gdy materiał taki jak YBCO umieści się w temperaturze tuż powyżej temperatury krytycznej, zachodzić zacznie tzw. efekt Meissnera. Tu nie będę się rozwodził, bo specjalistą nie jestem, oddam więc głos wszechwiedzącej wiki, dodając tylko, że to właśnie ten efekt odpowiedzialny jest za zjawisko lewitacji magnesu nad krążkiem z YBCO. Po wyjaśnieniu zapraszam zaś do obejrzenia filmiku, który wiele już może nie wyjaśnia, ale za to znakomicie ilustruje:

„Gdy wartość zewnętrznego pola magnetycznego przekroczy natężenie graniczne, wówczas zjawisko nadprzewodnictwa zanika i pole to zaczyna wnikać do wnętrza materiału. Jeżeli natężenie pola ponownie będzie się zmniejszać, to znów może być osiągnięty stan nadprzewodnictwa a pole magnetyczne zostanie wypchnięte z wnętrza próbki. Przyczyną wypchnięcia jest pojawienie się w powierzchownej warstwie nadprzewodnika prądu elektrycznego o takim natężeniu, że wytworzone przez niego pole magnetyczne kompensuje pole magnetyczne wewnątrz nadprzewodnika. Związana z tym siła może utrzymać bryłkę nadprzewodnika nad stacjonarnym magnesem.”

3 Comments

  1. Najlepsze jest to, że w oglądamy doświadczeniu tak naprawdę mamy do czynienia z moją ulubioną regułą w fizyce (zresztą w chemii też) – regułą przekory (tutaj akurat Lenza) :)

    Mam jeszcze pewną uwagę natury formalnej – stopnie są Celcjusza albo Fahrenheita. Jeśli wrażamy temperaurę w skali bezwględnej to będziemy mieli albo 77 K albo 77 kelwinów. I jeszcze ciekawostka, bo kiedyś tego długo szukałem, znak ° – czyli stopień piszemy „przytulony” do C albo F i odsunięty od wartości liczbowej np. 40 °C, 38 °F. Jedynie stopnie kątowe piszemy razem z liczbą np. 30°.

    Wiem jestem czepialski ale już taką mam naturę. Mam nadzieję, że moje uwagi się przydadzą i nie będziesz miał o nie żalu do mnie :)

    Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s