Magnetisme

Opklaret: Sådan får en roterende magnet andre magneter til at svæve

DTU-forskeres eksperimenter bekræfter fysikken bag et nyopdaget fænomen inden for magnetisk levitation.

Hov, denne funktion kræver cookies

For at se indholdet skal du ændre dit cookie-samtykke til at tillade funktionalitet og målretning cookies

 

tirsdag 14 november 2023

Tore Vind Jensen

I 2021 udgav den tyrkiske forsker Hamdi Ucar en artikel, som beskrev, hvordan han fik en magnet til at rotere meget hurtigt ved at sætte den fast på en motor. Derefter førte han den tæt på en anden magnet, som også begyndte at rotere og pludselig svævede i en fast position et par centimeter væk.

Selvom magnetisk levitation ikke er noget nyt fænomen – det mest kendte eksempel er nok de såkaldte ”maglev”-tog (magnetic levitation), der er drevet af en stærk magnetisk kraft – forvirrede eksperimentet alligevel flere fysikere, da fænomenet ikke er kendt inden for klassisk fysik eller nogen af de kendte mekanismer inden for magnetisk levitation.

Men det er det nu. Rasmus Bjørk, professor på DTU Energi, var fascineret af Ucars eksperiment og besluttede sig for at genskabe det sammen med kandidatstuderende Joachim M. Hermansen for at undersøge, hvad der helt præcist skete. Eksperimentet var let at genskabe ved hjælp af almindeligt tilgængelige komponenter, men fysikken bag det var usædvanlig, fortæller Rasmus Bjørk:

”Magneter burde ikke svæve, når de kommer tæt på hinanden. Normalt vil de enten tiltrække eller frastøde hinanden. Men hvis man får en af magneterne til at rotere, viser det sig, at man kan opnå svæveffekten. Og det er højst usædvanligt. Den kraft, der påvirker magneterne, burde ikke ændre sig, bare fordi man får en af dem til at rotere. Så det ser ud til, at der er en sammenhæng mellem bevægelsen og den magnetiske kraft,” siger han.

Resultaterne er for nylig blevet publiceret i tidsskriftet Physics Review Applied i artiklen Magnetic levitation by rotation.

Flere eksperimenter bekræfter fysikken

Eksperimenterne involverede flere magneter af forskellig størrelse, men resultatet var det samme: Ved at få en magnet til at rotere meget hurtigt kunne forskerne observere, hvordan en anden magnet – en såkaldt ”svævemagnet” (floater magnet) – begyndte at rotere med samme hastighed, mens den hurtigt låste sig fast i en position, hvor den blev ved med at svæve.

Hov, denne funktion kræver cookies

For at se indholdet skal du ændre dit cookie-samtykke til at tillade funktionalitet og målretning cookies

Magnetisk levitation demonstreret ved hjælp af et Dremel-værktøj, der drejer en magnet ved 266 Hz. Rotormagneten er 7x7x7 mm3 og flydermagneten er 6x6x6 mm3.

De fandt ud af, at når svævemagneten låste sig på plads, var den orienteret mod rotationsaksen og rotormagnetens tilsvarende pol. Det betyder dermed, at når svævemagneten roterede, så blev dens nordpol ved med at pege mod den fastlåste magnets nordpol.

Det var uventet i forhold til magnetostatikkens love, som forklarer, hvordan et statisk magnetisk system fungerer. Det viser sig imidlertid, at de magnetostatiske interaktioner mellem de roterende magneter er præcis, hvad der er ansvarlig for at skabe svævemagnetens ligevægtsposition, som medforfatter, ph.d.-studerende Frederik L. Durhuus fandt ved hjælp af simuleringer af fænomenet. De observerede, at magneternes størrelse havde en væsentlig indvirkning på levitationsdynamikken: mindre magneter krævede højere rotationshastigheder for at frembringe levitation på grund af deres større inerti, og jo højere hastigheden var, jo højere ville de svæve.

”Det viser sig, at svævemagneten ønsker at rette sig ind efter den roterende magnet, men den kan ikke rotere hurtigt nok til at gøre det. Og så længe denne kobling opretholdes, vil den svæve eller levitere,” siger Rasmus Bjørk og fortsætter:

”Man kan sammenligne det med en snurretop. Den kan ikke stå, medmindre den drejer rundt, og den er låst fast af sin rotation. Det er først, når rotationen mister energi, at tyngdekraften – eller i vores tilfælde magneternes skub og træk – bliver stor nok til at overvinde ligevægten.”


Hov, denne funktion kræver cookies

For at se indholdet skal du ændre dit cookie-samtykke til at tillade funktionalitet og målretning cookies

Magnetisk levitation demonstreret ved at spinne en magnet ved 180 Hz. Rotormagneten er 19 mm i diameter og svævemagneten er 12.7 mm i diameter. 

Kontakt

Rasmus Bjørk

Rasmus Bjørk Professor Institut for Energikonvertering og -lagring Telefon: 46775895

Magneter Fysik