Этот магнит притягивает предметы, генерирует электрический ток, заставляет немагнитные объекты парить в воздухе и создаёт серьёзные помехи съемочному оборудованию. Даже провод реагирует на его поле, электроны меняют направление движения, что может вызывать сбои видео или звука при съёмках в столь мощном магнитном поле.
Национальная лаборатория сильных магнитных полей
В Национальной лаборатории сильных магнитных полей в Таллахасси, штат Флорида, создано самое мощное постоянное магнитное поле, занесённое в Книгу рекордов Гиннесса с 2000 года. Мощность поля демонстрирует случай с офисным креслом, полностью разрушенным магнитным притяжением.
Магнитное поле Земли составляет 0,005 Тесла, магнит на холодильнике – около 0,01 Тесла, аппараты МРТ создают поле до 3 Тесла. Созданный магнит генерирует поле до 45 Тесла – примерно в миллион раз мощнее земного. Это достигается комбинированной конструкцией из внешнего сверхпроводящего магнита и внутреннего резистивного электромагнита.
Конструкция и свойства магнита
Аппарат высотой с двухэтажный дом. Наиболее сильное магнитное поле (45 Тесла) сосредоточено в центре узкого цилиндрического канала, проходящего через его середину, на площади примерно в один сантиметр. Эксперименты проводятся с очень маленькими образцами, размером с компьютерный чип.
Изучение центра аппарата напрямую невозможно, поэтому исследования проводятся с магнитным полем над и вокруг него. Краевое поле, значительно слабее (но всё ещё опасное), распространяется за пределы магнита. Его сила зависит от размера отверстия в магнитах: чем больше отверстие, тем дальше распространяется поле. Полоска на полу отмечает порог в 100 Гаусс для краевого поля. За этой линией размещение ферромагнитных объектов запрещено. Для достижения полной мощности магниту требуется 1,5 часа на разгон с током 47 тысяч ампер во внешнем сверхпроводящем магните.
Эксперименты
В экспериментах использовался игрушечный футбольный мяч со спрятанными внутри стальными шайбами, легко притягивавшийся к магниту. Эксперименты показали, что даже без металла, брошенный сбоку, мяч притягивался к магниту.
Ферромагнитная жидкость реагировала на поле на расстоянии нескольких метров, образуя заметные шипы на поверхности. При приближении к магниту жидкость поднималась по стенкам емкости. Эксперименты с неферромагнитными материалами (пластик, медь, алюминий) показали, что при падении проводящих материалов в магнитном поле возникают вихревые токи, замедляющие падение и рассеивающие энергию в виде тепла. Вихревые токи заставляли предметы (алюминиевый диск, волейбольный мяч в фольге, снаряды из картофельной пушки с медными катушками и светодиодами) ориентироваться вдоль силовых линий магнитного поля.
Магнитные свойства материалов и левитация
Все материалы обладают магнитными свойствами. Парамагнитные вещества (например, жидкий кислород) притягиваются к магнитному полю, а диамагнитные (например, вода) – отталкиваются. При достаточно сильном поле можно левитировать даже биологические объекты. Сверхпроводники при температурах ниже критической теряют сопротивление. При приближении магнита в них возникает ток, компенсирующий изменение магнитного потока, что приводит к левитации. Этот эффект демонстрирует левитатор для человека, состоящий из магнита весом 40 кг, парящего над кольцом сверхпроводников.
Создание и применение магнита
Создание магнита мощностью 45 Тесла достигается сочетанием сверхпроводящего и резистивного магнитов. Резистивный магнит имеет сложную конструкцию из сплющенных проводящих пластин с пропущенной между ними охлаждающей водой, позволяющей пропускать ток до 57 тысяч ампер. Подобный магнит создан также в Китае. Высокая мощность магнита требует значительного потребления энергии (около 8% электропотребления Таллахасси). Мощные магнитные поля используются для создания и исследования новых материалов в экстремальных условиях, открывая новые возможности в материаловедении.