Levitující tuha - demonstrace diamagnetismu

Pokus číslo: 1877

  • Cíl pokusu

    Pokus netradičním způsobem demonstruje diamagnetickou levitaci - tuha do mikrotužky se vznáší v „korýtku“ z magnetů.

  • Teorie

    Exstují tři základní druhy látek podle jejich magnetických vlastností: diamagnetické, paramagnetické a feromanetické. Magnetické vlastnosti závisí na struktuře elektronového obalu atomu a uspořádání atomů ve struktuře látky. Podrobně jsou vlastnosti a chování jednotlivých typů magnetických materiálů popsány v experimentu Demonstrace vlastností diamagnetických a paramagnetických látek.

    Diamagnetické látky mírně zeslabují magnetické pole, což znamená, že se diamagnetická látka od magnetu mírně odpuzuje. Ve vhodném uspořádání lze proto dosáhnout toho, že diamagnetická odpudivá síla kompenzuje tíhovou sílu a předmět se tak bude vznášet ve vzduchu nad magnety.

    Vhodným materiálem pro tuto diamagnetickou levitaci je grafit (obvykle tzv. pyrolytický grafit), který je silně diamagnetický a současně lehký. Uspořádání popsané v tomto pokusu využívá běžně dostupné tuhy do mikrotužky.

  • Pomůcky

    • železný profil tvaru L s rozměry 1×1 cm a délce alespoň 15 cm
    • neodymové magnety o průměru 8 mm a tloušťce cca 4 mm (alespoň 30 kusů)
    • tuhy do mikrotužky

    Obr. 1. Pomůcky

    Poznámka: V některých tuhách do mikrotužky je obsaženo stopové množství železa. Vzhledem k tomu, že odpudivá diamagnetická síla je proti síle, kterou se přitahuje k magnetu železo, velmi malá, je potřeba zvolit tuhy, které stopové množství železa neobsahují. Podle našich zkušeností je pro experiment vhodná většina tuh značky Faber Castell, testované tuhy dalších výrobců nefungovaly.

  • Výroba dráhy pro tuhu

    Magnety uspořádáme do železné tyčky tak, aby se jejich póly střídaly a současně byl vždy jeden magnet zasunut, protější se o něj opíral a tato poloha se střídala (viz obr. 2., severní póly jsou označeny křížkem).

    Obr. 2. Uspořádání magnetů

    Na konec dráhy lze umístit dva magnety na sebe, aby tuha nevyjížděla z dráhy ven (viz obr. 3.).

    Obr. 3. Konec dráhy
  • Vzorový výsledek

    Pokud do „korýtka“ vložíme tuhu, bude se volně vznášet asi 0,5 mm nad magnety. Lze tak částečně demonstrovat i pohyb bez tření, jak je vidět na videu.


    V bočním pohledu je vidět, že se tuha opravdu vznáší:

    Obr. 4. Pohled zboku
  • Technické poznámky

    • Tuha při pohybu „přeskakuje“ mezery mezi magnety, mezery tak nesmí být moc velké. V praxi se osvědčily magnety do průměru 8 mm.
    • Vhodným železným profilem je i například tyčka profilu L ze stavebnice Merkur.
  • Další informace

    Další informace lze získat v článku: Koudelkova V.: How to simply demonstrate diamagnetic levitation with pencil lead; Phys. Ed. 51(1), (2016)

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od střední školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu