Levitation (Technik)

Ein magnetischer Kreisel kann in einem statischen Feld levitieren, da er sich durch seine Kreiselbewegung bei einer Störung gerade wieder so ausrichtet, dass die Stabilität erhalten bleibt. Derartige Kreisel sind als Spielzeug und Geschenkartikel im Handel erhältlich; bei der dabei verwendeten Bezeichnung Levitron handelt es sich um einen geschützten Markennamen.[1]

Wird die Position des zu levitierenden Körpers von Sensoren erfasst, so können Regelkreise das Feld so anpassen, dass Störungen ausgeglichen werden. Dieses Verfahren ist mit verschiedenen Methoden realisierbar, es wird bisher als einziges in größerem Stil über Spielzeugmaßstab hinaus eingesetzt, am bekanntesten bei Magnetschwebebahnen. Kommerziell erhältlich sind Magnetschwebekupplungen für Waagen, mit denen z. B. eine in einem Vakuumgefäß befindliche Probe von außen durch eine Edelstahlwand gewogen werden kann.

Diamagnetische Substanzen werden von magnetischen Polen abgestoßen – sowohl von Nord- als auch von Südpolen. Dadurch sieht für sie das Potentialfeld anders aus, das Earnshaw-Theorem gilt nicht, und es gibt stabile Gleichgewichtspositionen. So können etwa Graphitplatten über Permanentmagneten schweben. Mit ausreichend starken Umgebungsfeldern können sogar kleine Permanentmagneten zwischen menschlichen Fingern (die ebenfalls diamagnetisch sind) in der Schwebe gehalten werden. Supraleiter sind perfekt diamagnetisch; mit ihnen lassen sich besonders eindrucksvolle Schwebeeffekte erzielen.

In einem Leiter werden durch magnetische Wechselfelder Wirbelströme induziert. Dabei entsteht ein magnetisches Feld, das dem Feld des Magneten entgegengerichtet ist. Normale Leiter wie Kupfer oder Aluminium verhalten sich dabei wie diamagnetische Substanzen. Als mögliche Anordnung von Leiter und Magneten zueinander sind folgende Lösungen praktikabel:

Eine Aluminiumfolie, die dank der darin induzierten Wirbelströme über der Induktionskochplatte schwimmt.

• Schnell rotierender Magnet (bzw. Leiter), zum Beispiel verwendet das Hendo Hoverboard schnell rotierende Permanentmagnete über einer Kupferoberfläche
• Schnell sich relativ zueinander bewegender Magnet und Leiter (dies soll in dem System Inductrack bei der Magnetbahntechnik benutzt werden)
• Ein Leiter, der sich im Wechselfeld eines Elektromagneten befindet (hohe Frequenz ist notwendig)
• Kristallzucht ist mit dem Levitationstiegel möglich – eine Variante des Czochralski-Verfahrens, bei dem die Schmelze des Materials, aus dem der Kristall gezogen wird, von dem gleichen elektromagnetischen Wechselfeld, das sie erhitzt, in der Schwebe gehalten wird.
• Mit Leistungselektronik, vergleichbar der in einem Frequenzumrichter, ist es möglich, elektromagnetische Felder mit beliebiger Bewegungsrichtung zu erzeugen. Wie bei einer Wirbelstrombremse tendiert eine nicht-ferromagnetische Oberfläche dazu, relativ zu dem Feld zu ruhen. Bewegt sich das Feld nun, kann ein Fahrzeug angehoben und in eine beliebige Richtung beschleunigt werden. Das ist vergleichbar mit einer Magnetschwebebahn, allerdings nicht schienengebunden.[2]