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液態氧氣的新用途

2011/02/08 | 未分類 |

Original publish date:Apr 11, 2003

編輯 Agape 報導

英國的科學家達成首次在液態氧氣中﹐使逆磁性物質離地浮起的實驗。

所謂的磁浮(magnetic levitation) 原理﹐是具有相反磁極物體之間的排斥力﹐克服物體本身的重力﹐使得物體能夠漂浮在空中。曾經備受矚目的磁浮列車﹐便是利用這個原理使車身離地少許﹐在摩擦力大幅度減少的情況下﹐使列車能以高速行進。英國諾丁罕大學的物理學家A. T. Catherall與其研究小組﹐最近利用這個原理結合磁性阿基米德效應(magneto-Archimedes)﹐ 在液態氧氣中﹐達成使不同密度的逆磁性(diamagnetic)物質離地浮起的結果。

所謂的磁性阿基米德效應﹐是指在順磁性(paramagnetic)氣(液)體中﹐由於氣(液)體在外加磁場的催化之下﹐它就像具有磁性的液體。處在其中的逆磁性物質﹐除了磁浮的效應﹐還有從氣(液)體而來額外的浮力﹐與本身的重力平衡。如此﹐逆磁性物質就能浮在空中。在1998年﹐Ikezoe等人即已達成在室溫與60大氣壓的環境下﹐利用磁性阿基米德效應將氯化鈉(即食鹽﹐密度為2.17g/ml)浮起在氧氣中。

Catherall等人的實驗﹐是在盛裝於開放容器中(大氣壓力環境)的液態氧氣裡﹐浮起石英(密度為2.65g/ml)﹑ 溴化鉀(密度為2.75g/ml)﹑ 與鑽石(密度為3.51g/ml) 等物質。由於液態氧氣本身就是液體﹐在極低的外加磁場下﹐它所提供的液體浮力﹐便足夠將矽晶圓﹑砷化鎵晶體﹑硬幣﹑鉛塊與金幣分別浮起。而且﹐每一種物體﹐根據其組成的不同﹐其在空間中平衡停留的位置也不同。由於他們的實驗在一般大氣壓的環境即可進行﹐根據這個結果﹐Catherall建議這種方法可以用來分離具有不同礦物組成的混合物。

此外﹐在外加磁場達到13Tesla時﹐Catherall等人發現在液態氧氣的表面﹐存在形狀規律的圖案。例如在一外加的矩形框架中﹐其中的液態氧氣形成有如正方形晶格的結構﹐在其週邊則有一些錯位(dislocation)的存在。當外加磁場減弱時﹐他們則觀察到六角型晶格的形成。而隨著溫度的增加﹐所產生的對流與亂流﹐則會形成更複雜的結構。基於如此﹐他們也建議﹐這樣的實驗或許可以應用在模擬研究晶體的形成與晶格動力學方面的研究。

原始論文:

PhysicsWeb: Gold floats in magnetized oxygen

A. T. Catherall et al., Magnetic levitation: Floating gold in cryogenic oxygen, Nature 422, 579 (2003)

參考來源:

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  • [Sep 28, 2010] 植物為動物辦的氧氣趴

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