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Vorwort Diamagnetische Levitation (Erläuterung)

Der Ausdruck „Diamagnetismus“ stammt von Michael Faraday. Er bemerkte um 1845, dass viele Elemente eine gewisse Form von Diamagnetismus aufweisen. Unter normalen Bedingungen ist Bismut, abgesehen von Pyrolytischen Graphit, unter normalen Bedingungen am stärksten diamagnetisch (siehe Permeabilität verschiedener Stoffe).
Diamagnetismus ist eine Form des Magnetismus welcher aber nun bestrebt ist aus einem Magnetfeld herauszuwandern. Also genau entgegen dem was man von Magneten her kennt, dabei spielt die Polung auch keine Rolle mehr. Es werden Nord und Südpol gleichermaßen abgestoßen.
Mit dieser Kenntnis ist es nun möglich einen starken Magneten zum Schweben zu bringen. Um einen massebehafteten Körper schweben zu lassen muss man sich der Gravitation entziehen oder ihr entgegen wirken. Ein entziehen ist hier auf der Erde wohl nicht möglich, demnach benötigt man eine Gegenkraft. Diese Gegenkraft wird mit einem etwas stärkeren zweitem Scheiben-Magnet erzeugt der oberhalb befestigt ist. Diese Konstruktion reicht aber noch nicht um ein stabiles Schweben zu ermöglichen, da die Magnete beim annähern - ab einen bestimmten Punkt zusammen knallen werden. Nun kommt das diamagnetische Bismut ins Spiel. Es stabilisiert den Schwebemagnet in diesem besagten Punkt, so das der Magnet sich nun im Schwebezustand befindet. Da die Intensität des Magnetfeldes sich mit der Temperatur ändert wird die Position des Magneten nur noch von seiner Umgebungstemperatur abhängig sein.


Neodym Magnet in der Schwebe

Diamagnetische Schwebevorrichtung mit Bismut:
Hier nun die selbst gebaute Schwebevorrichtung um einen kleinen Neodym-Magneten zum schweben zu bringen. Daneben ein Stück reines Bismut.

Bismut in seiner Farbenpracht:
Bismut, veraltet Wismut, ist ein chemisches Element aus dem Periodensystem. Da es sehr starke diamagnetische Eigenschaften besitzt (im Vergleich zu anderen Elementen) ist es hervorragend für Schwebeversuche mit Magneten geeignet.
Bismut ist mit ca. 9,8g/cm³ fast so schwer wie Blei mit 11,3g/cm³ und besitzt außerdem einen niedrigen Schmelzpunkt (271°C) was den Heimwerker sehr gelegen kommt um selbst in heimischer Umgebung Formen zu gießen.


Der Aufbau der Bismut Schwebevorrichtung:
Die Grundplatte (Aluminium) im Ø 80mm, die Holzpfosten 18x18mm und 95mm hoch. Der obere Querträger ist auch aus Aluminium mit einem Whitworth R3/8 Zoll Gewinde. Der Gewindebolzen ist aus Edelstahl und leicht magnetisch was aber an dieser Stelle kein Problem darstellt. Alle anderen Teile sind nicht ferro-magnetisch.

Der vergoldete Neodym-Schwebemagnet hat eine Kantenlänge von 5mm. Der obere vernickelte Neodym-Magnet hat einen Durchmesser von 20mm und ist 3mm stark.

Die zwei Bismut Scheiben habe ich in einem feuerfesten Ring Ø 25mm geschmolzen und nach dem abkühlen ausgedrückt. Da Bismut sich im Gegensatz zu anderen Materialien beim abkühlen ausdehnt, saßen sie sehr fest in der Form. Danach wurden sie überfräst und poliert. Eine Bismut-Scheibe kam in die Grundplatte und die andere wurde in einer Aluminium-Form gefasst, welche mit zwei Aluminium-Drähten an den Holzpfosten befestigt sind. Der Abstand zwischen den Bismut-Scheiben beträgt 6,5mm. In Versuchen zeigt sich dieser Abstand als optimal.

Der Magnet schwebt stabil von ganz alleine:
Der obere Scheibenmagnet ist nicht geklebt sondern hält sich selbst (Presspassung). Über den oberen Bolzen lässt sich die Höhe des Schwebenden Magneten wunderbar einstellen.

Die Bismutscheiben:
In der Nahaufnahme sieht es viel spektakulärer aus.
 
Höhenverstellung des Neodym-Magneten durch den Gewindebolzen:
Der Alu-Querträger ist mit zwei M4 VA Senkschrauben befestigt. Eine Verstiftung sorgt als Verdrehsicherung.

Freies Schweben ohne Energie:
Und zu guter letzt mal bei Nacht :-) Es ist ein beunruhigendes Gefühl etwas in der Wohnung zu haben - was schwebt!
 



Video  über die Bismut Levitation    Mein Kanal bei YouTube







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Kommentare & Fragen (25)


  • Leonie schrieb am 09.04.2015, 11.31 Uhr

    Stimmt...Könnte es wirklich sein, dass dadurch die Magneten sich abschwächen ?
    Wäre doch schade...


  • Tobias schrieb am 09.04.2015, 11.29 Uhr

    Sorry für die Rechtschreibfehler...Hatte wohl zu schnell getippt, also nochmal sorrry!
    Was mir gerade noch kam, hab ich auch bei dem schwebenden Motor geschrieben und was auch hier zutreffend sein könnte: Müssten sich nicht die Dauermagneten mit der Zeit durch ein hier zwar nicht gleichpoliges aber dennoch entgegenwirkendes Magnetefeld mit der Zeit entmagnetisieren?


  • Tobias schrieb am 09.04.2015, 11.08 Uhr

    Gute Seite ! Eine Frage hätte ich noch: rein Theoretisch könnte man doch auch wasser, Holz,usw. In einem wahnsinnsdstarken Magnetfeld (durch elektromagnen) schweben lassen. Übrigends, Element 115 ist Ununpentium :-) ein radioaktives isotop, das einem supraleiter sehr nahe kommt bzw selbst einer sein könnte bei rund 50 grad celsius...einziges problem ist der zerfall...man müsste es stabil machen um einen UFO anrtrieb zu realisieren...aber schonmal an die versuche mit dem neodymmagneten durchein kupferrohr gedacbt ? Hier wird ein elektromagnetisches feld erzeugt und verlangsamt die fallgeschwindigkeit dez magneten erheblich...was wenn manin dem rohr ein künstliches elektdomagnetfeld erzeugen würde?.... Schwebt dann der magnet darin? Es is ja nachgewiesen dass man durch magnetspulen unter einem supraleiter dinge über diesem jeglicher art leichter machen kann... Wede mal in der richtung weiterforschen...


  • Salome schrieb am 04.02.2015, 11.40 Uhr

    Guten Tag

    Sie haben eine sehr spannende Seite!

    Ich bin auf der Suche nach einem Modell mit Massangaben für die diamagnetische Levitation mit Bismut und bin endlich fündig geworden auf Ihrer Seite. Jetzt habe ich eine Frage dazu. Wäre es möglich, dieses gleiche Modell in einer kleineren Ausführung herzustellen? Eigentlich ginge es darum, die Durchmesser der Bismutplatten etwas zu verringern, damit es als Gesamtes nicht mehr so viel Platz braucht. Ich nehme an, man müsste dann auch die Magnetgrössen und die jeweiligen Abstände anpassen...
    Ich würde mich sehr über Hilfe freuen! Leider komme ich eher nicht aus dem technischen Bereich und bin darum ein wenig hilflos. Ich möchte diese Levitation in einen Schmuck integrieren und müsste darum Platz sparen..

    Vielen Dank für Ihre Hilfe!


  • Peter 900 schrieb am 07.08.2013, 00.30 Uhr

    Guten Morgen, ist es möglich den Festmagneten durch einen Elektromagneten zu ersetzen?

    Antwort: Prinzipiell sollte es möglich sein, jedoch habe ich meine Zweifel wegen dem Gewicht im Verhältnis zur magnetischen Feldstärke.


  • Andi schrieb am 04.06.2012, 10.05 Uhr

    Hi, tolle Seite!
    Hier noch eine Quelle für Wismut:
    https://www.innomats.de/product_info.php?cPath=28&products_id=45

    Schönen Gruß
    Andi

    Answer: Danke für den interessanten Link.


  • kat schrieb am 23.05.2012, 04.11 Uhr

    hallo)) coole seite!

    vielleicht können Sie mir helfen))

    ich entschuldige mich im vorraus für diletanttische fragen...

    ich studiere architektur und möchte für mein bachelor arbeit ein präsentationsmöbel bauen und dieses zum schweben bringen.

    Am liebsten wäre es natürlich ein stabilisiertes diamagnetismus zu erzeugen, aber die graphit/bismuth platten sind für solche größen(1m*1m) unbezahlbar.

    ich habe schon im internet ziemlich viel gesucht nach anderen möglichkeiten, wie z.B. (http://www.youtube.com/watch?v=cVa-pgCoMaY). Das scheint für diletanten wie ich es bin, machbar zu sein:) Soweit ich es verstehe, ist es das selbe prinzip, wie bei Hoverit Lounger stuhl (http://www.youtube.com/watch?v=h5v4SnrHQO8).

    Frage1:
    wie viele Neodym(N52) magnete und welche stärke sollte ich nehmen für 1m*1m breites möbelstück(die schweben soll) mit gesamt gewicht von umgefähr 150kg?


    Frage2:
    haben viele kleine magnete gleiche stärke, wie einer große?(da die preis auf e-bay für die viele kleine ist WESENTLICH kleiner, als für eine große- hat es was mit stärke zu tun?)

    Frage3:
    ist es möglich in meinem fall das stabilisiertes diamagnetismus zu erzeugen, was irgendwie bezahlbar wäre(mit bezahlbar meine ich um die 800 euro)

    Vilen dank im vorraus und nochmals sorry für die blöde fragen))

    kat


  • Fried schrieb am 16.02.2012, 23.33 Uhr

    Hi, tolle Seite. Ich hatte mich mit so etwas noch nicht beschäftigt darum sorry für die vielleicht dumme Frage: wieso braucht man unten auch eine Bismut-Scheibe?
    Wenn ich richtig verstehe, bildet der Diamagnetismus der oberen Scheibe die Gegenkraft zur verringerten Distanz (und damit verstärkten Anziehungskraft) des schwebenden- und des 'Justier-Magneten'. Wozu brauchst du aber die Scheibe unten?
    Oder verstehe ich alles falsch?
    LG

    Antwort: Hallo Fried, du verstehst es schon richtig. Ich versuche es mal zu erklären. Stelle dir ein einen Stab, der am Ende Kugel gelagert ist, vor (also ein Pendel). Dieses Pendel hängt im Normalfall nach unten. Versuche nun dieses Pendel nach oben auszurichten (Kopf über). Es wird nicht funktionieren, sofern das Kugellager nicht klemmt, da das Pendel immer zu einer Seite ausbrechen wird. Wenn hingegen am anderen Ende des Pendels (gegenüber dem Lager) ein Magnet befestigt wird, könnte man mit zwei Bismut-Scheiben, rechts und links neben dem Magnet, das Pendel stabilisieren. Und das gleiche Prinzip funktioniert auch in der Senkrechten mit zwei Bismut-Scheiben und zwei Magneten, so wie es hier gezeigt wird.


  • Moritz schrieb am 08.01.2012, 12.02 Uhr

    Ja, würde ich auch sagen. Ich habe aber dummerweise nur 6 kleine Magnete und konnte daher bisher keine längere Mine als ca. 15mm ausprobieren :)
    Die Schwebehöhe hängt sicherlich von der Stärke der Magnete und dem Graphitgehalt der Mine ab. Ich habe ja nur HB hier, noch weichere müssten einen noch höheren Gehalt haben.
    Ich habe ein erstes schnell dahingepfuschtes Video am 3.1. hochgeladen:




    Sobald ich andere Minen und Magnete habe, werde ich mir mit einem neuen Video mehr Mühe geben, das findet sich dann auch dort.

    Antwort: Das sieht doch schon mal sehr gut aus. Lass es mich wissen wenn das nächste Video fertig ist.
    Meine Magnete waren viel kleiner mit denen ich es damals versucht hatte. Vielleicht war dies auch der Grund dafür, dass der Erfolg ausblieb.


  • Moritz schrieb am 03.01.2012, 21.51 Uhr

    Erfolg! Es klappt doch. Die Mine muss die richtige Länge haben und man muss alles gut ausbalancieren. Die Mine schwebt stabil und wenn man sie leicht anpustet, schwankt sie hin und her.

    Antwort: Das ist doch toll. Die Länge der Mine hat doch nur was mit der stabilen Lage zu tun und nicht mit der "Schwebehöhe" - oder?


  • Moritz schrieb am 03.01.2012, 21.06 Uhr

    Ich habe meine Druckbleistiftminen (HB) gefunden und es funktioniert tatsächlich ein bischen. Wenn man die Mine leicht beweglich aufhängt, wird sie auf jeden Fall von Magneten abgestoßen.
    Zum Schweben habe ich sie so ähnlich wie auf diesem Foto gebracht:
    http://www.klangspiel.ch/magnet/images/kublenz_diamagnet_01.jpg
    Allerdings gleitet sie entweder immer gleich runter oder berührt die Magnete an einer Stelle und wird so stabilisiert. Hat jemand noch Tipps?


  • Besucher 200000000 schrieb am 23.12.2011, 10.36 Uhr

    Wo kann mann Bismut kaufn ?

    Antwort: Bismut kann man überall kaufen, kommt immer auf die Abnahmemenge an.

    - Wir denken nicht, wir google'n -


  • Moritz schrieb am 18.12.2011, 16.35 Uhr

    (die Beschränkung auf 500 Zeichen ist etwas lästig)

    Graphitplatten: es gibt einige Quellen wo nur von Graphitplatten die Rede ist und sich kein Hinweis auf pyrolytisches findet. Aber ich vermute auch, du hast Recht.

    Aber immerhin habe ich auch Hinweise auf eine schwebende Bleistiftmine gefunden. Die ist sicher nicht pyrolytisch.

    Dass in Graphitpulver nichts gerichtet sein kann, ist mir natürlich klar. Ich hatte halt gehofft, dass normales Graphit auch reicht, wenn man dafür etwas mehr nimmt.

    Antwort: Die Beschränkung wurde auf 2000 Zeichen geändert.

    Ich will nicht sagen das Graphit nicht diamagnetisch ist, nur leider nicht so stark. Das mit den Bleistiftminen habe ich auch schon gesehen und sogar schon mal ausprobiert, leider ohne Erfolg. Nach Recherchen habe ich herausgefunden, dass Bleistiftminen, meist ein Gemisch aus Graphit (Schwärze), Ton (Bindemittel) und Imprägniermittel (Wachs) sind, und dadurch für Schwebeversuche ungeeignet sind. Wenn du reine Graphitminen findest, sollte es funktionieren. Wenn du in der Hinsicht Erfolg haben solltest, lass es mich wissen.


  • Moritz schrieb am 18.12.2011, 16.34 Uhr

    Diamagnetische Finger: jetzt habe ich die wirkliche Quelle des Fotos gefunden und daraus geht hervor, dass es dann doch nicht ganz so einfach ist:
    http://www.nature.com/nature/journal/v400/n6742/fig_tab/400323a0_ft.html \"2.5 metres below a powerful superconducting magnet\" :)

    Aber der dort ebenfalls beschriebene Bismut-Zylinder ist cool. Der wär vielleicht auch was für dich? Es ist doch bestimmt noch was über?

    Antwort: Ich habe noch nie einen Magneten in dieser Höhe über einen Supraleiter schweben sehen.

    Ja Bismut ist noch über aber der Zylinder ist doch nichts anderes wie das von mir hier vorgestellte. Nur in einer anderen Form. So wie ich es sehe muss der Zylinder liegen und ein zusätzlicher Magnet muss ihn in der Waage (Schwebe) halten. Erwarte nicht so viel von den diamagnetischen Stoffen. Wenn ich einen Magneten (Neodym) auf das Bismut lege, passiert nichts. Also der stößt sich nicht merklich ab. Die Kräfte sind einfach nur sehr gering.


  • Moritz schrieb am 17.12.2011, 12.58 Uhr

    *diamagnetische Finger: http://www.wundersamessammelsurium.info/magnetisches/1_diamagnetismus/MagLevDia1b.jpg - hat dazu jemand Tipps? Ist es wichtig, dass der Hebemagnet relativ weit weg und damit sehr stark ist? Oder kann es auch mit 2 gleichen kleinen Neodym-Magneten funktionieren?

    Antwort: Was soll man schon zu diesem Bild sagen. Es ist keine Apparatur zu erkennen oder es könnte auch eine Fotomontage sein, was nicht heißen soll: Das es unmöglich ist. Es wird jedoch nur möglich mit einem geregelten Elektromagnet.
    Prinzipiell gilt: Je größer der Abstand je größer die aufgebrachte Energie. Wenn man das Abstandsgesetz beachtet muss sogar die Energie exponentiell zunehmen.



  • Moritz schrieb am 17.12.2011, 12.57 Uhr

    Danke für die Antwort - es ging mir nicht darum einen stärkeren oder besseren Effekt zu erzielen, sondern einen billigeren und vor allem mit leichter zu verarbeitenden Materialien. Mit Graphitplättchen soll es ja offenbar gehen, ja sogar zwischen zwei Fingern* - ich frage mich also ob die Pulverform bei Graphitpulver ein Problem ist oder keine Rolle spielt. Man könnte das Pulver z.B. in ein Glas füllen und fest an den Boden drücken. So würde man sehr günstig eine große Masse bekommen.

    Antwort: So - so, billig soll es werden! Woher nimmst du die Weisheit "Graphitplättchen soll es ja offenbar gehen"? Alles was es zu kaufen gibt und was man im Internet sieht, was schweben soll, ist pyrolytisches Graphit und das ist sogar teurer als Bismut.
    Pulver ist sicherlich leichter zu verarbeiten aber selbst wenn du pyrolytisches Graphit zu Pulver stampfst wird es seinen Effekt des Diamagnetismus erheblich verlieren.
    Auch Diamanten sind Graphit und wenn es billig werden soll, kann man sich auch Briketts um den Hals hängen :-)


  • Moritz schrieb am 16.12.2011, 18.16 Uhr

    Moin, ich bin begeistert und habe gerade nach den Bismut-Preisen geguckt. Graphitpulver (99,5% Reinheit) wäre erheblich billiger und man könnte davon auch größere Mengen nehmen. Geht das auch?

    Antwort: Graphit-Pulver ist auch einfacher herzustellen. Leider ist es nicht dafür geeignet. Es muss schon pyrolytisches Graphit sein welches erst durch seine besondere Gitterstruktur stark diamagnetisch wird.


  • Pawel schrieb am 29.10.2011, 19.07 Uhr

    Ist es möglich den Abstand zwischen dem schwebenden Magneten und den Bismut Platten auf Zentimeter zu vergrößern? Wie müssten die Bedingungen dazu sein (stärkerer Magnet? größere Platten?)? Funktioniert die Konstruktion auch mit einem von Ferrofluid umhüllten Kugelmagneten?

    Schönen Gruß!

    Antwort: Hallo Pawel, wenn es machbar wäre hätte ich es schon längst umgesetzt. Leider ist es nicht so einfach.

    Meine Versuche zeigten, dass eine dickere Bismutplatten nicht den gewünschten Erfolg bringen. Es verstärkt sich auch nicht ein Magnetfeld um die Anzahl der hintereinander angehängten Magnete. Für einen größeren Abstand zwischen Magnet und Bismut benötigt man entweder einen stärkeren Magnet und/oder einen stärkeren Diamagnet (Supraleiter). Bismut ist dafür einfach zu schwach diamagnetisch. Einen stärkeren Magneten zu bekommen dürfte auch unmöglich werden, da Neodym-Magnete wohl momentan die stärksten Permanentmagneten sind die zu bekommen sind. Also kann man es mit Supraleitern machen. Das dürfte aber sehr schwer werden da diese stark gekühlt werden müssen.

    Wenn du jetzt mit Ferrofluid arbeiten möchtest braucht man schon einen größeren Abstand. Da die "Spikes" durch den starken Magneten dementsprechend groß sind. Die einzige leicht umzusetzende Methode wäre das Prinzip der elektronisch geregelten Elektromagneten (siehe dazu meine "Schwebende Kugel"). Mit diesem Aufbau sollte es auch möglich sein mit Ferrofluid zu arbeiten.


  • Berti schrieb am 26.09.2011, 13.07 Uhr

    Wieviel Gramm wiegt eine dieser Scheiben Bismut?

    Antwort: Die Bismut-Scheiben sind jetzt eingeklebt und aus diesem Grunde kann ich sie nicht mehr wiegen. Aber die Bismut-Scheiben haben einen Durchmesser von 25mm und sind 10mm dick. Berechnen wir das Volumen: Grundfläche mal der Höhe. Pi/4*d²*h = 0,78539*25²*10 = 4908,73852mm³ = 4,90873852cm³ mal dem spezifischen Gewischt von Bismut 9,78g/cm³ ergibt 48g pro Scheibe.


  • Hannes schrieb am 10.09.2011, 01.04 Uhr

    Mit Graphitstift meine ich, die Stifte die Künstler verwenden!
    Werde das mal ausprobieren!

    Gruß!


  • Hannes schrieb am 08.09.2011, 17.44 Uhr

    Könnte man auch normales Graphit z.b aus einem Graphitstift nehmen?
    Müsste ja funktionieren.

    Gruß!

    Antwort: Wenn es reines Graphit ist sollte es eventuell funktionieren, es käme auf einen Versuch an. Ich weiß nicht was du mit einen Graphit-Stift meinst. Auf jedenfall ist Graphit diamagnetisch.


  • Hannes schrieb am 07.09.2011, 19.06 Uhr

    Könnte man anstatt des Bismuts auch Graphit verwenden?
    Und müssen die Magnete stark sein oder funzt das auch mit normalen?

    Gruß!

    Antwort: Ja - man könnte "Pyrolytisches Graphit" verwenden und der Effekt wäre noch stärker als bei Bismut, da "Pyrolytisches Graphit" einen höheren Diamagnetismus besitzt (siehe Permeabilitätszahlen verschiedener Stoffe). Je stärker (Tesla-Wert) der schwebende Magnet ist desto "höher" wird er schweben. Der obere Magnet hingegen kann schwächer ausgelegt sein.


  • 3gfisch schrieb am 23.08.2011, 20.25 Uhr

    Wo kauft man denn am besten das Bismut? Fertige scheiben finde ich nicht... Danke
    Wäre es auch andersrum möglich bismut würfel in der mitte und oben und unten magnet scheiben?
    Thx

    Antwort: Also mein Bismut habe ich hier gekauft.
    Ein Stück Bismut durch Magnete schweben zu lassen ist so nicht möglich! Die resultierende Gravitation anhand vom spezifischen Gewicht des Bismut übersteigt bei weitem die diamagnetische Kraft vom Bismut. Pyrolytisches Graphit hingegen hat einen stärkeren Diamegnetismus und ist leichter, damit ließe es sich realisieren.


  • Klaus schrieb am 09.01.2011, 23.24 Uhr

    Servus,
    erstmal super Seite.Ich würde gerne wissen wie dick die Bismutscheiben sein müssen!?

    So long
    Klaus

    Antwort: Eine gute Frage die ich so gar nicht beantworten kann. Jedenfalls sind meine Scheiben ca. 10mm dick.
    Bismut ist nur schwach diamagnetisch und "verliert" diesen Effekt mit zunehmender Entfernung. Deshalb glaube ich auch nicht dass eine dickere Scheibe effektiver sein wird. Versuche mit dem riesigen Klumpen (siehe Bilder oben) ergaben auch keine besseren Resultate.


  • Albert schrieb am 09.09.2010, 21.31 Uhr

    Könntest du mir bitte sagen wo ich diese Bismutscheiben kaufen kann? Vielen Dank.

    Antwort: Ich habe mir ein Kilo Bismut gekauft (siehe Fotos w.o.), etwas abgemeißelt und dann geschmolzen (Schmelzpunkt bei 271°C). In eine Form gegossen - abkühlen lassen und überfräst. Anschließend poliert und fertig.
    Du kannst aber auch Scheiben bei Ebay (Australien) kaufen. Suche nach "Bismuth Plates" und "Weltweit" aktivieren.



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    Stand 26.11.2011

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