Какво е електромагнитното левитационно задвижване? За какво служи?
Чували ли сте някога за влаковете Maglev в Япония или за Transrapid в Европа? Знаете ли какво представляват влаковете с магнитна левитация? Това са влакове, които „левитират“ над релсите благодарение на магнитно поле. За да научите повече, в тази статия ще откриете всичко, което трябва да знаете за електромагнитното левитационно задвижване и за ролята му в света около нас. Разгледайте също така нашата колекция от магнитни глобуси, които използват същата тази енергия.
Разбиране на електромагнитното левитационно действие
В физиката и науките съществуват две основни концепции за принципа на левитацията: електромагнитната концепция, която се генерира от регулирани електромагнити, и електродинамичната концепция, която се основава на силите на индуцираните токове. Електромагнитното левитационно действие се дефинира като механизъм, позволяващ на даден обект да левитира благодарение на магнитно поле. Електромагнитните сили, които действат върху този обект, му позволяват да противодейства на собствената си тежест и да плава, без да пада.
По-конкретно, един обект е в състояние на електромагнитна левитация, когато той левитира над магнитна опора, без да е в контакт с нея. Вертикална сила, насочена отдолу нагоре, позволява да се уравновеси теглото на този обект/тяло. Влаковете „Трансрапид“ в Германия или в Шанхай са конкретни примери за електромагнитно левитация. От друга страна, японските „Маглев“ използват електродинамична левитация.
Как функционира електромагнитното левитация?
Електромагнитното левитация е възможно благодарение на магнитните сили. За да го разберем, първо трябва да знаем как функционират магнитите. Това е много просто! Нека изходим от принципа, че един магнит може да привлича или отблъсква феромагнитни материали в зависимост от разположението на полюсите. Северните полюси се привличат, а северните и южните полюси се отблъскват.
Магнитният механизъм се задейства, когато магнитите се активират последователно (привличат се и отблъскват се). Гравитацията, която действа върху левитиращия обект, се компенсира от тези сили. Това позволява да се поддържа постоянно разстояние между обекта и земята, като се избягва триенето. Този механизъм без триене позволява освен това да се движи по-бързо. За активиране на системата за левитация или електромагнитно поддържане се използват електромагнити и свръхпроводници.
Електромагнитите
Електромагнитът е магнит, захранван с електрически ток. Той позволява преобразуването на електрическа енергия в магнитна енергия. За тази цел магнитът се състои от ядро от магнитна стомана, обгърнато от намотка от проводник. Магнитното поле се създава при преминаването на електрически ток през електромагнита. Благодарение на този принцип електромагнитът притежава силна механична сила на привличане. Ето защо той се използва при електромагнитното левитация.
Свръхпроводниците
Свръхпроводниците са материали, способни да провеждат електрически ток перфектно, без съпротивление и загуба на енергия. Това е феноменът на свръхпроводимостта. Той става възможен чрез охлаждане на материала, за да се премахне всякакво електрическо съпротивление.
Открито от холандския физик Хайке Камерлинг Онес през 1911 г., явлението свръхпроводимост и до днес остава изключително откритие. Още повече, че свръхпроводниците притежават и изключителни магнитни свойства. По този начин те могат безпроблемно да левитират под магнит.
За какво служи електромагнитното поддържане?
Както вероятно вече сте забелязали по-горе, електромагнитното левитация позволява да се накара да левитира обект върху магнитна повърхност, без те да се допират. Но освен това този механизъм позволява също така да се ускори движението на обекта. Ето защо основното приложение на електромагнитното левитационно задвижване е в железопътния сектор, по-специално за задвижване и левитация на влакове като германския „Трансрапид“ или „Трансрапид“ в Шанхай.
Влакът с електромагнитна левитация
Влакът с електромагнитна левитация левитира единствено чрез привличане на полюсите. За тази цел той е проектиран с електромагнити, разположени в долната част, успоредно на релсите. Самите релси също са снабдени с ламинирани железни пръти, които влизат в контакт с електромагнитите.
По този начин се създава електромагнитно поле, без електромагнитите и железни пръти да са в контакт. Освен това влакът се движи в състояние на левитация (т.е. не се допира до релсите). Той се движи с максимална скорост, достигаща до 150 км/ч.
Предимствата на влаковете с електромагнитна левитация
Ако днес електромагнитното левитационно задвижване е широко разпространено при влаковете, това се дължи преди всичко на редица негови предимства:
- Този механизъм позволява на влаковете да се движат с голяма скорост.
- Той също така позволява да се намали шумовото замърсяване, причинено от преминаването на влаковете по релсите (тъй като левитиращият влак не докосва релсите).
- Това е чиста и по-малко замърсяваща система: влакът с електромагнитна левитация не изхвърля дим и използва малко енергийни ресурси. Благодарение на свръхпроводниците се наблюдават малко електрически загуби и емисии.
- Аеродинамичното съпротивление и скоростта на влаковете не причиняват щети на екосистемата.
От друга страна, реализацията на тази концепция все още е много скъпа. Ето защо в света има много малко влакове с електромагнитна левитация.