Lewitacja magnetyczna: opis, cechy i przykłady

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-12 11:41

Jak wiecie, Ziemia, ze względu na panujący porządek na świecie, ma pewne pole grawitacyjne, a marzeniem człowieka zawsze było pokonanie go wszelkimi środkami. Lewitacja magnetyczna to termin bardziej fantastyczny niż odnoszący się do codziennej rzeczywistości.

Początkowo oznaczało to hipotetyczną zdolność do pokonania grawitacji w nieznany sposób i przenoszenia ludzi lub przedmiotów w powietrzu bez sprzętu pomocniczego. Jednak obecnie koncepcja "lewitacji magnetycznej" jest już dość naukowa.

Jednocześnie powstaje kilka innowacyjnych pomysłów, które opierają się na tym zjawisku. A wszystkie z nich w przyszłości obiecują ogromne możliwości wszechstronnych zastosowań. To prawda, że lewitacja magnetyczna będzie realizowana nie metodami magicznymi, ale z wykorzystaniem bardzo specyficznych osiągnięć fizyki, a mianowicie działu zajmującego się badaniem pól magnetycznych i wszystkiego, co z nimi związane.

Tylko trochę teorii

Wśród ludzi z dala od nauki panuje opinia, że lewitacja magnetyczna to sterowany lot magnesu. W rzeczywistości pod tymtermin ten oznacza pokonanie obiektu grawitacyjnego za pomocą pola magnetycznego. Jedną z jego cech charakterystycznych jest ciśnienie magnetyczne, które jest używane do „walki” z grawitacją Ziemi.

Mówiąc prościej, kiedy grawitacja ściąga obiekt w dół, ciśnienie magnetyczne jest skierowane w taki sposób, że popycha go z powrotem. W ten sposób magnes lewituje. Trudność we wdrażaniu teorii polega na tym, że pole statyczne jest niestabilne i nie skupia się w danym punkcie, więc może nie być w stanie skutecznie oprzeć się przyciąganiu. Dlatego potrzebne są elementy pomocnicze, które zapewnią stabilność dynamiczną pola magnetycznego, tak aby lewitacja magnesu była zjawiskiem regularnym. Jako stabilizatory stosuje się różne metody. Najczęściej - prąd elektryczny płynący przez nadprzewodniki, ale są też inne rozwiązania w tej dziedzinie.

Lewitacja techniczna

Właściwie odmiana magnetyczna odnosi się do szerszego terminu przezwyciężania przyciągania grawitacyjnego. A więc lewitacja techniczna: przegląd metod (bardzo krótki).

Wydaje się, że trochę rozpracowaliśmy technologię magnetyczną, ale jest też metoda elektryczna. W przeciwieństwie do pierwszego, drugi może służyć do manipulacji produktami wykonanymi z różnych materiałów (w pierwszym przypadku tylko namagnesowanych), a nawet dielektryków. Oddzielna także lewitacja elektrostatyczna i elektrodynamiczna.

Zdolność cząstek do poruszania się pod wpływem światła została przewidziana przez Keplera. ALEistnienie lekkiego nacisku udowodnił Lebiediew. Ruch cząstki w kierunku źródła światła (lewitacja optyczna) nazywamy fotoforezą pozytywną, a w kierunku przeciwnym - negatywem.

Lewitacja aerodynamiczna, w odróżnieniu od optycznej, ma dość szerokie zastosowanie we współczesnych technologiach. Nawiasem mówiąc, „poduszka” to jedna z jej odmian. Najprostszą poduszkę powietrzną uzyskuje się bardzo łatwo - w podłożu nośnym wierci się wiele otworów i przedmuchuje je sprężonym powietrzem. W tym przypadku podnośnik powietrzny równoważy masę obiektu i unosi się w powietrzu.

Ostatnią metodą znaną obecnie nauce jest lewitacja za pomocą fal akustycznych.

Jakie są przykłady lewitacji magnetycznej?

Science fiction marzyły o przenośnych urządzeniach wielkości plecaka, które mogłyby „lewitować” człowieka w pożądanym przez niego kierunku ze znaczną prędkością. Nauka do tej pory obrała inną ścieżkę, bardziej praktyczną i wykonalną - powstał pociąg poruszający się za pomocą lewitacji magnetycznej.

Historia super pociągów

Po raz pierwszy pomysł kompozycji wykorzystującej silnik liniowy został zgłoszony (a nawet opatentowany) przez niemieckiego inżyniera-wynalazcę Alfreda Zane'a. I to było w 1902 roku. Później rozwój zawieszenia elektromagnetycznego i wyposażonego w nie pociągu pojawił się z godną pozazdroszczenia regularnością: w 1906 roku Franklin Scott Smith zaproponował kolejny prototyp, między 1937 a 1941 rokiem. szereg patentów na ten sam temat otrzymał Hermann Kemper iNieco później Brytyjczyk Eric Lazethwaite stworzył działający prototyp silnika naturalnej wielkości. W latach 60. brał również udział w rozwoju Gąsienicowego Poduszkowca, który miał stać się najszybszym pociągiem, ale tego nie zrobił, ponieważ projekt został zamknięty z powodu niewystarczających funduszy w 1973 roku.

Zaledwie sześć lat później, ponownie w Niemczech, zbudowano pociąg maglev, który otrzymał licencję do przewozu osób. Ułożony w Hamburgu tor testowy miał niespełna kilometr długości, ale sam pomysł tak bardzo zainspirował społeczeństwo, że pociąg funkcjonował nawet po zamknięciu wystawy, przewożąc 50 000 osób w ciągu trzech miesięcy. Jego prędkość, jak na współczesne standardy, nie była tak wielka – tylko 75 km/h.

Nie wystawa, ale komercyjny maglev (tak nazwali pociąg za pomocą magnesu), kursował między lotniskiem w Birmingham a stacją kolejową od 1984 roku i przetrwał 11 lat na jego stanowisku. Długość toru była jeszcze krótsza, bo tylko 600 m, a pociąg wznosił się 1,5 cm nad tor.

Japoński

W przyszłości emocje związane z pociągami maglev w Europie opadły. Ale pod koniec lat 90. tak zaawansowany technologicznie kraj, jak Japonia, zaczął się nimi aktywnie interesować. Na jego terenie wytyczono już kilka dość długich tras, którymi latają maglevy, wykorzystując takie zjawisko jak lewitacja magnetyczna. Ten sam kraj jest również właścicielem rekordów prędkości ustanowionych przez te pociągi. Ostatni wykazał ograniczenie prędkości do ponad 550 km/h.

Dalejperspektywy użytkowania

Z jednej strony maglevy są atrakcyjne ze względu na ich zdolność do szybkiego poruszania się: według teoretyków mogą być przyspieszane do 1000 kilometrów na godzinę w najbliższej przyszłości. Wszakże są one napędzane lewitacją magnetyczną i tylko opór powietrza je spowalnia. Dlatego nadanie kompozycji maksymalnych konturów aerodynamicznych znacznie zmniejsza jej oddziaływanie. Dodatkowo dzięki temu, że nie dotykają szyn, takie pociągi zużywają się niezwykle wolno, co jest bardzo opłacalne.

Kolejną zaletą jest zmniejszony efekt hałasu: pociągi maglev poruszają się niemal bezgłośnie w porównaniu do pociągów konwencjonalnych. Bonusem jest również wykorzystanie w nich prądu, co zmniejsza szkodliwy wpływ na przyrodę i atmosferę. Ponadto pociąg maglev jest w stanie wspinać się po bardziej stromych zboczach, eliminując potrzebę układania toru wokół wzgórz i zboczy.

Zastosowania energetyczne

Nie mniej interesujący praktyczny kierunek można uznać za szerokie zastosowanie łożysk magnetycznych w kluczowych elementach mechanizmów. Ich instalacja rozwiązuje poważny problem zużycia materiału źródłowego.

Jak wiecie, klasyczne łożyska zużywają się dość szybko – stale doświadczają dużych obciążeń mechanicznych. W niektórych obszarach konieczność wymiany tych części oznacza nie tylko dodatkowe koszty, ale również duże ryzyko dla osób obsługujących mechanizm. Łożyska magnetyczne działają wielokrotnie dłużej, dlatego ich stosowanie jest wysoce wskazane dlawszelkie ekstremalne warunki. Szczególnie w energetyce jądrowej, technologii wiatrowej lub w branżach o ekstremalnie niskich/wysokich temperaturach.

Samolot

W problemie, jak wdrożyć lewitację magnetyczną, pojawia się rozsądne pytanie: kiedy w końcu zostanie wyprodukowany pełnoprawny samolot, w którym lewitacja magnetyczna zostanie wykorzystana, i zaprezentowany postępowej ludzkości? Wszakże istnieją pośrednie dowody na istnienie takich "UFO". Weźmy na przykład indyjskie „wimany” najdawniejszej epoki czy hitlerowskie „discoplanes”, które są już nam bliższe czasowo, wykorzystując między innymi elektromagnetyczne metody organizowania windy. Zachowały się przybliżone rysunki, a nawet zdjęcia pracujących modeli. Pytanie pozostaje otwarte: jak urzeczywistnić te wszystkie pomysły? Ale sprawy nie idą dalej niż niezbyt opłacalne prototypy dla współczesnych wynalazców. A może to wciąż zbyt tajne informacje?