Z več kot 8 leti izkušenj s testiranjem galaksijskih projektorjev, Nixie ur in znanstvenih dekorativnih izdelkov zagotavlja strokovno izbrane priporočila.
Kaj je elektromagnetno lebdenje? Za kaj se uporablja?
Ali ste že kdaj slišali za vlake Maglev na Japonskem ali za Transrapid v Evropi? Ali poznate vlake z magnetnim lebdenjem? To so vlaki, ki »lebdijo« nad tirnicami zahvaljujoč magnetnemu polju. Če želite izvedeti več, v tem članku najdete vse, kar morate vedeti o elektromagnetnem lebdenju in njegovi vlogi v svetu okoli nas. Oglejte si tudi našo kolekcijo magnetnih globusov, ki uporabljajo isto energijo.
Razumevanje elektromagnetnega lebdenja
V fiziki in znanosti obstajata dva temeljna koncepta načela lebdenja: elektromagnetni koncept, ki ga ustvarjajo regulirani elektromagneti, in elektrodinamični koncept, ki temelji na silah indukiranih tokov. Elektromagnetno lebdenje je opredeljeno kot mehanizem, ki omogoča lebdenje predmeta s pomočjo magnetnega polja. Elektromagnetne sile, ki delujejo na ta predmet, mu omogočajo, da se upre lastni teži in lebdi, ne da bi padel.
Natančneje, predmet je v stanju elektromagnetnega lebdenja, ko lebdi nad magnetno podlago, ne da bi bil v stiku z njo. Navpična sila, usmerjena od spodaj navzgor, omogoča uravnoteženje teže tega predmeta/telesa. Vlaki Transrapid v Nemčiji ali Šanghaju so konkretni primeri elektromagnetnega lebdenja. Nasprotno pa japonski Maglev uporablja elektrodinamično lebdenje.
Kako deluje elektromagnetno lebdenje?
Elektromagnetno lebdenje je mogoče zaradi magnetnih sil. Da bi to razumeli, moramo najprej vedeti, kako delujejo magneti. To je zelo preprosto! Izhajajmo iz načela, da magnet lahko privlači ali odbija feromagnetne materiale, odvisno od položaja polov. Severni in severni pol se privlačita, severni in južni pol pa se odbijata.
Magnetni mehanizem se sproži, ko se magneti izmenično aktivirajo (privlačijo in odbijajo). Gravitacija, ki deluje na lebdeči predmet, se izravna s temi silami. To omogoča ohranjanje konstantne razdalje med predmetom in tlemi, s čimer se prepreči trenje. Ta mehanizem brez trenja omogoča tudi hitrejše premikanje. Za vklop sistema elektromagnetnega lebdenja ali vzgona se uporabljajo elektromagneti in superprevodniki.
Elektromagneti
Elektromagnet je magnet, ki ga napaja električni tok. Omogoča pretvorbo električne energije v magnetno energijo. Za to je magnet sestavljen iz jedra iz magnetnega železa, obdanega s tuljavo iz prevodne žice. Magnetno polje nastane, ko skozi elektromagnet teče električni tok. Na podlagi tega načela ima elektromagnet močno mehansko privlačno silo. Zato se uporablja pri elektromagnetnem lebdenju.
Superprevodniki
Superprevodniki so materiali, ki lahko popolnoma prevajajo električni tok brez upora in izgube energije. To je pojav superprevodnosti. Ta postane mogoč z ohlajevanjem materiala, da se ga osvobodi vsakršnega električnega upora.
Fenomen superprevodnosti, ki ga je leta 1911 odkril nizozemski fizik Heike Kamerlingh Onnes, ostaja še danes izjemno odkritje. Še toliko bolj, ker imajo superprevodniki poleg tega tudi izjemne magnetne lastnosti. Tako lahko brez težav lebdijo pod magnetom.
Za kaj se uporablja elektromagnetno lebdenje?
Kot ste verjetno že opazili zgoraj, elektromagnetno lebdenje omogoča lebdenje predmeta nad magnetizirano površino, ne da bi se dotikala. Poleg tega pa ta mehanizem omogoča tudi pospešitev gibanja predmeta. Zato je glavna uporaba elektromagnetnega lebdenja na področju železniškega prometa, zlasti za pogon in lebdenje vlakov, kot sta nemški Transrapid ali Transrapid v Šanghaju.
Vlak z elektromagnetnim lebdenjem
Vlak z elektromagnetnim lebdenjem lebdi izključno zaradi privlačnosti polov. Zato je opremljen z elektromagneti, nameščenimi na spodnji strani, vzporedno s tirnicami. Tudi tirnice so opremljene z valjanimi železnimi palicami, ki pridejo v stik z elektromagneti.
Tako nastane elektromagnetno polje, ne da bi elektromagneti in železne palice prišli v stik. Poleg tega vlak lebdi (kar pomeni, da ne stoji na tirih). Njegova največja hitrost lahko doseže do 150 km/h.
Prednosti vlakov z elektromagnetnim lebdenjem
Če je danes elektromagnetna levitacija v vlakih zelo razvita, je to predvsem zato, ker ima več prednosti:
- Ta mehanizem omogoča vlakom vožnjo z visoko hitrostjo.
- Prav tako omogoča zmanjšanje hrupa, ki ga povzroča vožnja vlakov po tirih (saj lebdeči vlak ne bo dotikal tirov).
- Gre za čisti in manj onesnažujoč sistem: vlak z elektromagnetnim lebdenjem ne izpušča dima in porabi le malo energije. Zaradi superprevodnikov je izpust in izguba električne energije majhna.
- Aerodinamični upor in hitrost vlakov ne povzročata škode na ekosistemu.
Po drugi strani pa je izvedba tega koncepta še vedno zelo draga. Zaradi tega na svetu obstaja le zelo malo vlakov z elektromagnetnim lebdenjem.