Elektromagnētiskā peldēšana

Kas ir elektromagnētiskā pacelšanās? Kādam nolūkam tā tiek izmantota?

Vai esat kādreiz dzirdējuši par Maglev vilcieniem Japānā vai Transrapid vilcieniem Eiropā? Vai zināt, kas ir magnētiskās levitācijas vilcieni? Tie ir vilcieni, kas, pateicoties magnētiskajam laukam, „levitē” virs sliedēm. Lai uzzinātu vairāk, šajā rakstā atradīsiet visu nepieciešamo informāciju par elektromagnētisko levitāciju un tās nozīmi mums apkārtējā pasaulē. Iepazīstieties arī ar mūsu magnētisko globusu kolekciju, kurā izmantota šī pati enerģija.

Elektromagnētiskās levitācijas izpratne

Fizikā un zinātnē pastāv divi pamatjēdzieni par levitācijas principu: elektromagnētiskais jēdziens, ko rada regulēti elektromagnēti, un elektrodinamiskais jēdziens, kas balstās uz inducēto strāvu spēkiem. Elektromagnētisko pacelšanos definē kā mehānismu, kas ļauj objektam levitēt, izmantojot magnētisko lauku. Elektromagnētiskie spēki, kas iedarbojas uz šo objektu, ļauj tam pretoties savam pašam svaram un peldēt, nekrītot.

Konkrētāk, objekts atrodas elektromagnētiskās pacelšanās stāvoklī, ja tas peld virs magnētiska atbalsta, nesaskaroties ar to. Vertikāla spēka iedarbība no apakšas uz augšu ļauj līdzsvarot šī objekta/ķermeņa svaru. „Transrapid“ vilcieni Vācijā vai Šanhajā ir konkrēti elektromagnētiskās levitācijas piemēri. Savukārt Japānas „Maglev“ vilcieni izmanto elektrodinamisko levitāciju.

Kā darbojas elektromagnētiskā levitācija?

Elektromagnētiskā levitācija ir iespējama, pateicoties magnētiskajām spēkām. Lai to saprastu, vispirms jāzina, kā darbojas magnēti. Tas ir ļoti vienkārši! Izietam no principa, ka magnēts var piesaistīt vai atgrūst feromagnētiskos materiālus atkarībā no polu novietojuma. Ziemeļu un ziemeļu poli piesaistās, bet ziemeļu un dienvidu poli atgrūžas.

Magnētiskais mehānisms darbojas, kad magnēti tiek aktivizēti pārmaiņus (piesaista un atgrūž). Gravitācija, kas iedarbojas uz levitējošo objektu, tiek kompensēta ar šīm spēkām. Tas ļauj uzturēt nemainīgu attālumu starp objektu un zemi, novēršot berzi. Šis berzes brīvais mehānisms, starp citu, ļauj pārvietoties ātrāk. Lai aktivizētu elektromagnētiskās levitācijas vai pacelšanās sistēmu, tiek izmantoti elektromagnēti un supravadītāji.

Elektromagnēti

Elektromagnēts ir magnēts, kas tiek barots ar elektrisko strāvu. Tas ļauj pārvērst elektrisko enerģiju magnētiskajā enerģijā. Lai to panāktu, magnēts sastāv no magnētiskā dzelzs serdes, ko apņem vadītājvadu spole. Magnētiskais lauks rodas, kad elektriskā strāva plūst caur elektromagnētu. Pateicoties šim principam, elektromagnētam piemīt spēcīga mehāniska pievilkšanas spēka. Tāpēc to izmanto elektromagnētiskajā pacelšanā.

Supravadītāji

Supravadītāji ir materiāli, kas spēj pilnīgi vadīt elektrisko strāvu bez pretestības un enerģijas zuduma. Tas ir supravadītspējas fenomens. To panāk, atdzesējot materiālu, lai atbrīvotos no jebkādas elektriskās pretestības.

Nīderlandes fiziķis Heike Kamerlingh Onnes 1911. gadā atklāja supravadītspējas parādību, kas joprojām ir izcila atklājums. Jo īpaši tādēļ, ka supravadītājiem piemīt arī izcilas magnētiskās īpašības. Tādējādi tie var bez problēmām levitēt zem magnēta.

Kādam nolūkam tiek izmantota elektromagnētiskā levitācija?

Kā jūs droši vien jau esat pamanījuši iepriekš, elektromagnētiskā levitācija ļauj objektampeldēt virs magnetizētas virsmas, nepieskaroties tai. Turklāt šis mehānisms ļauj arī paātrināt kustībā esoša objekta ātrumu. Tāpēc elektromagnētiskās levitācijas galvenais pielietojums ir dzelzceļa nozarē, jo īpaši vilcienu, piemēram, Vācijas „Transrapid” vai Šanhajas „Transrapid”, piedziņai un levitācijai.

Elektromagnētiskās levitācijas vilciens

Elektromagnētiskās levitācijas vilciens levitē vienīgi pateicoties polu pievilkšanai. Šim nolūkam tā apakšdaļā, paralēli sliedēm, ir novietoti elektromagnēti. Arī sliedes ir aprīkotas ar laminētām dzelzs stieņiem, kas nonāk saskarē ar elektromagnētiem.

Tādējādi rodas elektromagnētiskais lauks, pat ja elektromagnēti un dzelzs stieņi nav savstarpējā kontaktā. Turklāt vilciens pārvietojas levitācijas režīmā (t. i., tas nepieskaras sliedēm). Tā maksimālais ātrums var sasniegt līdz pat 150 km/h.

Elektromagnētiskās levitācijas vilcienu priekšrocības

Ja šodien elektromagnētiskā levitācija vilcienos ir ļoti attīstīta, tas galvenokārt ir tāpēc, ka tai ir vairākas priekšrocības:

• Šis mehānisms ļauj vilcieniem pārvietoties ar lielu ātrumu.
• Tas ļauj arī samazināt trokšņa piesārņojumu, ko rada vilcienu braukšana pa sliedēm (jo levitējošs vilciens nepieskaras sliedēm).
• Tā ir tīra un mazāk piesārņojoša sistēma: elektromagnētiskās levitācijas vilciens neizdala dūmus un patērē tikai nelielu daudzumu enerģijas. Pateicoties supravadītājiem, ir mazs enerģijas zudums un elektrības patēriņš.
• Vilcienu aerodinamiskais pretestības spēks un ātrums nerada kaitējumu ekosistēmai.

Tomēr šīs koncepcijas īstenošana joprojām ir ļoti dārga. Tāpēc pasaulē ir tikai ļoti nedaudzi elektromagnētiskās levitācijas vilcieni.