Kas yra elektromagnetinis pakilimas? Kam jis naudojamas?
Ar kada nors girdėjote apie „Maglev“ traukinius Japonijoje arba „Transrapid“ traukinius Europoje? Ar žinote, kas yra magnetinio levitacijos traukiniai? Tai traukiniai, kurie „levituoja“ virš bėgių magnetinio lauko pagalba. Norėdami sužinoti daugiau, šiame straipsnyje rasite viską, ką reikia žinoti apie elektromagnetinę levitaciją ir jos vaidmenį mus supančiame pasaulyje. Taip pat susipažinkite su mūsų „Magnetinio gaublio“ kolekcija, kurioje naudojama ta pati energija.
Elektromagnetinės levitacijos supratimas
Fizikoje ir moksluose yra dvi pagrindinės levitacijos principo sąvokos: elektromagnetinė sąvoka, kurią sukuria reguliuojami elektromagnetai, ir elektrodinaminė sąvoka, pagrįsta indukuotų srovių jėgomis. Elektromagnetinis pakilimas apibrėžiamas kaip mechanizmas, leidžiantis objektui pakilti į orą magnetinio lauko pagalba. Elektromagnetinės jėgos, veikiančios šį objektą, leidžia jam atsverti savo svorį ir sklęsti ore nenukrintant.
Konkrečiau tariant, objektas yra elektromagnetinio pakilimo būsenoje, kai jis plūduriuoja virš magnetinio pagrindo, nesiliečiant su juo. Vertikali jėga, nukreipta iš apačios į viršų, leidžia subalansuoti šio objekto/kūno svorį. „Transrapid“ traukiniai Vokietijoje ar Šanchajuje yra konkretūs elektromagnetinio pakilimo pavyzdžiai. Tuo tarpu Japonijos „Maglev“ traukiniai naudoja elektrodinaminį pakilimą.
Kaip veikia elektromagnetinis pakilimas?
Elektromagnetinis pakilimas įmanomas dėl magnetinių jėgų. Norint tai suprasti, pirmiausia reikia žinoti, kaip veikia magnetai. Tai labai paprasta! Išeikime iš prielaidos, kad magnetas gali pritraukti arba atstūmti feromagnetines medžiagas, priklausomai nuo polių išdėstymo. Šiaurės ir šiaurės poliai traukiasi, o šiaurės ir pietų poliai stumia vienas kitą.
Magnetinis mechanizmas suveikia, kai magnetai įjungiami pakaitomis (traukia ir stumia vienas kitą). Šios jėgos kompensuoja gravitaciją, veikiančią levituojantį objektą. Tai leidžia išlaikyti pastovų atstumą tarp objekto ir žemės, išvengiant trinties. Be to, šis be trinties mechanizmas leidžia judėti greičiau. Norint įjungti elektromagnetinę levitacijos arba pakėlimo sistemą, naudojami elektromagnetai ir superlaidininkai.
Elektromagnetai
Elektromagnetas yra elektros srove maitinamas magnetas. Jis leidžia paversti elektros energiją į magnetinę energiją. Tam magnetas susideda iš magnetinio geležies branduolio, apsuptos laidžios vielos ritės. Magnetinis laukas susidaro, kai elektros srovė teka per elektromagnetą. Dėl šio principo elektromagnetas turi didelę mechaninę traukos jėgą. Būtent dėl to jis naudojamas elektromagnetiniam pakilimui.
Superlaidininkai
Superlaidininkai – tai medžiagos, galinčios tobulai laidyti elektros srovę be pasipriešinimo ir energijos nuostolių. Tai vadinama superlaidumo reiškiniu. Jis pasiekiamas atšaldant medžiagą, kad ji netektų bet kokio elektrinio pasipriešinimo.
1911 m. olandų fiziko Heike Kamerlingh Onnes atrastas superlaidumo reiškinys iki šiol išlieka išskirtiniu atradimu. Juo labiau, kad superlaidininkai be to pasižymi išskirtinėmis magnetinėmis savybėmis. Dėl to jie gali be problemų levituoti po magnetu.
Kam naudojamas elektromagnetinis pakėlimas?
Kaip, be abejo, jau pastebėjote aukščiau, elektromagnetinis pakėlimas leidžia objektuipakilti virš magnetizuoto paviršiaus, jiems nesiliečiant. Be to, šis mechanizmas taip pat leidžia pagreitinti judantį objektą. Būtent dėl to elektromagnetinis pakilimas dažniausiai taikomas geležinkelių srityje, ypač traukinių, tokių kaip Vokietijos „Transrapid“ ar Šanchajaus „Transrapid“, varimui ir pakilimui.
Elektromagnetinio pakilimo traukinys
Elektromagnetinio pakilimo traukinys levituoja tik dėl polių traukos. Tam jo apačioje, lygiagrečiai su bėgiais, įrengti elektromagnetai. Bėgiai taip pat turi laminuotas geležines juostas, kurios liečiasi su elektromagnetais.
Tuomet susidaro elektromagnetinis laukas, nors elektromagnetai ir geležinės juostos nesiliečia. Be to, traukinys važiuoja levituodamas (t. y. nesiliečia su bėgiais). Jo maksimalus greitis gali siekti iki 150 km/h.
Elektromagnetinės levitacijos traukinių privalumai
Jei šiandien elektromagnetinė levitacija traukiniuose yra labai išvystyta, tai visų pirma dėl to, kad ji turi keletą privalumų:
- Šis mechanizmas leidžia traukiniams važiuoti dideliu greičiu.
- Jis taip pat leidžia sumažinti triukšmą, kurį sukelia traukinių važiavimas bėgiais (nes levituojantis traukinys nelies bėgių).
- Tai ekologiška ir mažiau aplinką teršianti sistema: elektromagnetinio pakilimo traukinys neišmeta dūmų ir sunaudoja nedaug energijos išteklių. Dėl superlaidininkų elektros nuostoliai ir išmetamųjų teršalų kiekis yra nedideli.
- Aerodinaminė pasipriešinimo jėga ir traukinių greitis nekelia žalos ekosistemai.
Tačiau šios koncepcijos įgyvendinimas vis dar yra labai brangus. Dėl to pasaulyje yra labai nedaug elektromagnetinio pakilimo traukinių.