Магнитная левитация
Магнитная левитация — технология, метод подъёма объекта с помощью одного только магнитного поля. Магнитное давление используется для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений.
Теорема Ирншоу утверждает, что, используя только ферромагнетики, невозможно устойчиво удерживать объект в гравитационном поле. Несмотря на это, с помощью сервомеханизмов, диамагнетиков, сверхпроводников и систем с вихревыми токами левитация возможна.
В некоторых случаях подъёмная сила обеспечивается магнитной левитацией, но при этом есть механическая поддержка, дающая устойчивость. В этих случаях явление называется псевдолевитация.
Магнитная левитация используется в маглевах, магнитных подшипниках и показе продукции.
Способы реализации магнитной левитации править
- С использованием постоянного магнита
- С использованием электромагнита
- С использованием сверхпроводящего магнита[1]
Основные типы магнитной левитации править
- При помощи электромагнитных систем
- При помощи электродинамических систем[1]
Подъёмная сила править
Магнитные материалы и системы способны притягивать или отталкивать друг друга с силой, зависящей от магнитного поля и поверхности магнита. Из этого следует, что может быть определено магнитное давление.
Магнитное давление магнитного поля сверхпроводника подсчитывается по формуле:
где — сила на единицу площади поверхности в Паскалях, — магнитная индукция над сверхпроводником в Теслах, и = 4π×10−7 Н·А−2 — магнитная проницаемость вакуума.[2]
Устойчивость править
Статическая править
Статическая устойчивость значит, что любое смещение из состояния равновесия заставляет равнодействующую силу выталкивать объект обратно в состояние равновесия.
Теорема Ирншоу окончательно доказала, что невозможно левитировать объект, используя только статичные макроскопические магнитные поля. Силы, действующие на любой парамагнетик в любой комбинации с гравитационными, электростатическими, и магнитостатическими сделают положение объекта в лучшем случае неустойчивым относительно одной оси и это может дать неустойчивое равновесие относительно всех осей. Тем не менее, существует несколько возможностей сделать левитацию реальной, на примере использования электронной стабилизации или диамагнетиков (так как Магнитная проницаемость меньше[3]) может быть показано, что диамагнитные материалы устойчивы относительно как минимум одной оси и могут быть устойчивы относительно всех осей. Проводники имеют относительную проницаемость к переменным магнитным полям последнего, так что некоторые конфигурации, использующие магниты, работающие на переменном токе, устойчивы сами по себе.
Динамическая править
Динамическая устойчивость проявляется в случаях, когда левитирующая система способна подавить любое возможное виброобразное движение.
Магнитные поля являются консервативными силами и поэтому в принципе не могут иметь встроенный способ подавления. Фактически, многие схемы левитации имеют недостаточное подавление.[4] Таким образом, вибрации могут существовать и вывести объект за пределы зоны равновесия.
Подавление движения осуществляется несколькими способами:
- внешнее механическое подавление, например лобовое сопротивление
- использование вихревых токов (влияние на проводник полем)
- инерционный демпфер в левитируемом объекте
- электромагниты, управляемые посредством электроники
Использование править
Транспорт с магнитной левитацией править
Маглев, или магнитная левитация, — это способ транспортировки, который подвешивает, направляет и приводит в движение транспорт, в основном поезда, используя магнитную левитацию. Данный способ быстрее и тише, чем в случае использования колеса.
Максимальная скорость маглева была зафиксирована в Японии в 2003[5] и составила 581 км/ч, что на 6 км/ч быстрее, чем рекорд TGV.
На начало 2017 года единственным в мире поездом на магнитной подушке, находящимся в коммерческой эксплуатации, является шанхайский маглев[6].
Магнитные подшипники править
Примечания править
- ↑ 1 2 журнал "Технологии в электронной промышленности" №6 2007г.. Техническая левитация: обзор методов. Дата обращения: 10 января 2018. Архивировано 11 января 2018 года.
- ↑ Lecture 19 MIT 8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002
- ↑ Braunbeck, W. Free suspension of bodies in electric and magnetic fields, Zeitschrift für Physik, 112, 11, pp753-763 (1939)
- ↑ A Review of Dynamic Stability of Repulsive-Force Maglev Suspension Systems- Y. Cai and D.M.Rote
- ↑ Japanese magnetic train sets new world record | World news | The Guardian. Дата обращения: 30 января 2013. Архивировано 6 февраля 2013 года.
- ↑ «A high speed getaway like no other». Дата обращения: 28 января 2017. Архивировано 27 января 2017 года.
Ссылки править
- Магнитная левитация - Science is Fun
- Эксперимент с магнитной (сверхпроводники) левитацией (YouTube)
- Видеогалерея магнитной левитации
- Как вы можете левитировать объекты магнитами?
- Левитирующий алюминиевый шар
- Инструкции о том, как построить установку с оптической обратной связью, демонстрирующую магнитную левитацию
- Видео левитируемых объектов, включая лягушек и кузнечиков
- Учебная демонстрация левитации
- Лягушки левитируют в достаточно сильном магнитном поле Архивная копия от 30 декабря 2010 на Wayback Machine
- Магнитолевитационная транспортная технология Антонов Ю.Ф. Зайцев А.А.
- Динамика тяговой подсистемы магнитолевитирующего поезда (полевая парадигма исследования)
- Динамика тяговой электромагнитной подсистемы магнитолевитирующего поезда В.А. Поляков, Н.М. Хачапуридзе