Magnetschwebebahn - was ist das und wie ist es möglich?

Das Wort "Levitation" kommt aus dem Englischen "Levitate" - aufsteigen, in die Luft steigen. Das heißt, Levitation ist die Überwindung durch das Objekt der Schwerkraft, wenn es aufsteigt und den Träger nicht berührt, während es nicht aus der Luft abgestoßen wird, ohne einen Strahlantrieb zu verwenden. Aus physikalischer Sicht ist Levitation eine stabile Position eines Objekts in einem Gravitationsfeld, wenn die Schwerkraft kompensiert wird und eine Rückstellkraft vorhanden ist, die dem Objekt Stabilität im Raum verleiht.

Insbesondere ist Magnetschweben die Technologie des Anhebens eines Objekts unter Verwendung eines Magnetfelds, wenn eine magnetische Wirkung auf das Objekt verwendet wird, um die Beschleunigung der Schwerkraft oder irgendeine andere Beschleunigung zu kompensieren. Es geht um Magnetschwebebahn, die in diesem Artikel behandelt wird.

Die magnetische Retention eines Objekts in einem stabilen Gleichgewichtszustand kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Jede der Methoden hat ihre eigenen Besonderheiten, und es können Behauptungen zu jeder erhoben werden, wie zum Beispiel „Dies ist keine echte Levitation!“, Und so wird es auch sein. Wahre Levitation in ihrer reinen Form ist unerreichbar.

Das Earnshaw-Theorem beweist also, dass es mit nur Ferromagneten unmöglich ist, ein Objekt in einem Gravitationsfeld stabil zu halten. Trotzdem ist es mit Hilfe von Servomechanismen, Diamagnetikern, Supraleitern und Wirbelstromsystemen möglich, einen Anschein von Levitation zu erzielen, wenn ein Mechanismus dem Objekt hilft, das Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, wenn es durch Magnetkraft über den Träger angehoben wird. Das Wichtigste zuerst.

Elektromagnetische Levitation mit Tracking-System

Durch Anwenden einer Schaltung, die auf einem Elektromagneten und einem Fotorelais basiert, können Sie das Schweben kleiner Metallgegenstände erzwingen. Der Gegenstand schwebt in einiger Entfernung vom am Gestell befestigten Elektromagneten in der Luft. Der Elektromagnet erhält Strom, bis die im Rack montierte Fotozelle von einem hochfliegenden Objekt verdeckt wird, bis genügend Licht von einer festen Steuerquelle von ihm kommt, was bedeutet, dass das Objekt gezogen werden muss.

Wenn das Objekt ausreichend angehoben ist, wird der Elektromagnet ausgeschaltet, da in diesem Moment der Schatten des im Raum bewegten Objekts auf die Fotozelle fällt und das Licht der Quelle blockiert. Das Objekt beginnt zu fallen, hat aber keine Zeit zu fallen, da der Elektromagnet wieder eingeschaltet wird. Wenn Sie also die Empfindlichkeit des Fotorelais anpassen, können Sie einen Effekt erzielen, bei dem das Objekt irgendwie an einer Stelle in der Luft hängt.

Tatsächlich fällt das Objekt ständig und wird dann vom Elektromagneten wieder leicht angehoben. Es stellt sich die Illusion der Levitation heraus. Dieses Prinzip basiert auf der Arbeit von „schwebenden Globen“ - eher ungewöhnlichen Souvenirs, bei denen eine Magnetplatte am Globus angebracht ist, mit der ein in einem Ständer versteckter Elektromagnet interagiert.

Diamagnetische Levitation

Graphitmine von einem einfachen Bleistift ist ein Diamagnet, dh eine Substanz, die gegen ein äußeres Magnetfeld magnetisiert ist. Unter bestimmten Bedingungen wird das Magnetfeld vollständig vom Material des Diamagneten verdrängt, beispielsweise weist Graphitblei eine hohe magnetische Suszeptibilität auf und beginnt bereits bei Raumtemperatur über Neodym-Magneten zu schweben.

Um den Effekt zu stabilisieren, sollten die Magnete versetzt sein (Magnetpole), dann rutscht der Graphitstab nicht aus der „Magnetfalle“ und schwebt.

Ein Seltenerdmagnet mit einer Induktion von nur 1 T kann zwischen Wismutplatten hängen, und in einem Magnetfeld mit einer Induktion von 11 T kann die „Levitation“ eines kleinen Neodym-Magneten zwischen den Fingern stabilisiert werden, da menschliche Hände wie Wasser ein Diamagnet sind.

Eine ziemlich weit verbreitete Erfahrung mit einem schwebenden Frosch ist bekannt. Das Tier wird vorsichtig über einen Magneten gelegt, der eine magnetische Induktion von mehr als 16 T erzeugt, und der Frosch, der diamagnetische Eigenschaften zeigt, gefriert tatsächlich in der Luft in kurzer Entfernung vom Magneten.

Magnetschwebebahn über einem Supraleiter (Meissner-Effekt)

Die Yttrium-Barium-Kupferoxid-Platte wird auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff abgekühlt. Unter diesen Bedingungen ist die Platte wird ein Supraleiter. Wenn Sie jetzt einen Neodym-Magneten auf einen Ständer über der Platte legen und dann den Ständer unter dem Magneten herausziehen, hängt der Magnet in der Luft - er schwebt.

Schon eine kleine magnetische Induktion in der Größenordnung von 1 mT reicht aus, damit der Magnet beim Auflegen auf die Platte einige Millimeter über den gekühlten Hochtemperatursupraleiter steigt. Je höher die Induktion des Magneten ist, desto höher steigt er an.

Der Punkt hier ist, dass eine der Eigenschaften eines Supraleiters das Ausstoßen des Magnetfelds aus der supraleitenden Phase ist und der Magnet, der von diesem Magnetfeld der entgegengesetzten Richtung abstößt, aufschwimmt und weiter über dem abgekühlten Supraleiter schwebt, bis er den supraleitenden Zustand verlässt.

Wirbelstromschwebung

Wirbelströme (Foucault-Ströme), die durch magnetische Wechselfelder in massiven Leitern induziert werden, können Objekte auch in einem schwebenden Zustand halten. Beispielsweise kann eine Wechselstromspule über einem geschlossenen Aluminiumring schweben, und eine Aluminiumscheibe schwebt über einer Wechselstromspule.

Die Erklärung hier ist folgende: Nach dem Lenzschen Gesetz erzeugt der in der Scheibe oder im Ring induzierte Strom ein derartiges Magnetfeld, dass seine Richtung die Ursache dafür behindert, dh in jeder Periode von Wechselstromschwingungen im Induktor wird im massiven Leiter ein Magnetfeld der entgegengesetzten Richtung induziert . Ein massiver Leiter oder eine Spule geeigneter Form kann also die ganze Zeit schweben, während der Wechselstrom eingeschaltet ist.

Ein ähnlicher Retentionsmechanismus tritt auf, wenn Neodym-Magnet Tropfen in ein Kupferrohr - das Magnetfeld der induzierten Wirbelströme ist entgegengesetzt zum Magnetfeld des Magneten gerichtet.