Az elektromágneses lebegés

Mi az elektromágneses lebegés? Mire szolgál?

Hallott már a japán Maglev-vonatokról vagy az európai Transrapid-ról? Ismeri a mágneses lebegésű vonatokat? Ezek olyan vonatok, amelyek mágneses mező segítségével „lebegnek” a síneken. Ha többet szeretne megtudni, ebben a cikkben megtalálja mindazt, amit tudnia kell az elektromágneses lebegésről és annak szerepéről a minket körülvevő világban. Tekintse meg továbbá mágneses földgömb-kollekciónkat is, amely ugyanezt az energiát használja.

Az elektromágneses lebegés megértése

A fizikában és a természettudományokban két alapvető koncepció létezik a lebegés elvével kapcsolatban: az elektromágneses koncepció, amelyet szabályozott elektromágnesek hoznak létre, és az elektrodinamikai koncepció, amely az indukált áramok erőin alapul. Az elektromágneses lebegést úgy definiálják, mint egy olyan mechanizmust, amely lehetővé teszi egy tárgy lebegtetését mágneses mező segítségével. Az e tárgyra ható elektromágneses erők lehetővé teszik számára, hogy ellensúlyozza saját súlyát, és zuhanás nélkül lebegjen.

Konkrétabban: egy tárgy elektromágneses lebegés állapotában van, amikor egy mágneses alátámasztás felett lebeg, anélkül, hogy érintkezésbe kerülne azzal. Egy alulról felfelé irányuló függőleges erő egyensúlyba hozza a tárgy/test súlyát. A németországi és sanghaji Transrapid vonatok konkrét példái az elektromágneses lebegésnek. Ezzel szemben a japán Maglev-vonatok elektrodinamikus lebegést alkalmaznak.

Hogyan működik az elektromágneses lebegés?

Az elektromágneses lebegés a mágneses erőknek köszönhetően valósul meg. Ahhoz, hogy ezt megértsük, először is tudnunk kell, hogyan működnek a mágnesek. Ez nagyon egyszerű! Induljunk ki abból az elvből, hogy egy mágnes a pólusok elhelyezkedésétől függően vonzhatja vagy taszíthatja a ferromágneses anyagokat. Az északi és északi pólusok vonzzák egymást, az északi és déli pólusok pedig taszítják egymást.

A mágneses mechanizmus akkor lép működésbe, amikor a mágneseket felváltva aktiválják (vonzódnak és taszítják egymást). A lebegő tárgyra ható gravitációt ezek az erők ellensúlyozzák. Ez lehetővé teszi, hogy állandó távolságot tartsanak a tárgy és a talaj között, elkerülve ezzel a súrlódást. Ez a súrlódásmentes mechanizmus egyébként gyorsabb haladást is lehetővé tesz. A levitációs vagy elektromágneses lebegési rendszer bekapcsolásához elektromágneseket és szupravezetőket használnak.

Az elektromágnesek

Az elektromágnes egy árammal táplált mágnes. Lehetővé teszi az elektromos energia mágneses energiává történő átalakítását. Ehhez a mágnes egy mágneses vasmagból áll, amelyet vezető huzalból készült tekercs vesz körül. A mágneses mező akkor keletkezik, amikor az elektromos áram átfolyik az elektromágesen. Ezen elvnek köszönhetően az elektromáges erős mechanikai vonzóerővel rendelkezik. Ezért alkalmazzák az elektromágneses lebegésben.

A szupravezetők

A szupravezetők olyan anyagok, amelyek ellenállás és energiaveszteség nélkül képesek tökéletesen vezetni az elektromos áramot. Ez a szupravezetés jelensége. Ez az anyag lehűtésével válik lehetővé, amelynek során az anyag minden elektromos ellenállását megszüntetik.

A szupravezetés jelenségét 1911-ben a holland fizikus, Heike Kamerlingh Onnes fedezte fel, és azóta is kivételes felfedezésnek számít. Annál is inkább, mert a szupravezetők emellett kivételes mágneses tulajdonságokkal is rendelkeznek. Így gond nélkül lebeghetnek egy mágnes alatt.

Mire szolgál az elektromágneses lebegés?

Ahogyan azt fentebb már bizonyára észrevették, az elektromágneses lebegés lehetővé teszi, hogy egy tárgy lebegjen egy mágneses felület felett anélkül, hogy azok egymáshoz érnének. De emellett ez a mechanizmus lehetővé teszi a mozgó tárgy sebességének növelését is. Éppen ezért az elektromágneses lebegés fő alkalmazási területe a vasúti közlekedés, különösen olyan vonatok meghajtásához és lebegtetéséhez, mint a német Transrapid vagy a sanghaji Transrapid.

Az elektromágneses lebegésű vonat

Az elektromágneses lebegésű vonat kizárólag a pólusok vonzása révén lebeg. Ehhez az alsó részén, a sínekkel párhuzamosan elhelyezett elektromágnesekkel van felszerelve. A sínek is hengerelt vasrudakkal vannak ellátva, amelyek érintkezésbe kerülnek az elektromágnesekkel.

Így elektromágneses mező keletkezik, anélkül, hogy az elektromágnesek és a vasrudak érintkezésbe kerülnének. Ráadásul a vonat lebegve halad (vagyis nem érinti a síneket). Maximális sebessége elérheti a 150 km/h-t is.

Az elektromágneses lebegésű vonatok előnyei

Ha manapság a elektromágneses lebegés a vonatoknál ilyen fejlett, az elsősorban annak köszönhető, hogy számos előnnyel jár:

• Ez a mechanizmus lehetővé teszi a vonatok nagy sebességű haladását.
• Emellett csökkenti a vonatok síneken való haladása által okozott zajterhelést is (mivel a lebegő vonat nem érinti a síneket).
• Ez egy tiszta és kevésbé szennyező rendszer: az elektromágneses lebegésű vonat nem bocsát ki füstöt, és csak kevés energiát fogyaszt. A szupravezetőknek köszönhetően alacsony az áramveszteség és a hulladéktermelés.
• A vonatok aerodinamikai ellenállása és sebessége nem okoz káros hatást az ökoszisztémára.

Ugyanakkor ennek a koncepciónak a megvalósítása még mindig nagyon költséges. Ezért van az, hogy világszerte csak nagyon kevés elektromágneses lebegésű vonat létezik.