Магнитная левитация

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Магнитная левитация это метод подъёма объекта с помощью одного только магнитного поля. Магнитное давление используется для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений.

Теорема Ирншоу доказывает, 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.

Подъёмная сила[править | править исходный текст]

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:

P_{mag} = \frac {B^2} {2 \mu_0}

где P_{mag} — сила на единицу площади поверхности в Паскалях, Bмагнитное поле над сверхпроводником в Теслах, и \mu_0 = 4π×10−7 N·A−2магнитная проницаемость вакуума.[1]

Устойчивость[править | править исходный текст]

Статическая[править | править исходный текст]

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[2]) 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 | править исходный текст]

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.[3] 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 | править исходный текст]

Транспорт с магнитной левитацией[править | править исходный текст]

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.

Самая высокая скорость, зафиксированная у Маглева, 581 км/ч. Она была зафиксирована в Японии в 2003[4], на 6 км/ч быстрее, чем рекорд TGV.

Магнитные подшипники[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Lecture 19 MIT 8.02 Electricity and Magnetism, Spring 2002
  2. Braunbeck, W. Free suspension of bodies in electric and magnetic fields, Zeitschrift für Physik, 112, 11, pp753-763 (1939)
  3. A Review of Dynamic Stability of Repulsive-Force Maglev Suspension Systems- Y. Cai and D.M.Rote
  4. Japanese magnetic train sets new world record | World news | The Guardian. Проверено 30 января 2013. Архивировано из первоисточника 6 февраля 2013.

Ссылки[править | править исходный текст]