Magnētiskā levitācija: apraksts, funkcijas un piemēri

2024 Autors: Henry Conors | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-02-12 10:39

Kā zināms, Zemei, pateicoties valdošajai pasaules kārtībai, ir noteikts gravitācijas lauks, un cilvēka sapnis vienmēr ir bijis to pārvarēt ar jebkādiem līdzekļiem. Magnētiskā levitācija ir jēdziens, kas ir vairāk fantastisks, nekā tas attiecas uz ikdienas realitāti.

Sākotnēji tas nozīmēja hipotētisku spēju nezināmā veidā pārvarēt gravitāciju un pārvietot cilvēkus vai priekšmetus pa gaisu bez palīgierīcēm. Tomēr tagad jēdziens "magnētiskā levitācija" jau ir diezgan zinātnisks.

Uzreiz tiek izstrādātas vairākas inovatīvas idejas, kuru pamatā ir šī parādība. Un tie visi nākotnē sola lieliskas iespējas daudzpusīgiem lietojumiem. Tiesa, magnētiskā levitācija tiks veikta nevis ar maģiskām metodēm, bet gan izmantojot ļoti specifiskus fizikas sasniegumus, proti, sadaļu, kas pēta magnētiskos laukus un visu ar tiem saistīto.

Tikai mazliet teorijas

No zinātnes tālu cilvēku vidū pastāv uzskats, ka magnētiskā levitācija ir magnēta vadīts lidojums. Patiesībā saskaņā ar šotermins nozīmē gravitācijas objekta pārvarēšanu ar magnētiskā lauka palīdzību. Viena no tās īpašībām ir magnētiskais spiediens, ko izmanto, lai "cīnītu" zemes gravitāciju.

Vienkārši sakot, kad gravitācija velk objektu uz leju, magnētiskais spiediens tiek virzīts tā, lai tas to atkal stumtu uz augšu. Tādā veidā magnēts levitē. Grūtības teorijas īstenošanā ir tādas, ka statiskais lauks ir nestabils un nefokusējas noteiktā punktā, tāpēc tas var nespēt efektīvi pretoties pievilcībai. Tāpēc ir nepieciešami palīgelementi, kas dos magnētiskajam laukam dinamisku stabilitāti, lai magnēta levitācija būtu regulāra parādība. Kā stabilizatorus tam izmanto dažādas metodes. Visbiežāk - elektriskā strāva caur supravadītājiem, taču šajā jomā ir arī citi sasniegumi.

Tehniskā levitācija

Patiesībā magnētiskā daudzveidība attiecas uz plašāku terminu gravitācijas pievilcības pārvarēšanai. Tātad, tehniskā levitācija: metožu apskats (ļoti īss).

Šķiet, ka esam mazliet izdomājuši ar magnētisko tehnoloģiju, taču ir arī elektriskā metode. Atšķirībā no pirmās, otro var izmantot manipulācijām ar izstrādājumiem, kas izgatavoti no dažādiem materiāliem (pirmajā gadījumā tikai magnetizētiem), pat ar dielektriķiem. Atdaliet arī elektrostatisko un elektrodinamisko levitāciju.

Daļiņu spēju kustēties gaismas ietekmē paredzēja Keplers. BETvieglā spiediena esamību pierādīja Ļebedevs. Daļiņas kustību gaismas avota virzienā (optisko levitāciju) sauc par pozitīvu fotoforēzi, bet pretējā virzienā - par negatīvu.

Aerodinamiskā levitācija, kas atšķiras no optiskās, ir diezgan plaši pielietojama mūsdienu tehnoloģijās. Starp citu, "spilvens" ir viena no tā šķirnēm. Vienkāršākais gaisa spilvens tiek iegūts ļoti vienkārši - nesēja substrātā tiek izurbti daudzi caurumi un caur tiem tiek izpūsts saspiests gaiss. Šajā gadījumā gaisa pacēlājs līdzsvaro objekta masu, un tas peld gaisā.

Pēdējā zinātnei šobrīd zināmā metode ir levitācija, izmantojot akustiskos viļņus.

Kādi ir magnētiskās levitācijas piemēri?

Zinātniskā fantastika sapņoja par pārnēsājamām ierīcēm mugursomas lielumā, kas ar ievērojamu ātrumu varētu "levitēt" cilvēku viņam vajadzīgajā virzienā. Zinātne līdz šim ir gājusi citu ceļu, praktiskāku un īstenojamāku – tika izveidots vilciens, kas pārvietojas, izmantojot magnētisko levitāciju.

Supervilcienu vēsture

Pirmo reizi ideju par kompozīciju, izmantojot lineāro motoru, iesniedza (un pat patentēja) vācu inženieris-izgudrotājs Alfrēds Zane. Un tas bija 1902. gadā. Pēc tam ar apskaužamu regularitāti parādījās elektromagnētiskās balstiekārtas un ar to aprīkota vilciena izstrāde: 1906. gadā Franklins Skots Smits ierosināja citu prototipu no 1937. līdz 1941. gadam. vairākus patentus par šo pašu tēmu saņēma Hermans Kempers, unnedaudz vēlāk brits Ēriks Lazetveits radīja dzīva izmēra dzinēja darba prototipu. 60. gados viņš piedalījās arī Tracked Hovercraft izstrādē, kam bija jākļūst par ātrāko vilcienu, taču tas nenotika, jo projekts tika slēgts nepietiekamā finansējuma dēļ 1973. gadā.

Tikai sešus gadus vēlāk atkal Vācijā tika uzbūvēts un licencēts pasažieru pārvadāšanai Maglev vilciens. Hamburgā ierīkotā testa trase bija nepilnu kilometru gara, taču pati ideja tik ļoti iedvesmoja sabiedrību, ka vilciens darbojās arī pēc izstādes slēgšanas, trīs mēnešu laikā paspējot nogādāt 50 000 cilvēku. Tā ātrums pēc mūsdienu standartiem nebija tik liels - tikai 75 km/h.

Nevis izstāde, bet komerciāls maglevs (tā viņi sauca vilcienu, izmantojot magnētu), kursēja starp Birmingemas lidostu un dzelzceļa staciju kopš 1984. gada un strādāja 11 gadus savā amatā. Trases garums bija vēl īsāks, tikai 600 m, un vilciens pacēlās 1,5 cm virs sliežu ceļa.

Japāņu

Nākotnē satraukums par maglev vilcieniem Eiropā norima. Bet līdz 90. gadu beigām par tiem aktīvi sāka interesēties tāda augsto tehnoloģiju valsts kā Japāna. Tās teritorijā jau ir izveidoti vairāki diezgan gari maršruti, pa kuriem lido maglevs, izmantojot tādu parādību kā magnētiskā levitācija. Tai pašai valstij pieder arī šo vilcienu uzstādītie ātruma rekordi. Pēdējā rādīja ātruma ierobežojumu vairāk nekā 550 km/h.

Tālākizmantošanas perspektīvas

No vienas puses, maglevs ir pievilcīgs ar to spēju ātri pārvietoties: pēc teorētiķu domām, tuvākajā nākotnē tos var paātrināt līdz 1000 kilometriem stundā. Galu galā tos darbina magnētiskā levitācija, un tikai gaisa pretestība tos palēnina. Tāpēc maksimālu aerodinamisko kontūru piešķiršana kompozīcijai ievērojami samazina tā ietekmi. Turklāt, ņemot vērā to, ka tie nepieskaras sliedēm, šādu vilcienu nodilums ir ārkārtīgi lēns, kas ir ļoti ekonomiski izdevīgi.

Vēl viens plus ir samazinātais trokšņa efekts: Maglev vilcieni pārvietojas gandrīz klusi, salīdzinot ar parastajiem vilcieniem. Bonusā ir arī elektrības izmantošana tajos, kas samazina kaitīgo ietekmi uz dabu un atmosfēru. Turklāt maglev vilciens spēj uzbraukt pa stāvākām nogāzēm, tādējādi novēršot nepieciešamību sliežu ceļu novietot pa kalniem un nogāzēm.

Enerģijas lietojumi

Ne mazāk interesantu praktisko virzienu var uzskatīt par plašo magnētisko gultņu izmantošanu galveno mehānismu komponentos. To uzstādīšana atrisina nopietnu izejmateriāla nolietojuma problēmu.

Kā zināms, klasiskie gultņi diezgan ātri nolietojas – tie pastāvīgi piedzīvo lielas mehāniskās slodzes. Dažās jomās nepieciešamība nomainīt šīs daļas nozīmē ne tikai papildu izmaksas, bet arī lielu risku cilvēkiem, kas apkalpo mehānismu. Magnētiskie gultņi darbojas vairākas reizes ilgāk, tāpēc to izmantošana ir ļoti ieteicamajebkuros ekstremālos apstākļos. Īpaši kodolenerģētikā, vēja tehnoloģijā vai nozarēs ar ārkārtīgi zemu/augstu temperatūru.

Lidaparāts

Magnētiskās levitācijas īstenošanas problēmā rodas pamatots jautājums: kad beidzot tiks izgatavots un progresīvajai cilvēcei prezentēts pilnvērtīgs lidaparāts, kurā tiks izmantota magnētiskā levitācija? Galu galā ir netieši pierādījumi, ka šādi "NLO" pastāvēja. Ņemsim, piemēram, senākā laikmeta indiešu "vimanas" vai jau mums laika ziņā tuvākos hitleriešu "diskoplānus", kas cita starpā izmanto elektromagnētiskās pacelšanas organizēšanas metodes. Saglabājušies aptuveni darba modeļu rasējumi un pat fotogrāfijas. Jautājums paliek atklāts: kā visas šīs idejas īstenot dzīvē? Taču lietas neiet tālāk par ne pārāk dzīvotspējīgiem prototipiem mūsdienu izgudrotājiem. Vai varbūt šī joprojām ir pārāk slepena informācija?