Τι είναι η ηλεκτρομαγνητική ανύψωση; Σε τι χρησιμεύει;
Έχετε ακούσει ποτέ για τα τρένα Maglev στην Ιαπωνία ή για τα Transrapid στην Ευρώπη; Γνωρίζετε τα τρένα μαγνητικής αιώρησης; Πρόκειται για τρένα που «αιωρούνται» πάνω στις ράγες χάρη σε ένα μαγνητικό πεδίο. Για να μάθετε περισσότερα, ανακαλύψτε σε αυτό το άρθρο όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για την ηλεκτρομαγνητική ανύψωση και για τον ρόλο της στον κόσμο που μας περιβάλλει. Ανακαλύψτε επίσης τη συλλογή μας από Μαγνητικούς Γλόμπους που χρησιμοποιούν την ίδια ενέργεια.
Κατανοώντας την ηλεκτρομαγνητική ανύψωση
Στη φυσική και τις επιστήμες, υπάρχουν δύο θεμελιώδεις έννοιες σχετικά με την αρχή της αιώρησης: η ηλεκτρομαγνητική έννοια, η οποία δημιουργείται από ρυθμιζόμενους ηλεκτρομαγνήτες, και η ηλεκτροδυναμική έννοια, η οποία βασίζεται στις δυνάμεις των επαγόμενων ρευμάτων. Η ηλεκτρομαγνητική αιώρηση ορίζεται ως ένας μηχανισμός που επιτρέπει την αιώρηση ενός αντικειμένου χάρη σε ένα μαγνητικό πεδίο. Οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που ασκούνται σε αυτό το αντικείμενο του επιτρέπουν να αντισταθεί στο ίδιο του το βάρος και να αιωρείται χωρίς να πέφτει.
Πιο συγκεκριμένα, ένα αντικείμενο βρίσκεται σε κατάσταση ηλεκτρομαγνητικής ανύψωσης όταν αιωρείται πάνω από ένα μαγνητικό υπόστρωμα χωρίς να έρχεται σε επαφή με αυτό. Μια κατακόρυφη δύναμη που κατευθύνεται από κάτω προς τα πάνω επιτρέπει την εξισορρόπηση του βάρους αυτού του αντικειμένου/σώματος. Τα τρένα Transrapid στη Γερμανία ή στη Σαγκάη αποτελούν συγκεκριμένα παραδείγματα ηλεκτρομαγνητικής αιώρησης. Αντίθετα, τα ιαπωνικά Maglev χρησιμοποιούν την ηλεκτροδυναμική αιώρηση.
Πώς λειτουργεί η ηλεκτρομαγνητική αιώρηση;
Η ηλεκτρομαγνητική αιώρηση είναι εφικτή χάρη στις μαγνητικές δυνάμεις. Για να το κατανοήσουμε, πρέπει πρώτα να γνωρίζουμε πώς λειτουργούν οι μαγνήτες. Είναι πολύ απλό! Ας ξεκινήσουμε από την αρχή ότι ένας μαγνήτης μπορεί να προσελκύει ή να απωθεί σιδηρομαγνητικά υλικά ανάλογα με τη θέση των πόλων του. Οι Βόρειοι πόλοι έλκονται μεταξύ τους και οι Βόρειοι και Νότιοι πόλοι απωθούνται.
Ο μαγνητικός μηχανισμός ενεργοποιείται όταν οι μαγνήτες ενεργοποιούνται εναλλάξ (έλκονται και απωθούνται). Η βαρύτητα που ασκείται στο αντικείμενο που αιωρείται αντισταθμίζεται από αυτές τις δυνάμεις. Αυτό επιτρέπει τη διατήρηση μιας σταθερής απόστασης μεταξύ του αντικειμένου και του εδάφους, αποφεύγοντας τις τριβές. Αυτός ο μηχανισμός χωρίς τριβές επιτρέπει, εξάλλου, την ταχύτερη κίνηση. Για να ενεργοποιηθεί το σύστημα αιώρησης ή ηλεκτρομαγνητικής ανύψωσης, χρησιμοποιούνται ηλεκτρομαγνήτες και υπεραγωγοί.
Οι ηλεκτρομαγνήτες
Ένας ηλεκτρομαγνήτης είναι ένας μαγνήτης που τροφοδοτείται με ηλεκτρικό ρεύμα. Επιτρέπει τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μαγνητική ενέργεια. Για να επιτευχθεί αυτό, ο μαγνήτης αποτελείται από έναν πυρήνα από μαγνητικό σίδηρο που περιβάλλεται από ένα πηνίο από αγώγιμο σύρμα. Το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται κατά τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του ηλεκτρομαγνήτη. Βάσει αυτής της αρχής, ο ηλεκτρομαγνήτης διαθέτει έντονη μηχανική δύναμη έλξης. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιείται στην ηλεκτρομαγνητική ανύψωση.
Οι υπεραγωγοί
Οι υπεραγωγοί είναι υλικά ικανά να αγωγούν τέλεια το ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς αντίσταση ούτε απώλεια ενέργειας. Πρόκειται για το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας. Αυτό καθίσταται δυνατό με την ψύξη του υλικού, ώστε να απαλλαγεί από κάθε ηλεκτρική αντίσταση.
Ανακαλυφθέν από τον Ολλανδό φυσικό Heike Kamerlingh Onnes το 1911, το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας παραμένει μια εξαιρετική ανακάλυψη. Πόσο μάλλον που οι υπεραγωγοί διαθέτουν επιπλέον εξαιρετικές μαγνητικές ιδιότητες. Μπορούν έτσι να αιωρούνται χωρίς πρόβλημα κάτω από έναν μαγνήτη.
Σε τι χρησιμεύει η ηλεκτρομαγνητική ανύψωση;
Όπως πιθανότατα έχετε ήδη παρατηρήσει παραπάνω, η ηλεκτρομαγνητική ανάρτηση επιτρέπει την αιώρηση ενός αντικειμένου πάνω σε μια μαγνητισμένη επιφάνεια, χωρίς να έρχονται σε επαφή. Επιπλέον, όμως, αυτός ο μηχανισμός επιτρέπει επίσης την επιτάχυνση της κίνησης του αντικειμένου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η κύρια εφαρμογή της ηλεκτρομαγνητικής ανύψωσης βρίσκεται στον τομέα των σιδηροδρόμων, ιδίως για την πρόωση και την αιώρηση τρένων όπως το γερμανικό Transrapid ή το Transrapid της Σαγκάης.
Το τρένο ηλεκτρομαγνητικής αιώρησης
Το τρένο ηλεκτρομαγνητικής αιώρησης αιωρείται αποκλειστικά μέσω της έλξης των πόλων. Για τον σκοπό αυτό, είναι σχεδιασμένο με ηλεκτρομαγνήτες τοποθετημένους στο κάτω μέρος του, παράλληλα με τις ράγες. Οι ράγες είναι επίσης εφοδιασμένες με ελασματοποιημένες σιδερένιες ράβδους που έρχονται σε επαφή με τους ηλεκτρομαγνήτες.
Ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο δημιουργείται χωρίς οι ηλεκτρομαγνήτες και οι σιδερένιες ράβδοι να έρχονται σε επαφή. Επιπλέον, το τρένο κινείται σε κατάσταση αιώρησης (δηλαδή δεν ακουμπά στις ράγες). Προωθείται με μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να φτάσει τα 150 km/h.
Τα πλεονεκτήματα των τρένων ηλεκτρομαγνητικής αιώρησης
Αν σήμερα η ηλεκτρομαγνητική αιώρηση είναι πολύ ανεπτυγμένη στα τρένα, αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι διαθέτει πολλά πλεονεκτήματα:
- Αυτός ο μηχανισμός επιτρέπει στα τρένα να κινούνται με μεγάλη ταχύτητα.
- Επιτρέπει επίσης τη μείωση της ηχορύπανσης που προκαλείται από τη διέλευση των τρένων πάνω στις ράγες (δεδομένου ότι το τρένο σε αιώρηση δεν θα αγγίζει τις ράγες).
- Πρόκειται για ένα καθαρό και λιγότερο ρυπογόνο σύστημα: το τρένο ηλεκτρομαγνητικής αιώρησης δεν εκπέμπει καπνό και καταναλώνει ελάχιστους ενεργειακούς πόρους. Ελάχιστες εκπομπές και απώλειες ηλεκτρικής ενέργειας χάρη στους υπεραγωγούς.
- Η αεροδυναμική αντίσταση και η ταχύτητα των τρένων δεν προκαλούν ζημιά στο οικοσύστημα.
Αντίθετα, η υλοποίηση αυτής της ιδέας παραμένει ακόμη πολύ δαπανηρή. Για τον λόγο αυτό, υπάρχουν ελάχιστα τρένα ηλεκτρομαγνητικής αιώρησης σε όλο τον κόσμο.