Магнитная левитация – Исследование системы магнитной левитации с модальным управлением / Habr

Содержание

Магнитная левитация — Википедия

Магнитная левитация — технология, 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.

Способы реализации магнитной левитации

  1. С использованием постоянного магнита
  2. С использованием электромагнита
  3. С использованием сверхпроводящего магнита[1]

Основные типы магнитной левитации

  1. При помощи электромагнитных систем
  2. При помощи электродинамических систем[1]

Подъёмная сила

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:

Pmag=B22μ0{\displaystyle P_{mag}={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}}}}

где Pmag{\displaystyle P_{mag}} — сила на единицу площади поверхности в Паскалях, B{\displaystyle B} — магнитная индукция над сверхпроводником в Теслах, и μ0{\displaystyle \mu _{0}} = 4π×10−7 Н·А−2 — магнитная проницаемость вакуума.[2]

Устойчивость

Статическая

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[3]) 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

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.[4] 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

Транспорт с магнитной левитацией

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.

Максимальная скорость маглева была зафиксирована в Японии в 2003[5] и составила 581 км/ч, что на 6 км/ч быстрее, чем рекорд TGV.

На начало 2017 года единственным в мире поездом на магнитной подушке, находящимся в коммерческой эксплуатации, является шанхайский маглев[6].

Магнитные подшипники

Примечания

Ссылки

Магнитная левитация — Википедия

Магнитная левитация — технология, 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.

Способы реализации магнитной левитации

  1. С использованием постоянного магнита
  2. С использованием электромагнита
  3. С использованием сверхпроводящего магнита[1]

Основные типы магнитной левитации

  1. При помощи электромагнитных систем
  2. При помощи электродинамических систем[2]

Подъёмная сила

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:

Pmag=B22μ0{\displaystyle P_{mag}={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}}}}

где Pmag{\displaystyle P_{mag}} — сила на единицу площади поверхности в Паскалях, B{\displaystyle B} — магнитная индукция над сверхпроводником в Теслах, и μ0{\displaystyle \mu _{0}} = 4π×10−7 Н·А−2 — магнитная проницаемость вакуума.[3]

Устойчивость

Статическая

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[4]) 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

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.[5] 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

Транспорт с магнитной левитацией

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.

Максимальная скорость маглева была зафиксирована в Японии в 2003[6] и составила 581 км/ч, что на 6 км/ч быстрее, чем рекорд TGV.

На начало 2017 года единственным в мире поездом на магнитной подушке, находящимся в коммерческой эксплуатации, является шанхайский маглев[7].

Магнитные подшипники

Примечания

Ссылки

Магнитная левитация — Википедия. Что такое Магнитная левитация

Магнитная левитация — технология, 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.

Способы реализации магнитной левитации

  1. С использованием постоянного магнита
  2. С использованием электромагнита
  3. С использованием сверхпроводящего магнита[1]

Основные типы магнитной левитации

  1. При помощи электромагнитных систем
  2. При помощи электродинамических систем[2]

Подъёмная сила

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:

Pmag=B22μ0{\displaystyle P_{mag}={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}}}}

где Pmag{\displaystyle P_{mag}} — сила на единицу площади поверхности в Паскалях, B{\displaystyle B} — магнитная индукция над сверхпроводником в Теслах, и μ0{\displaystyle \mu _{0}} = 4π×10−7 Н·А−2 — магнитная проницаемость вакуума.[3]

Устойчивость

Статическая

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[4]) 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

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.[5] 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

Транспорт с магнитной левитацией

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.

Максимальная скорость маглева была зафиксирована в Японии в 2003[6] и составила 581 км/ч, что на 6 км/ч быстрее, чем рекорд TGV.

На начало 2017 года единственным в мире поездом на магнитной подушке, находящимся в коммерческой эксплуатации, является шанхайский маглев[7].

Магнитные подшипники

Примечания

Ссылки

Магнитная левитация — Википедия

Магнитная левитация — технология, 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.

Способы реализации магнитной левитации

  1. С использованием постоянного магнита
  2. С использованием электромагнита
  3. С использованием сверхпроводящего магнита[1]

Видео по теме

Основные типы магнитной левитации

  1. При помощи электромагнитных систем
  2. При помощи электродинамических систем[2]

Подъёмная сила

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:

Pmag=B22μ0{\displaystyle P_{mag}={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}}}}

где Pmag{\displaystyle P_{mag}} — сила на единицу площади поверхности в Паскалях, B{\displaystyle B} — магнитная индукция над сверхпроводником в Теслах, и μ0{\displaystyle \mu _{0}} = 4π×10−7 Н·А−2 — магнитная проницаемость вакуума.[3]

Устойчивость

Статическая

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[4]) 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

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.[5] 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

Транспорт с магнитной левитацией

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.

Максимальная скорость маглева была зафиксирована в Японии в 2003[6] и составила 581 км/ч, что на 6 км/ч быстрее, чем рекорд TGV.

На начало 2017 года единственным в мире поездом на магнитной подушке, находящимся в коммерческой эксплуатации, является шанхайский маглев[7].

Магнитные подшипники

Примечания

Ссылки

Исследовательская работа по теме «Левитация»

Учебно-исследовательская работа

«Преодоление гравитации»

Выполнили: Меньшикова Ульяна Андреевна,

учащаяся 10 класса

Руководитель: Меньшикова Вера Андреевна

учитель физики, математики, информатики

МКОО «Комсомольская СОШ»

Оглавление.

Введение…………………………………………………………………………3

Основная часть.

1.Магнитная левитация………………………………………………………….5

2.Применение магнитной левитации……………………………………………7

2.1Использование магнитной левитации при конструкции поездов……8

2.2Использование магнитной левитации в энергетике………………….9

2.3 Использование магнитной левитации………………………………….9

2.4Практическая часть……………………………………………………….9

Заключение……………………………………………………………………….12

Список литературы……………………………………………………………….13

Приложения…………………………………………………………………….14

Введение.

Многие из нас смотрели фильм «Назад в будущее», где главный герой парил на «ховерборде», или «парящей доске» (приложение 1). Еще пару лет назад мы не задумывались о том, каким образом удается летать этому предмету, но в этом году после прохождения по физике темы гравитационные силы, мы задумались: «А почему же «ховерборд» не падает на землю вследствие притяжения к земле?». Таким образом, возникла идея изучить явление, которое заставляет парить этот предмет и найти ответ на поставленный вопрос.

Актуальность исследования: Физика изучает мир, в котором мы живем, явления, в нем происходящие, открывает законы, которым подчиняются эти явления. Главная задача физики — познать законы природы, свойства различных веществ и поставить их на службу человеку. Поэтому мы хотим выяснить какое физическое явление лежит в основе полета воздушного скейтборда, и где это явление используется в реальной жизни.

Постановка проблемы: В реальной жизни нельзя парить над землей без специальных приспособлений, а во многих фильмах о будущем это явление повсеместно. Почему же до сих пор «мечта» режиссеров: заставить людей летать не реализована даже в условиях современной технической оснащенности.

Объект исследования: Магниты и магнитное поле.

Предмет исследования: Явление магнитной левитации и область ее применения.

Цель исследования: Выяснить какое явление лежит в основе полета «ховерборда», изучить его и найти область его применения в реальной жизни.

Задачи исследования:

  • Изучить явление, которое лежит в основе воздушного скейтборда

  • Проанализировать литературу по данной теме

  • Провести опыты по изучению магнитной левитации

  • Выяснить где и как применяется магнитная левитация.

Методы исследования: изучение и анализ информации, проведение опытов.

Гипотеза: Мы предполагаем, что в основе полета «ховерборда» лежит магнитная левитация, а так же считаем, что в реальной жизни это явление широкоприменимо.

Теоретическая значимость заключается в анализе литературы. Практическая значимость заключается в формулировке выводов по результатам исследования, и наблюдение магнитной левитации.

Основная часть.

  1. Магнитная левитация.

Чтобы понять какое явление лежит в основе полета «ховеборда», мы создали запрос в яндексе о преодолении гравитации и получили в ответ незнакомое нам слово «левитация».

«Левитация» происходит от английского «levitate» — парить, подниматься в воздух. То есть левитация — это преодоление объектом гравитации, когда он парит и не касается опоры, не отталкиваясь при этом от воздуха, не используя реактивную тягу. С точки зрения физики, левитация — это устойчивое положение объекта в гравитационном поле, когда сила тяжести скомпенсирована и имеет место возвращающая сила, обеспечивающая объекту устойчивость в пространстве.

В частности магнитная левитация — это технология подъёма объекта с помощью магнитного поля, когда для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений используется магнитное действие на объект.

Среди людей, далеких от науки, можно столкнуться с распространённым заблуждением, что магнитная левитация это свободный направленный полёт магнита. В действительности имеется в виду левитация в магнитном поле, то есть преодоление гравитационных сил, направленных на материальный предмет, с помощью воздействия на него магнитного поля. Магнитное поле обладает такой характеристикой, как магнитное давление, которое может быть использовано для нейтрализации силы гравитации. Другими словами, если сила притяжения «давит» на тело сверху вниз, то магнитное давление можно направить таким образом, что оно будет «давить» на объект снизу вверх.

Сложность практического осуществления магнитной левитации состоит в том, что само по себе статическое магнитное поле не в состоянии противостоять силе притяжения.

Для этого магнитное давление слишком неустойчиво и нестабильно, оно не может быть сфокусированным в одной точке пространства. Однако с помощью внедрения дополнительных элементов эту проблему можно решить, то есть стабилизировать магнитное поле и с его помощью зафиксировать предмет в гравитационном поле. Это означает, что посредством магнитного поля, обладающего динамической устойчивостью, можно фактически создать область невесомости. Динамическая устойчивость магнитного поля достигается различными способами. Наиболее распространено внедрение в систему электрического тока с помощью сверхпроводящих материалов (имеющих нулевое электрическое сопротивление при определённой температуре). Также используются электромагнитные установки, регулируемые электронной системой стабилизации.

Таким образом, можно предположить, что «ховерборд», не просто выдумка режиссеров, а использование физического явления – магнитная левитация на практике. Но тогда почему мы не встречаем эти предметы в реальной жизни?

Дело в том, что сверхпроводники при охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, полностью теряют электрическое сопротивление. Явление сверхпроводимости открыл в 1911 г. Хейке Камерлинг-Оннес. Суть его состояла в том, что некоторые вещества при охлаждении до температуры ниже 20 Кельвин теряют всякое электрическое сопротивление. Как правило, при охлаждении металла его электрическое сопротивление постепенно уменьшается. Дело в том, что направленному движению электронов в проводнике мешают случайные колебания атомов. При уменьшении температуры размах случайных колебаний уменьшается, и электричество испытывает меньшее сопротивление. Но Камерлинг-Оннес, к собственному изумлению, обнаружил, что сопротивление некоторых материалов при определенной критической температуре резко падает до нуля.

При передаче на большие расстояния в линиях электропередачи теряется значительное количество электроэнергии. Но если бы сопротивление удалось устранить, электроэнергию можно было бы передавать в любое место почти даром. Вообще, возбужденный в замкнутом контуре электрический ток мог бы циркулировать в нем без потерь энергии миллионы лет. Более того, из этих необычайных токов несложно было бы создать магниты невероятной мощности. А имея такие магниты, можно было бы без усилий поднимать громадные грузы.

Несмотря на чудесные возможности сверхпроводников, применять их очень непросто. Держать большие магниты в баках с чрезвычайно холодными жидкостями очень дорого. Чтобы сохранять жидкости холодными, потребуются громадные фабрики холода, которые поднимут стоимость сверхпроводящих магнитов до заоблачных высот и сделают их использование невыгодным.

Но однажды физикам, возможно, удастся создать вещество, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ сохранит сверхпроводящие свойства даже при нагреве до комнатной температуры. Сверхпроводимость при комнатной температуре — ʼʼсвятой Граальʼʼ физиков-твердотельщиков. Мощные магнитные поля, способные удерживать на весу машины и поезда, станут настолько дешевыми, что даже ʼʼпланирующие автомобилиʼʼ, возможно, окажутся экономически выгодными. Возможно, что с изобретением сверхпроводников, сохраняющих свои свойства при комнатной температуре, фантастические летающие «ховеборды» станут реальностью.

  1. Применение магнитной левитации.

Получается, что сейчас данное явление нельзя «поставить на службу» человека? Но нет, как оказалось, магнитная левитация нашла свое применение в некоторых областях нашей жизни.

    1. Использование магнитной левитации при конструкции поездов.

Впервые идею состава, использующего линейный двигатель, подал (и даже запатентовал) немецкий инженер-изобретатель Альфред Зейн. И было это в 1902 году. После этого разработки электромагнитного подвеса и поезда, оснащенного им, появлялись с завидной регулярностью: в 1906 г. Франклин Скотт Смит предложил еще один прототип, между 1937 и 1941 гг. ряд патентов по этой же теме получил Герман Кемпер, а чуть позже британец Эрик Лэйзвейт создал работающий прототип двигателя в натуральную величину. В 60-х он же участвовал в разработке Tracked Hovercraft, который должен был стать самым скоростным поездом, но так и не стал, поскольку из-за недостаточного финансирования в 1973-м проект был закрыт.

Только шесть лет спустя, причем снова в Германии, был построен поезд на магнитной подушке, получивший лицензию на пассажирские перевозки. Испытательный трек, проложенный в Гамбурге, имел длину меньше километра, но сама идея так вдохновила общество, что поезд функционировал и после закрытия выставки, успев за три месяца перевезти 50 тысяч людей. Скорость его, по современным меркам, была не так уж велика – всего 75 км/ч.

Не выставочный, а коммерческий маглев (так нарекли поезд, использующий магнит), курсировал между аэропортом Бирмингема и железнодорожной станцией с 1984 г., и продержался на своем посту 11 лет. Длина пути была еще меньше, всего 600 м, а над полотном поезд поднимался на 1,5 см.

В дальнейшем ажиотаж по поводу поездов на магнитной подушке в Европе поутих. Зато к концу 90-х ими активно заинтересовалась такая страна высоких технологий как Япония. На ее территории уже проложены несколько довольно протяженных трасс, по которым летают маглевы, использующие такое явление как левитация магнитная. Этой же стране принадлежат и скоростные рекорды, поставленные данными поездами. Последний из них показал скоростной режим более 550 км/ч (приложение 2).

    1. Использование магнитной левитации в энергетике.

Не менее интересным практическим направлением можно считать широкое применение магнитных подшипников в ключевых узлах механизмов. Их установка решает серьезную проблему износа исходного материала.

Как известно, классические подшипники истираются довольно быстро – они постоянно испытывают высокие механические нагрузки. В некоторых областях необходимость замены этих деталей обозначает не только дополнительные расходы, но и высокий риск для людей, которые обслуживают механизм. Магнитные подшипники сохраняют работоспособность во много раз дольше, так что их применение весьма целесообразно для любых экстремальных условий. В частности, в атомной энергетике, ветровых технологиях либо отраслях, сопровождаемых чрезвычайно низкими/высокими температурами (приложение 3).

    1. Использование магнитной левитации.

Магнитную левитацию применяют для эффектности при проведении выставок. Экспонаты попросту парят над тумбами, что придает зрелищности (приложение 4)

    1. Практическая часть

Мы проделали четыре несложных опыта по наблюдению магнитной левитации.

Первый самый простой – это отталкивание одного магнита от другого с опорой (приложение 5).

Он заключается в том, что магнит большего диаметра лежит на опоре, а магнит меньшего диаметра располагают рядом с большим, направив их друг к другу разноименными полюсами.

Второй это зависание небольшого магнита над магнитом большего диаметра в горизонтальной плоскости (приложение 6).

Кольцевой магнит большего диаметра закрепляется на опоре, а магнит меньшего диаметра надевают на стержень, направив его к большему магниту разноименными полюсами и маленький магнит начинает парить над большим.

Третий – это парение карандаша над магнитами (приложение 7).

Этот опыт сложнее, так как нужно два одинаковых магнита закрепить на стенке деревянного бруса направив друг к другу разными полюсами, но прижав их шайбой вплотную. На стержень карандаша надевается небольшой магнит. Затем карандаш вносят в поле магнитов и добавляют опору для стержня. Карандаш зависает в поле магнитов.

Самый наглядный пример магнитной левитации, которая создается на постоянных магнитах — это так называемый левитрон. Эту игрушку придумал американский изобретатель почти 30 лет назад. В основе конструкции всего два кольцевых магнита. Большой лежит строго горизонтально, а маленький вращается и зависает над ним. Что же его удерживает от падения? За счет чего достигается такой эффект?

Естественно, постоянные магниты направлены друг к другу одноименными полюсами, что и заставляет их отталкиваться. Но для устойчивой магнитной левитации этого мало. Большой кольцевой магнит создает особую форму магнитного поля. Другими словами образуется магнитная впадина или потенциально яма, на дне которой волчок и находят свою устойчивость. Но это всего лишь позволяет ему не свалиться в сторону.

Решающим фактором для стабильной левитации является вращение самого волчка, вследствие чего возникает в гироскопический эффект, благодаря ему волчок не опрокидывается, хотя постоянно к этому стремится, и как только трение, а воздух притормозит его вращение, сила магнитного притяжения возьмет верх.

Для создания левитрона мы взяли три больших кольцевых постоянных магнита, один магнит диаметром 10 миллиметров пластмассовую подставку.

Три больших магнита нужно расположить так, чтобы они притягивались друг к другу, то есть направить их разноименными полюсами. Из маленького магнита делаем волчок, для сердечника выбираем алюминий, пластмасс или дерево.

Дальше располагаем на больших магнитах подставку и на ней запускаем волчок, затем медленно поднимаем волчок при помощи подставки вверх и убираем ее в сторону. Волчок начинает свободно парить над магнитами (приложение 8).

Заключение.

По результатам нашего исследования можно сделать вывод, что магнитная левитация существует. И «ховерборд», действительно, не просто выдумка режиссеров, а как раз, использование магнитной левитации на практике. Но так же, можно утверждать, что в то, время, когда снимался фильм «Назад в будущее» ученые-физики уже были в поисках сверхпроводников, и режиссер фильма предположил, что ко времени, куда он отправлял своего героя эта проблема решиться, но не угадал.

Но не смотря на все трудности, с которыми сталкиваются ученые при изучении магнитной левитации, они ее активно используют в повседневной жизни: при конструкции поездов, в электроэнергетике, а так же при проведение выставок.

Но широко применять магнитную левитации. Так, как это показано в фильме «Назад в будущее» невозможно, так как это экономически невыгодно, ведь охлаждение сверхпроводников до температур близких к абсолютному нулю, очень дорого.

Но мечта режиссера воплотится в жизнь, как только будет найден сверхпроводник, у которого сопротивление будет равно нулю. Надеемся, что мы застанем это время.

Таким образом, наша гипотеза подтвердилась.

Список литературы.

  1. http://allrefs.net/c24/3t5zh/p9/

  2. http://referatwork.ru/category/tehnologii/view/495443_magnitnaya_levitaciya

  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Магнитная_левитация

  4. http://izobreteniya.net/magnitnaya-levitatsiya-na-postoyannyih-magnitah-idei-i-opyityi/

  5. https://all-he.ru/publ/svoimi_rukami/igrushki/levitron_na_postojannykh_magnitakh_svoimi_rukami/4-1-0-93

Приложения.

Приложение 1

hello_html_m14fdb2f0.jpg

Приложение 2

hello_html_391837dc.jpg

Приложение 3

hello_html_m2f42a945.jpg

Приложение 4

hello_html_m649e4405.jpg

Приложение 5

hello_html_6bafaca.jpg

Приложение 6

hello_html_77fbead.jpg

Приложение 7

hello_html_699f377c.jpg

Приложение 8

hello_html_m4e21b452.jpg

Магнитная левитация Википедия

Магнитная левитация — технология, 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.

Способы реализации магнитной левитации

  1. С использованием постоянного магнита
  2. С использованием электромагнита
  3. С использованием сверхпроводящего магнита[1]

Основные типы магнитной левитации

  1. При помощи электромагнитных систем
  2. При помощи электродинамических систем[1]

Подъёмная сила

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:

Pmag=B22μ0{\displaystyle P_{mag}={\frac {B^{2}}{2\mu _{0}}}}

где Pmag{\displaystyle P_{mag}} — сила на единицу площади поверхности в Паскалях, B{\displaystyle B} — магнитная индукция над сверхпроводником в Теслах, и μ0{\displaystyle \mu _{0}} = 4π×10−7 Н·А−2 — магнитная проницаемость вакуума.[2]

Устойчивость

Статическая

Статическая устойчивость значит, что любое смещение из состояния равновесия заставляет равнодействующую силу выталкивать объект обратно в состояние равновесия.

Левитрон — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 марта 2016; проверки требуют 9 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 марта 2016; проверки требуют 9 правок. Демонстрация работы левитрона.

Левитрон — волчок, который, вращаясь, способен «зависать» в воздухе над специальной коробкой, образующей магнитную подушку.

Будучи в раскрученном состоянии, магнитный волчок массой ~20 граммов способен зависнуть над специально расположенной системой постоянных магнитов в коробке (так как магниты постоянные, левитрон не требует источника электрического тока). Волчок представляет из себя кольцевой постоянный магнит с осью вращения, совпадающей с осью симметрии этого магнита. Магнит в коробке обычно тоже кольцо, но большего диаметра. Форма магнитного поля обусловлена сочетанием этих двух размеров. Над центром большого магнита на определённом расстоянии образуется потенциальная яма, то есть небольшая зона, магнитное поле в центре которой несколько слабее, чем у краёв. Это не дает волчку отклониться от центра коробки. Размер этой зоны определяет вес, магнитное поле волчка, и место, где явление возможно. Вращение необходимо для того, чтобы волчок не перевернулся. Момент инерции вращающегося тела, в соответствии с законом сохранения момента импульса удерживает волчок в положении отталкивающим полюсом вниз. Волчок испытывает силу трения только о воздух, вследствие чего он может парить довольно долго.

Более сложные варианты отличаются лишь тем, что используют тот или иной способ раскручивания предмета, который обычно заключён внутри небольшого глобуса. Тогда «левитация» длится, пока устройство не будет выключено или в нём не разрядятся батарейки. В нижней коробке дополнительно находится электромагнитная катушка-передатчик, а в верхнем предмете катушка-приёмник, которые совместно образуют воздушный трансформатор. Подобные устройства питания известны в виде беспроводных индукционных компьютерных мышей, где провод ведёт только к коврику. Передаваемой мощности может хватать даже на подсветку такого глобуса.

Другие устройства, основанные на принципе работы левитрона[править | править код]

Реализацией сувениров и игрушек такого типа занимается американская компания «Fascinations Toys and Gifts», расположенная в Сиэтле. К ним относятся: «Перпетуатор» (Perpetuator) — постоянно парящий левитрон, работающий от сети, к нему добавлены электромагнитные поля, поддерживающие вращение волчка, «Art Bank» — коробка, внутри которой в воздухе находятся модель самолёта, монетка или теннисный мячик, а также «Amazing Anti-Gravity Globes» — «летающий глобус». На основе таких игрушек начато производство рекламных промо левитронов с размещенными на них логотипами или атрибутикой компаний. В качестве волчка теперь возможно использовать самые различные предметы — телефоны, ювелирную продукцию и даже манекены с одеждой. Для таких промо левитронов устанавливаются магнитные усилители, выдерживающие до 3 килограммов веса. Изготовление рекламных промо левитронов началось в Китае, но с периодом импортозамещения теперь они производятся и в России.

Первый патент на левитрон, номер 4382245, был выдан в мае 1983 года Рою Хэрригену, американскому изобретателю (срок действия этого патента закончился в 2003).

Вильям Хонс и Эдвард Хонс получили несколько патентов на улучшения этого устройства: 5404062, 5883454 и др.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *