РадиоКот :: Levitator

РадиоКот >Схемы >Аналоговые схемы >Игрушки >

Levitator

Левитация – одно из воплощений человеческой мечты о полете.

Созерцание парящего кристалла – хороший способ релаксации и пополнения пси-энергии.

Кристаллом мною назван левитирующий неодимовый магнит – он обклеен природными кристаллами пирита и халькопирита и имеет сходство с цельным кристаллом.

Согласно теореме Ирншоу, являющейся следствием закона Гаусса, левитация статических объектов в статическом электромагнитном поле невозможна. Теорема применима не только к точечным зарядам, но и к протяженным упругим телам и говорит, что их свободный подвес в электростатическом, магнитостатическом и (или) гравитационном поле будет всегда неустойчив. Однако существует возможность сделать левитацию реальной, например, используя электронную стабилизацию – электромагниты, управляемые посредством электроники.

Поскольку действительную природу магнетизма  и гравитации никто пока не объяснил, то работу левитатора можно описать так:

Суммарная картина магнитных силовых линий неодимовых магнитов, расположенных в основании левитатора представляет собой поле  магнитного кольца с прямоугольным поперечным сечением. Видно, что в точках 1 и 2 магнитное поле меняет направление. Если поместить в точку 1 небольшой магнит, то мы почувствуем, что его перемещению по вертикали  препятствует магнитное поле кольца и гравитация (вначале он может еще перевернутся). По вертикали он как бы в ловушке. В горизонтальной плоскости наш магнит норовит выскользнуть и притянуться к кольцу. Тут мы ему устраиваем ловушку в горизонтальной плоскости – отслеживаем его положение с помощью датчиков, и далее с помощью 3-х пар электромагнитов A,B,C расположенных в основании левитатора возвращаем его каждый раз в точку 1. Энергия электромагнитов расходуется только на компенсацию небольших смещений левитирующего магнита в горизонтальной плоскости.  По сути, энергия  только перекачивается из одной пары катушек в другую. Потребление энергии при этом намного меньше, чем в системах, в которых электромагнит сверху – в них он должен еще компенсировать действие на левитирующий предмет силы тяжести.      

Картина силовых линий магнитного поля кольца, электромагнита и магнита.

При конструировании левитатора я ознакомился с патентом US20070170798: https://www.freepatentsonline.com/20070170798.pdf Вот некоторые рисунки с этого патента: 

Контроль левитирующего магнита осуществляется с помощью оптических датчиков положения и 3-х пар электромагнитов. Смещение магнита влево компенсируется за счет сочетания действия южного полюса электромагнита A1 и северного полюса электромагнита A2. Конденсатор 23 помогает противостоять любым быстрым смещениям магнита.

Также была использована  идея Nicanor Apostol: https://www.youtube.com/user/nick500453/videos  для контроля положения левитирующего магнита с помощью датчиков магнитного поля – датчиков Холла.

Операционные усилители включены в дифференциальном режиме. Каждый датчик Холла выдает сигнал на два ОУ, на прямой вход одного и инвертирующий другого.

После некоторых раздумий и экспериментов получилась такая схема:

При появлении кристалла в зоне левитации, геркон замыкается и на схему подается питание, она начинает генерировать, возникает самовозбуждение системы – кристалл парит.

Устойчивая левитации кристалла достигается небольшим подгибанием датчиков Холла в вертикальной плоскости. При этом можно ориентироваться на потребление тока левитатором. При точной настройке оно будет менее 100mA, и при попытке сместить левитирующий кристалл по горизонтали в какую-либо сторону будут ощущаться одинаковые усилия. Также при точной настройке практически пропадает шум, связанный с работой электромагнитов. На первом ОУ и TL431 собран супервизор питания. Если при левитации кристалла пропадает синяя подсветка, значит,  напряжение батареи менее 3.6V и её следует зарядить.

Кстати, в моем случае наблюдается интересное явление раскручивания кристалла против часовой стрелки. Если его слегка закрутить, то дальше он раскручивается сам – примерно до 50-140 оборотов в минуту, в зависимости от напряжения питания и высоты левитации. Связано это с неоднородностью намагниченности кристалла и с тем, что включенные по схеме звезда электромагниты левитатора в какой-то момент начинают работать подобно трехфазному двигателю.

Катушки электромагнитов использованы с двигателя ведущего вала видеомагнитофона (типа как на фото ниже). Индуктивность каждой 330mkH, сопротивление 2.2 Ohm.  Направление намотки этих катушек видно на фото – это важно для правильной работы левитатора. В конструкции использовано шесть неодимовых магнитов 15*5*5мм, шесть 15*6*2мм и один диаметром 20мм, толщиной 5мм в кристалле. ОУ LMV324 можно заменить аналогичным по параметрам «rail to rail op amp». Вместо IRF7319 подойдёт IRF7389. В качестве ферромагнитного сердечника катушек электромагнитов использованы болты и гайки М4, они же и скрепляют всю конструкцию.

       

Разводка платы левитатора сделана в одном слое с помощью трассировщика  Topo-R: https://eda.eremex.ru/ . На второй стороне платы фольга оставлена, она соединена с «землей» в двух точках. С кромок отверстий под  выводы катушек, датчиков, светодиода фольга удалена зенкованием сверлом, диаметр которого в 3…4 раза больше диаметра отверстий. Стеклотекстолит толщиной 1мм.

    

 

Вид собранной платы с двух сторон. Магниты держатся за счет взаимного притяжения , дополнительно они приклеены к плате суперклеем. Между катушками электромагнитов и платой проложена полоска двухстороннего скотча.

Для полной картины отмечу, что возможны варианты магнитной левитации без всякой электроники: https://www.antigravity.net.au/ . Вот некоторые:

1. Если придать магниту в точке 1 быстрое вращение вокруг вертикальной оси (сделать из него волчок), то он там и будет оставаться. Сам по себе волчок стремится сразу перекувыркнуться  и упасть. Раскрученный же волчок этого сделать не может – ему приходится противодействовать моменту инерции. Минус такого решения – ограниченное  несколькими минутами время левитации.

2. Известно, что диамагнетики выталкиваются магнитным полем. Если взять кусок пиролитического графита (диамагнетика) – наш магнитик с удовольствием будет над ним левитировать. Минус – небольшая высота левитации, как следствие отсутствия в природе сильных диамагнетиков. Или сильных магнитов в маленьком объеме.

3. Вариант предыдущего случая – использовать «идеальный» диамагнетик, каковым есть по сути  сверхпроводник. Например, высокотемпературный сверхпроводник с Пандоры – анобтаниум. Имеем приличную высоту парения сверхпроводника над магнитной подставкой. Минус решения – дороговизна. Нерафинированный анобтаниум стоит около двадцати миллионов долларов за килограмм, очищенный повышает стоимость вдвое – до сорока миллионов.

 Этот серый камушек идет по 20 миллионов за кило.

 Предвидя вопросы, отвечу на некоторые из них:

1. Парящий кристалл есть нельзя, он не вкусный и не съедобный.

2. Если ты думаешь, что как магнитный железняк может притягивать железо, ты так же можешь заставить его притянуть куски керамики, то ты заблуждаешься,… магнитный железняк может притягивать железо, но не взаимодействует с медью. Таково движение Дао  (из китайского философского трактата Хуайнань-цзы).

3. Именно анобтаниум вызвал появление на Пандоре таких изумительных геологических достопримечательностей, как каменные арки и парящие горы.

Видео работы: https://www.dropbox.com/s/wnsko62jezjitaf/Levi.mkv

Вопросы по конструкции можно задать здесь: https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=3&t=4810

Разводку платы прилагаю. 🙂

… И некоторые идеи вдогонку — вариант Levi_2 (разводку платы прилагаю):

Отличие – низ левитатора подсвечивается 2-мя светодиодами, которые вынесены ближе к краям платы. Должно смотреться эффектнее, ярче.
Подсветку внизу можно сделать другим цветом, при разряде батареи будет пропадать только нижняя подсветка.

В качестве левитирующего кристалла заманчиво применить флюорит — флюоресцирующий минерал. Cиний светодиод подсветки поменять на ультрафиолетовый ..

 

 

Файлы:
Документ PDF
Levi_2

Все вопросы в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Левитация больших предметов! Обзор устройства! Неожиданное применение! Витрина будущего! | Электроника для всех!

Кто бы мог подумать еще лет 30 назад, читай Айзека Азимова, что левитация станет реальностью! Для тех, кто забыл, что такое левитация — это явление при котором объекты несмотря на гравитационное поле «висят» в воздухе или парят, т.е. не связаны ни с какими другими эффектами. Многие из вас, кто знает физику, сразу поймут, что скорей всего этого удалось достичь за счет магнитного поля! Да, это так!

Что такое магнитная левитация?

Напомним, что электродинамическая магнитная левитация возникает при вращении или движении постоянного магнита, либо от катушки с током, которые формируют переменное магнитное поле близи проводника. Переменное магнитное поле наводит вихревые токи в проводнике, которые создают поле в противоположном направлении. Из-за этого поля возникает отталкивающая сила между проводящим материалом и источником магнитного поля.

Как работает левитатор?

Нидерланская компания CREALEV BV разработала такое устройство, которое позволяет левитировать объектам вплоть до 10 кг!

Гиря 5 кг висит в воздухе! Генератор левитатора создает магнитное поле, а парящий поднос сделан из металла с высокой проводимостью

Гиря 5 кг висит в воздухе! Генератор левитатора создает магнитное поле, а парящий поднос сделан из металла с высокой проводимостью

Левитатор состоит из трех блоков:

1. Основной блок, который генерирует магнитное поле;
2. Адаптер питания — блок питания 220В-18 В 5А;
3. Поднос из высокопроводящего материала для размещения предметов.

Технические характеристики левитатора

Левитатор подключается к сети 110-220 В через адаптер. Вторичное напряжение на нем 18 В, а максимальный ток потребления составляет 5 А.

При разной массе груза, который нужно поднять в воздух будет разная высота от основного блока до подноса.

В зависимости от массы высота между подносом и основным блоком будет разная

В зависимости от массы высота между подносом и основным блоком будет разная

Где же применять такое устройство?

Левитатор прежде всего устройство для создания «вау-эффекта», поэтому и среди применений в основном предлагается рекламное направление, например, чтобы на витрине товар парил в воздухе. Как манекен на картинке ниже! Однако чтобы объект вращался нужно дополнительно устанавливать вентилятор! Без него объект будет просто висеть в воздухе без вращения!

Манекен парит в воздухе благодаря левитатору! Вау-эффект достигнут

Манекен парит в воздухе благодаря левитатору! Вау-эффект достигнут

А Вы, какое применения данного левитатора предложили бы?

Найдут ли акустические левитаторы применение для лабораторного и промышленного оборудования?

Британские ученые физики из Университета в Бристоле разработали акустический левитатор, способный при помощи одного ультразвукового луча поднимать в воздух и удерживать объекты больше длины волны. Как сообщают физики, им удалось осуществить эксперимент, благодаря созданию акустического вихря, который заставил взлететь и удерживаться над поверхностью излучателя шар диаметром полтора сантиметра. Если вы не в курсе, то раньше длина волны была принципиальным, фундаментальным ограничением для однолучевых акустических левитаторов. Ещё раньше проблемой было само создание левитатора, использующего один луч. Для получения эффекта применяли два источника ультразвука. Тема показалась мне интересной и значимой. Под катом подробнее об акустической левитации объектов и исследовании британцев.

Воспользуйтесь нашими услугами

Вики определяет акустическую левитацию, как “устойчивое положение весомого объекта в стоячей акустической волне.” Это явление известно с 1934 года, когда его теоретически доказал Л.Кингом, позже в 1961 г. выводы о возможности явления сделаны Л.П.Горьковым.

Суть принципа, на котором работают акустические левитаторы, заключается в создании интерференции когерентных звуковых волн, которая приводит к возникновению локальных областей повышения давления. Благодаря этому тело может удерживаться в той или иной области пространства, а также перемещаться.

Ученые, которые занимаются темой акустической левитации, верят в большое будущее этого явления. Футуристические проекты предполагают подъем и перемещение различных объектов, оснащение левитаторами системы управления складами, применение в портах и на производствах. Однако до такой массы и размеров левитаторам пока очень далеко. Одна из областей, где такие устройства смогут проявить себя в ближайшее время — это фармакологические технологии, где для повышения степени очистки веществ существует необходимость в акустической левитации.

Лирическое отступление. В детстве, в далёких 90-х, мне доводилось играть в космическую цивилизационную стратегию Ascendancy. В ней планеты можно было оснащать т.н. tractor beam (захватным лучом), который был способен притягивать объекты из космоса. Удивился, когда дожил до момента изобретения похожего, пусть и миниатюрного, устройства.

Ранние однолучевые акустические левитаторы разрабатывались различными учеными, в т.ч. Азьера Марцо (Asier Marzo) из Бристоля и бразильцем Марко Аурелио Бриццотти Андраде из университета Сан-Паулу. Они смогли добиться левитации объектов диаметром не более 4 миллиметра. Максимальный размер предметов, которые поднимал в воздух такой левитатор, должен был быть меньше длины стоячей волны.

На этот раз бристольские ученые смогли преодолеть это принципиальное ограничение, используя полусферическую форму устройства. Благодаря такой форме получилось создать акустические вихри, способные удержать крупный предмет. Новый сферический левитатор объединяет 192 ультразвуковых излучателя с частотой 40 кГц (длина волны при н.у. составляет 0,87 см). Излучатели смонтированы на внутренней поверхности сферы диаметром 192 мм.

Благодаря конструкции левитатора при излучении создаются несколько вихрей с одинаковой спиральностью и различными направлениями. В зоне их действия возникают локальные области высокого давления, удерживающие объект. Максимальный диаметр шара, который поднял в воздух бристольский аппарат — 1,6 см, что практически в 2 раза больше, чем длина волны, которую создает прибор. Также устройство способно изменять скорость вращения шарика, за счет изменения направления ультразвуковых вихрей.

Эксперименты ученых продемонстрировали, что при фиксации одной из координат (например, когда предмет находится на поверхности), левитатор новой конструкции способен захватывать и вращать объекты, превышающие длину волны в 5-6 раз. Этот эффект открывает новые возможности для применения устройств с акустическими вихрями. Предполагается их использование для создания центрифуг и лабораторных систем управления микро и макро частицами.

Успехи бристольской команды (Asier Marzo, Mihai Caleap и Bruce W. Drinkwater) показывают, что, вероятно, в ближайшем будущем акустические левитаторы будут применяться для создания лабораторного, а позже и промышленного оборудования.

Возможно, в обозримом будущем акустическая левитация сможет заменить магнитную, которая сегодня активно применяется для создания оригинального дизайна различных устройств, в том числе акустических систем и проигрывателей винила. Не исключено, что когда-нибудь человечество увидит и мощный акустический tractor beam (как в Ascendancy), способный фиксировать и перемещать действительно крупные объекты.

Авторы заявили об успешном эксперименте месяц назад на страницах Physical Review Letters. Подробные данные об исследовании также опубликованы здесь 

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Как сделать магнитную левитацию. Levitron — антигравитационная игрушка для взрослых

Здесь рассказано и показано, как сделать крутой левитрон своими руками!

Эту поделку меня вынудили собрать в универе:)

Делал я её в паре с одногруппником, задачей которого было сделать чумовой корпус, а с меня — электронную начинку.

Насколько всё классно получилось — судите сами, пишите комментарии, интересно будет почитать, обсудить.

Не помню, как именно мы пришли именно к идее сделать левитрон, тема поделки была вольная. Конструкция вроде и простая, но глаз притягивает.

Вообще сам левитрон — устройство, которое поддерживает какой-либо предмет в среде, которая никак не соприкасается с какой-либо поверхностью, кроме как через воздух. В вакууме тоже будет работать.

В данном случае электроника заставляет парить магнит, а магнит уже можно приклеить к, например, банке из-под вкусного недорогого напитка:)

Если хорошенько поискать в интернете, то можно увидеть много разных вариантов электромагнитного левитрона, например:

Их можно условно разделить на подвесной и отталкивающий. Если в первом случае необходимо просто компенсировать силу тяжести, то во втором ещё и смещение в горизонтальной плоскости, так как согласно теореме Ирншоу «всякая равновесная конфигурация точечных зарядов неустойчива, если на них кроме кулоновских сил притяжения и отталкивания ничто не действует.» — цитата из вики.

Из этого вытекает, что подвесной левитрон проще в изготовлении и настройке, если таковая вообще необходима. Сильно заморачиваться не хотелось, поэтому для универа сделали подвесной левитрон, о котором здесь идёт речь, а отталкивающий уже делал для себя любимого:) О нём в другой статье будет написано. Чуть позднее удалю этот текст и дам тут ссылку на него. Работает великолепно, но минусы свои тоже имеет.

В свою очередь все подвесные левитроны можно так же условно разделить на цифровые и аналоговые по способу удержания предмета на одном расстоянии. А по типу датчиков их можно разделить на оптические, электромагнитные, звуковые и, наверное, всё.

То есть сигнал о расстоянии магнита до левитрона мы получаем аналоговый, а корректируем силу воздействия на магнит уже цифровым способом. Hi-tech, однако.

Сама идея была позаимствована на сайте geektimes, а печатная плата была изготовлена уже персонально под наш набор деталей. Так же в исходном проекте были использованы трёхвыводные датчики SS49 , но сроки были весьма сжатые, у нас они стоили мягко говоря неоправданно дорого ($4 за штуку против $6 за 10 штук в китае — ссылка для примера), поэтому мы использовали четырёхвыводные датчики Холла. Пришлось изменить схему и внести конструктивные дополнения в устройство. Так же для большей понтовости был добавлен блок светодиодов, которые плавно загораются при поднесении магнита, то есть когда левитрон начинает работать и плавно выключаются, когда магнит убирают. Всё это будет отражено на схеме.

Собственно, схема левитрона на четырёхвыводных датчиках:

И схема левитрона на трёхвыводных датчиках и более простой подсветкой:

Принцип действия довольно прост. Катушка, являющаяся электромагнитом при подаче питания притягивает магнит — предмет притягивается. Датчик, прикреплённый между магнитом и катушкой фиксирует увеличение магнитного потока, что означает приближение магнита. Электроника это отслеживает и отключает катушку от источника напряжения. Магнит начинает падать под действием силы тяжести. Датчик фиксирует уменьшение магнитного потока, что сразу же обнаруживается электроникой и на электромагнит подаётся напряжение, магнит притягивается — и так происходит очень часто — около 100 тысяч раз в секунду. Возникает динамическое равновесие. Человеческий глаз не успевает заметить этого. Частота генератора задаётся резистором и конденсатором на выводах 5 и 6 микросхемы TL494.

Второй датчик на другой стороне электромагнита нужен для того, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое самой катушкой. То есть, если бы не было этого второго датчика — при включении электромагнита система бы не могла отличить интенсивность магнитного поля неодимового магнита от магнитного поля, создаваемого самим электромагнитом.

Итак, мы имеем систему двух датчиков, сигнал с которых поступает на операционный усилитель в дифференциальном включении. Это значит, что на выходе операционного усилителя появляется лишь разность напряжений, получаемых с датчиков.

Для примера. На одном из датчиков на выходе напряжение 2,5 В, а на другом — 2,6 В. На выходе будет 0,1 В. Этот дифференциальный сигнал находится на выводе 14 микросхемы LM324 по схеме.

Далее этот сигнал поступает на два следующих операционных усилителя — OP1.1, OP 1.3, выходные сигналы которых через диодный вентиль идут на 4 вывод микросхемы TL494. Диодный вентиль на диодах D1, D2 пропускает только одно из напряжений — то, которое будет больше по номиналу. Вывод №4 ШИМ контроллера рулит следующим образом — чем выше напряжение на этом выводе — тем меньше скважность импульсов. Резистор R9 предназначен для того, чтобы в ситуации, когда на входах диодного вентиля напряжения меньше 0,6 В — вывод №4 был однозначно притянут к земле — при этом ШИМ будет выдавать максимально большую скважность.

Вернёмся к операционным усилителям OP1.1, OP 1.3. Первый служит для выключения ШИМ контроллера, пока магнит находится на достаточно большом расстоянии от датчика, чтобы катушка не работала на максимуме вхолостую.

С помощью OP 1.3 задаём коэффициент усиления дифференциального сигнала — по сути задаёт глубину обратной связи (ОС). Чем сильнее обратная связь — тем сильнее система будет реагировать на приближение магнита. Если глубина ОС не достаточна — магнит можно будет поднести вплотную, а прибор не начнёт снижать мощность, накачиваемую в электромагнит. А если глубина ОС будет слишком большая — то скважность начнёт падать до того, как сила притяжения магнита сможет его удерживать на этом расстоянии.

Переменный резистор P3 ставить не обязательно — он служит для настройки частоты генератора.

OP1.2 является генератором напряжения 2,5 В, необходимый для четырёхвыводных датчиков. Для трёхвыводных датчиков типа SS49 он не нужен.

Забыл упомянуть о элементах C1, R6 и R7. Их фишка в том, что постоянный сигнал здесь урезается в 10 раз за счёт резисторов, а переменный за счёт конденсатора спокойно проходит дальше, тем самым достигается упор работы схемы на резкие изменения расстояния магнита до датчика.

Диод SD1 предназначен для гашения обратных выбросов в момент отключения напряжения на электромагните.

Узел на T2 позволяет плавно включать и выключать светодиодную линейку при появлении импульсов на электромагните.

Перейдём к конструктивному исполнению.

Одним из ключевых моментов в левитроне является электромагнит. Мы делали каркас на основе какого-то строительного болта, на котором были вырезаны круглые бортики из фанеры.

Магнитный поток здесь зависит от нескольких ключевых факторов:

• наличие сердечника;
• геометрия катушки;
• ток в катушке

Если проще, то чем больше катушка и больший ток течёт в ней — тем сильнее она притягивает магнитные материалы.

В качестве обмотки использовали провод ПЭЛ 0,8 мм. Мотали на глаз, пока размеры катушки не показались внушительными. Получилось следующее:

Найти необходимый провод в наших краях может не получиться, однако вполне легко находится в интернет магазинах — провод 0,4 мм для намотки катушки .

А пока моталась катушка была подготовлена и вытравлена плата. Делалась по технологии ЛУТ, рисунок платы был сделан в программе Sprint LayOut. Скачать плату левитрона можно по ссылке .

Травилась плата в остатках аммония персульфата, пустая банка которого была успешно применена далее в этом проекте:)

Хочу отметить, что размещение деталей, а так же разводка дорожек подразумевают очень аккуратную пайку, так как легко наделать соединений там, где их быть не должно. Если таковых навыков нету — вполне дозволительно это сделать компонентами больших размеров на макетной плате, типо такой , а соединения выполнять с помощью проводов с обратной стороны.

По итогу плата получилась такая:

Плата очень эргономично вписалась в габариты катушки и была прикреплена прямо на неё с помощью могучего термоклея, тем самым превращаясь в единый моноблок — подключил питание, настроил и система работает.

Но это всё было до того, как был готов электромагнит. Плата была сделана немного раньше и чтобы хоть как-то протестировать работоспособность устройства была временно подключена менее габаритная катушка. Первый результат порадовал.

Датчики, как уже писалось выше, применены от систем слежения положения BLDC двигателей, четырёхвыводные. Так как не удалось найти на них документацию пришлось опытным путём выяснять, какие выводы за что отвечают. Форм-фактор получился такой:

Тем временем подоспел крупногабаритный электромагнит. Эта штука вселяла большую надежду:)

Первые испытания с большим электромагнитом показали довольно большое рабочее расстояние. Тут есть один нюанс — датчик, который расположен на стороне неодимового магнита должен быть немного дальше от катушки для уверенного срабатывания электроники.

Последнее фото больше напоминает некий космический спутник. Кстати, именно так и можно было бы оформить этот левитрон. И у тех, кто намерен повторить конструкцию — всё впереди:)

В качестве левитирующего предмета было решено использовать банку прохладительного напитка. Лепим на двухсторонний скотч магнит к банке, проверяем.

Работает прекрасно, в целом, устройство можно считать готовым. Осталось внешнее оформление. Из брусков и палок была сделана опорная балка, корпус нашего моноблока был выполнен из той самой пустой пластиковой банки из-под аммония персульфата. Из моноблока выходит всего два провода на питание, как и задумывалось.

К этому моменту уже была напаяна навесным монтажом схема плавного включения линейки светодиодов, сама линейка успешно примонтирована на вездесущий термоклей.

В качестве блока питания выступает позаимствованный у какого-то принтера блок, переделанный с 42 В на 12 В.

Внешний вид блока питания тоже покажу:)

Далее из фанеры была сделана подставка, в котором помещался блок питания и разъём для подключения 220 В. Наверху была наклеена матерчатая ткань для красоты, вся конструкция окрашена в жёлто-чёрный цвет. Банку поменяли, так как в ходе экспериментов она немного помялась.

Из этого всего помимо эффекта левитации получился ещё очень даже замечательный ночник.

Видео добавлю чуть позднее, а пока в довершение всему хочу сказать, что мою конструкцию легко повторил 13-летний учащийся моего радиокружка.

Пока ещё внешний вид до законченного варианта не доведён, но электронная начинка работает как положено. Фото его конструкции:

Магнитная левитация всегда выглядит впечатляюще и завораживающе. Такое устройство сегодня можно не только купить, но и сделать самому. И для того, чтобы создать такое устройство магнитной левитации не обязательно тратить на это много денег и времени.

В данном материале будет представлена схема и инструкция по сборке магнитного левитатора из недорогих компонентов. На саму сборку уйдет не более двух часов.

Идея данного устройства под названием левитрон очень проста. Электромагнитная сила поднимает в воздух кусок магнитного материала, а для того, чтобы создать парящий эффект, происходит поднятие и опускание объекта в очень малом диапазоне высот, но с очень большой частотой.

Чтобы собрать левитрон понадобятся всего лишь семь компонентов, включая катушку. Схема устройства магнитной левитации представлена ниже.

Итак, как мы видим по схеме, помимо катушки нам понадобятся полевой транзистор, например, IRFZ44N или другой подобный MOSFET, диод HER207 или что-то вроде 1n4007, резисторы 1 КОм и 330 Ом, датчик Холла A3144, а также опционально индикаторный светодиод. Катушку можно сделать самостоятельно, для этого потребуется 20 метров провода диаметром 0.3-0.4 мм. Для питания схемы можно взять зарядное устройство 5 В.

Чтобы сделать катушку, нужно взять основу с размерами, показанными на следующем рисунке. Для нашей катушки будет достаточно намотать 550 витков. Закончив намотку, катушку желательно заизолировать какой-нибудь изолентой.

Теперь запаяйте почти все компоненты кроме датчика Холла и катушки на небольшой плате. Датчик Холла поместите в отверстие катушки.

Зафиксируйте катушку так, чтобы она была над поверхностью на некотором расстоянии. После этого на данное устройство магнитной левитации можно подать питание. Возьмите небольшой кусочек неодимового магнита и поднесите его к низу катушки. Если все сделано правильно, то электромагнитная сила подхватит его и будет удерживать в воздухе.

Если у вас это устройство не работает должным образом, то проверьте датчик. Его чувствительная часть, то есть плоская сторона с надписями должна быть параллельно земле. Также для левитации форма таблетки, которая присуща большинству продаваемых неодимовых магнитов, не является самой удачной. Чтобы центр тяжести не «гулял», нужно перенести его на дно магнита, прикрепив к нему что-нибудь не слишком тяжелое, но и не слишком легкое. Например, можно добавить кусок картона или плотной бумаги, как на первом изображении.

Принцип работы: В данной схеме сила притяжения генерируется между электромагнитом и постоянным магнитом. Равновесное положение нестабильно, и поэтому используется система автоматического контроля и управления. Датчиком контроля служит магнитоуправляемый датчик положения на основе эффекта Холла MD1. Он расположен в центре торца катушки и закреплен. Катушка намотана лакированной проволокой 0,35-04 мм, и имеет около 550 витков. Светодиод НL1 показывает своим свечением, что схема работает. Диод D1 обеспечивает быстродействие работы катушки.

Схема работает следующим образом. При включении ток идет через катушку, которая создает магнитное поле и притягивает магнит. Для того чтобы магнит не перевернулся, его стабилизируют, прикрепив к нему что нибудь снизу. Магнит взлетает и притягивается к электромагниту, но когда магнит попадает в зону действия датчика положения (МD1) он своим магнитным полем отключает его. Датчик в свою очередь подает сигнал на транзистор, который отключает электромагнит. Магнит падает. Выйдя из зоны чувствительности датчика, электромагнит снова включается и магнит опять притягивается к электромагниту. Таким образом, система непрерывно колеблется около некоторой точки.

Схема:

Для сборки нам понадобится:

1) резисторы 270Ом и 1кОм (0.125Вт)

2) транзистор IRF 740

3) светодиод

4) диод 1N4007

5) датчик Холла Ah543

6) макетная плата

7) лакированная проволока 0.35-0.4мм

+ корпус, паяльник и т.п.

Схема:

Собираем катушку. Каркас можно сделать используя тонкий лист стеклотекстолита и старый фломастер.

Вырезаем: (примерный размер катушки: высота — 22мм, диаметр — 27мм)

Склеиваем вместе:

Наматываем примерно 550витков: (лакированная проволока 0.35-0.4мм, в навал, но более-менее стараемся мотать равномерно)

Паяем плату управления: (в качестве разъема питания я использовал обычный 3.5 mm miniJack)

Цоколевка:

Для удобства сборки можно использовать штырьковые разъемы:

В корпусе вырезаем все необходимые отверстия:

Устанавливаем все на свое место:

Теперь необходимо сделать крепление для катушки:

Прикручиваем к корпусу и крепим катушку:

Именно так нужно выгнуть датчик Холла, припаиваем к нему провода:

Подключаем всё до кучи:

После того, как достанем магнит, нужно определить какой стороной его ориентировать к электромагниту. Для этого помещаем и временно закрепляем датчик Холла в самом низу катушки. Включаем левитрон (должен загореться светодиод) и подносим магнит. Если он притягивается к катушке — то магнит ориентирован правильно, но если же магнитное поле катушки выталкивает его, то магнит необходимо перевернуть. Снизу магнита необходимо прикрепить что-то легкое. В моем случае это светодиод.

Перемещая датчик Холла добиваемся стабильного зависания на максимальном расстоянии от катушки. Закрепляем его:

Принцип действия игрушки левитрон, которая наглядно демонстрирует состояние невесомости, основывается на действии магнитного поля, удерживающего предметы незначительного размера в воздухе.

Такие игрушки, к сожалению, пока не производится отечественной промышленностью, так что спрос на них не может быть удовлетворен. Есть, конечно, возможность заказать левитрон из-за рубежа, но стоимость игрушки (и так довольно высокая – 35 долларов) существенно увеличивается за счет цены доставки.

Но зато ничто не может помешать сделать левитрон собственноручно одним из двух известных способов: на электромагните или на постоянных магнитах.

Второй из указанных способов значительно проще первого, к тому же не потребуются специфические знания в области физики, да и электрическое питание этому устройству также не нужно.

Материалы для изготовления Левитрона

Итак, нам понадобится для изготовления игрушки три магнита в форме колец, обладающие достаточной мощностью. Вполне подойдут для нашей цели магниты из низкочастотных динамиков, срок службы которых давно истек.

Для того чтобы сделать волчок, будет нужен неодимный магнит. Взять его можно из динамика, на котором имеется надпись»Neodium transducer». Применяются подобные динамики в сотовых. Самый сильный постоянный магнит сегодня – это неодимный, созданный из сплава, в который входят неодим, бор и железо. Высокая температура негативно повлияет на него, поэтому этот магнит следует беречь от нагревания. Итак, магнит из сотового телефона может оказаться двух видов – в виде круглой пластинки или же в виде кольца. Кольцевой магнит одевается на сам волчок строго по центру, а магнит в форме таблетки приклеивается на ось волчка снизу.Материалом для самого волчка должен служить легкий материал, такой как композит или пластмасса.

Настройка левитрона

К настройке следует подойти с особой скрупулезностью, ведь эта часть работы имеет решающее значение и является наиболее трудоемкой. Кольцевые магниты должны быть соединены между собой разнополярными сторонами. Сверху на них следует установить пластину (не из металла) толщиной до 1 см. Волчок аккуратно будет установлен в основание левитрона – центр магнита. Если Вы заметили, что волчок отклоняется в сторону, значит, магнит нужно заменить на другой, с большим диаметром.

Чтобы запустить волчок, понадобятся еще несколько элементов, с помощью которых можно будет регулировать толщину платформы, чтобы достичь нормального вращения волчка. Нам понадобится пластика из оргстекла с бумажными листами. Если волчок крутится нормально, начинаем плавно приподнимать платформу, пока он не взлетит вверх.

Если наш волчок подлетает с излишней стремительностью, следует увеличить его вес. Если же он отклоняется в одну сторону, то исправить ситуацию можно, подложив бумажные листы под противоположную. Эти действия позволяют настроить основу нашей игрушки, так чтобы она находилась четко на уровне моря.

маглев | Факты, работа и системы

maglev , также называемый поездом на магнитной подушке или поездом на магнитной подушке , плавающим транспортным средством для наземного транспорта, которое поддерживается либо за счет электромагнитного притяжения, либо за счет отталкивания. Маглевы были разработаны в начале 1900-х годов американским профессором и изобретателем Робертом Годдардом и американским инженером французского происхождения Эмилем Бачелет и находятся в коммерческом использовании с 1984 года, при этом некоторые из них работают в настоящее время, а в будущем планируется создать обширные сети.

Маглевы включают базовый факт о магнитных силах — например, магнитные полюса отталкиваются друг от друга, а противоположные магнитные полюса притягиваются друг к другу — для подъема, движения и направления транспортного средства по рельсам (или направляющим). Движение и левитация на маглеве могут включать использование сверхпроводящих материалов, электромагнитов, диамагнетиков и редкоземельных магнитов.

Подробнее по этой теме

железная дорога: Маглев

В качестве альтернативы высокоскоростному рельсу на базе традиционных фланцевых колесных транспортных средств, технология магнитной левитации, или maglev ,…

Электромагнитная подвеска (EMS) и электродинамическая подвеска (EDS)

В эксплуатации находятся два типа маглевов. Электромагнитная подвеска (EMS) использует силу притяжения между магнитами, присутствующими на боковых и нижних сторонах поезда, а также на направляющих, чтобы левитировать поезд. Вариант EMS, называемый Transrapid, использует электромагнит для снятия поезда с рельсов. Притяжение со стороны магнитов, присутствующих на нижней стороне транспортного средства, которые обвивают железные рельсы рельсового пути, удерживают поезд примерно на 1.На 3 см (0,5 дюйма) над направляющей.

Системы электродинамической подвески (EDS) похожи на EMS во многих отношениях, но магниты используются для отталкивания поезда от рельсов, а не для их притяжения. Эти магниты являются переохлажденными и сверхпроводящими и обладают способностью проводить электричество в течение короткого времени после отключения электроэнергии. (В системах EMS потеря мощности отключает электромагниты.) Кроме того, в отличие от EMS, заряд намагниченных катушек направляющих в системах EDS отталкивает заряд магнитов на ходовой части поезда, так что он поднимается выше (обычно в диапазон 1–10 см [0.4–3,9 дюйма]) над направляющей. Поезда EDS медленно взлетают, поэтому их колеса должны разворачиваться со скоростью менее 100 км (62 миль) в час. Однако после левитации поезд движется вперед за счет движения, обеспечиваемого катушками направляющих, полярность которых постоянно меняется из-за переменного электрического тока, питающего систему.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас Маглевы

устраняют ключевой источник трения — трения колес поезда о рельсы — хотя они все равно должны преодолевать сопротивление воздуха.Отсутствие трения означает, что они могут развивать более высокие скорости, чем обычные поезда. В настоящее время технология магнитных левов позволяет производить поезда, которые могут путешествовать со скоростью более 500 км (310 миль) в час. Эта скорость вдвое выше, чем у обычного пригородного поезда, и сравнима с TGV (Train à Grande Vitesse), который используется во Франции, который движется со скоростью от 300 до 320 км (186 и 199 миль) в час. Однако из-за сопротивления воздуха маглевы лишь немного более энергоэффективны, чем обычные поезда.

Преимущества и затраты

Маглев имеет ряд других преимуществ по сравнению с обычными поездами. Они менее дороги в эксплуатации и обслуживании, поскольку отсутствие трения качения означает, что детали не изнашиваются быстро (как, например, колеса обычного железнодорожного вагона). Это означает, что эксплуатация поезда потребляет меньше материалов, поскольку детали не нужно постоянно заменять. Конструкция вагонов на магнитной подвеске и железной дороги делает сход с рельсов крайне маловероятным, а железнодорожные вагоны на магнитной подвеске могут быть построены шире, чем обычные железнодорожные вагоны, что дает больше возможностей для использования внутреннего пространства и делает их более удобными для езды.Маглевы практически не загрязняют воздух во время работы, потому что топливо не сжигается, а отсутствие трения делает поезда очень тихими (как внутри, так и снаружи вагонов) и обеспечивает очень плавную поездку для пассажиров. Наконец, магнитолевые системы могут работать на более высоких подъемах (до 10 процентов), чем традиционные железные дороги (ограниченные примерно 4 процентами или меньше), уменьшая необходимость рыть туннели или выравнивать ландшафт для размещения путей.

Самым большим препятствием для развития систем магнитной подвески является то, что они требуют совершенно новой инфраструктуры, которая не может быть интегрирована с существующими железными дорогами и которая также будет конкурировать с существующими магистралями, железными дорогами и воздушными маршрутами.Помимо затрат на строительство, один из факторов, который следует учитывать при разработке железнодорожных систем на магнитной подвеске, заключается в том, что они требуют использования редкоземельных элементов (скандий, иттрий и 15 лантаноидов), извлечение и очистка которых может быть довольно дорогостоящим. Однако магниты, изготовленные из редкоземельных элементов, создают более сильное магнитное поле, чем магниты из феррита (соединения железа) или альнико (сплавы железа, алюминия, никеля, кобальта и меди), чтобы поднимать и направлять вагоны поезда по рельсам.

Системы на магнитной подвеске

На протяжении многих лет было разработано несколько железнодорожных систем, использующих магнитную подвеску, большинство из которых работают на относительно небольших расстояниях.Между 1984 и 1995 годами в Великобритании была разработана первая коммерческая магнитолевая система как маршрутное такси между аэропортом Бирмингема и ближайшей железнодорожной станцией, находящейся на расстоянии около 600 метров (около 1970 футов). Германия построила в Берлине маглев (M-Bahn), который начал работать в 1991 году, чтобы преодолеть брешь в системе общественного транспорта города, вызванную Берлинской стеной; тем не менее, в 1992 году, вскоре после сноса стены, M-Bahn была демонтирована. Всемирная выставка 1986 года (Expo 86) в Ванкувере включала в себя небольшой участок системы магнитной подвески в пределах выставочного центра.

В настоящее время по всему миру работают шесть коммерческих магнитолевых систем. Один расположен в Японии, два — в Южной Корее и три — в Китае. В Айти, Япония, недалеко от Нагои, до сих пор работает система Linimo, построенная для Всемирной выставки 2005 года. Его длина составляет около 9 км (5,6 миль) с девятью остановками на этом расстоянии, и он развивает скорость около 100 км (62 мили) в час. Корейский Rotem Maglev проходит в городе Тэджон между выставочным парком Тэджон и Национальным музеем науки, на расстоянии 1 км (0.6 миль). Inch’n Airport Maglev имеет шесть станций и идет от международного аэропорта Inch’n до станции Yongyu, расположенной в 6,1 км (3,8 мили) от отеля. Самая длинная коммерческая система магнитной подвески находится в Шанхае; Он покрывает около 30 км (18,6 миль) и проходит от центра Шанхая до международного аэропорта Пудун. Линия является первым высокоскоростным коммерческим магнитным левом, работающим с максимальной скоростью 430 км (267 миль) в час. В Китае также есть две низкоскоростные магнитопроводы, работающие со скоростью 100 км (62 миль) в час.Маглев Чанша соединяет аэропорт этого города со станцией в 18,5 км (11,5 миль), а линия S1 пекинского метро имеет семь остановок на расстоянии 9 км (6 миль).

Япония планирует создать к 2027 году систему высокоскоростных магнитных левов на дальние расстояния, Тюо Синкансэн, которая соединит Нагою с Токио на расстояние 286 км (178 миль) с продлением до Осаки (514 км [319 миль]). ] из Токио) запланировано на 2037 год. Планируется, что Тюо Синкансэн будет двигаться со скоростью 500 км (310 миль) в час и совершит путешествие Токио-Осака за 67 минут.

Сара Э. Босло

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

• железная дорога: Маглев

  В качестве альтернативы высокоскоростным рельсам на основе традиционных колесных транспортных средств с фланцами технология магнитной левитации, или maglev , получила значительное внимание и исследования, хотя ее практическое применение было ограничено стоимостью, соображениями безопасности и удовлетворенностью. с традиционными высокоскоростными системами.Автомобиль maglev …

• транспорт

  перевозка, перемещение товаров и людей с места на место и различные средства, с помощью которых осуществляется такое перемещение. Рост способности — и потребности — перевозить большие количества товаров или людей на большие расстояния с высокой скоростью с комфортом и безопасностью составил…

• Роберт Годдард

  Роберт Годдард, американский профессор и изобретатель, общепризнанный отцом современной ракетной техники.В 1919 году он опубликовал свой классический трактат «Метод достижения экстремальных высот».…

Как они это делают? Более пристальный взгляд на квантовую магнитную левитацию

В течение трех лет, когда я был студентом-физиком, выступая на научных магических шоу и днях открытых дверей, я убеждал студентов (а иногда и их родителей), что я был своего рода волшебником, левитируя небольшой магнит в форме куба. . Магнит парил над сверхпроводником всего на сантиметр или около того, но этого было достаточно, чтобы помахать листком бумаги между ними, чтобы доказать, что никаких ниток буквально не было.Прикосновение к одному краю куба заставляло его вращаться на месте, и даже если вы толкали магнит вниз, он снова решительно отскакивал вверх — если этого не произошло, это означало, что сверхпроводник должен быть холоднее.

Простым рецептом этого научно обоснованного заклинания было бы брызги жидкого азота для охлаждения керамического сверхпроводника, находящегося в резервуаре из пенополистирола, и магнит, создающий сильное постоянное магнитное поле из редкоземельных элементов.

Левитация работает благодаря сверхпроводимости, которую можно понять с помощью основных принципов проводимости.Определенные элементы и материалы, метко названные проводниками, служат в качестве электрического канала, что означает, что электроны могут проходить через них с относительной легкостью. Эти электроны по-прежнему сталкиваются с атомами, составляющими проводник, и теряют немного энергии при каждом столкновении. Но при охлаждении до достаточно холодной температуры электроны могут свободно течь через проводник без каких-либо столкновений. Это потому, что электроны образуют пары при чрезвычайно низких температурах (тогда как тепло может разорвать предварительную связь между ними).Хотя их связи слабые, их сила выражается в цифрах: спаривание делает так, что столкновения, которые обычно отбирают энергию из электронного потока, не имеют никакого эффекта, потому что столкновения слабее, чем связь электронов.

Критическая температура сверхпроводника — насколько холодным он должен быть, чтобы эти пары стали возможными — зависит от его материала. Металлические сверхпроводники, такие как чистый алюминий или ниобий, например, имеют чрезвычайно низкие критические температуры, обычно всего на несколько градусов выше абсолютного нуля.Однако использовать один из них для домашнего эксперимента невозможно, если только у вас нет большого количества жидкого гелия. (Жидкий гелий кипит при 4,2 кельвина или около –270 градусов по Цельсию, всего на несколько градусов ниже абсолютного нуля). К счастью, есть альтернатива: высокотемпературные сверхпроводники, представляющие собой керамику, состоящую из нескольких элементов, которые позволяют электронам свободно течь при температурах, немного превышающих большинство критических.

77 К (около –196 градусов Цельсия) не похоже на день в тропиках, но в мире сверхпроводников это просто жарко.Это также температура, при которой жидкий азот — гораздо более доступный, чем жидкий гелий — кипит. Для большинства высокотемпературных керамических сверхпроводников, например из оксида иттрия, бария, меди (YBCO) или оксида висмута, стронция, кальция, меди (BSCCO), можно использовать жидкий азот для охлаждения их ниже их критических температур.

Теперь у нас есть две части головоломки: высокотемпературный сверхпроводник и достаточно жидкого азота, чтобы он оставался прохладным. Но как мы можем удерживать магнит над охлаждаемым сверхпроводником? (Или наоборот: в нашем видео с Ричардом Гэрриотом он поместил охлажденный сверхпроводник над слоем редкоземельных магнитов.)

Квантовая магнитная левитация сводится к так называемому эффекту Мейснера, который возникает только тогда, когда материал достаточно холодный, чтобы вести себя как сверхпроводник. При нормальных температурах магнитные поля могут нормально проходить через материал. Однако, когда становится достаточно холодным, чтобы проявлять сверхпроводимость, эти магнитные поля исчезают. Любые магнитные поля, которые проходили через него, должны вместо этого перемещаться вокруг него. Когда магнит помещается над сверхпроводником при критической температуре, сверхпроводник отталкивает свое поле, действуя как магнит с тем же полюсом, заставляя магнит отталкиваться, то есть «плавать» — никакой магической ловкости рук не требуется.

Магнитная левитация: возвращение великого транспорта «а что, если?» | Города

На первый взгляд это выглядит как обычный поезд, курсирующий между многоквартирными домами и изумрудными холмами на западной окраине Пекина, но футуристический автомобиль на самом деле является частью новейшей транспортной игрушки китайской столицы — системы магнитной левитации (маглев).

Поскольку никакая часть транспортных средств не касается какой-либо части восьмикилометровой (пяти миль) линии, поезда на новом маршруте S1 от Шичан до Пингоюань скользят почти бесшумно, без дымящих дизельных двигателей и без визга металла о металл. колеса на колее.

«Маглев не изнашивается, не имеет контактного шума и очень низкий уровень вибрации», — говорит Цзе Ли, который разработал линию S1, открывшуюся год назад. «Я думаю, что маглев взлетит».

Как летающие автомобили, монорельсовые дороги с ракетным топливом и сверхзвуковые пассажирские самолеты, маглев является одним из великих «а что, если?».

Но маглев существует уже несколько десятилетий. Наряду с летающими автомобилями, монорельсовыми дорогами на ракетных двигателях и сверхзвуковыми пассажирскими самолетами, это одно из величайших «а что, если?» технологии.Предполагалось, что он изменит наши города, но так и не получил широкого распространения — по крайней мере, за пределами Азии.

Однако в последние несколько лет новое поколение инженеров потихоньку разрабатывало более дешевые и эффективные магнитолевые системы, некоторые из которых достигли невероятных скоростей 500 км / ч (370 миль в час) и выше. А с проектами «Hyperloop», продвигаемыми Илоном Маском, по сути, поездами на магнитной подвеске в вакууме, сторонники технологии полагают, что это может получить еще один шанс.

Маглев, курсировавший в аэропорт Бирмингема с 1984 по 1995 год.

Начало в Бирмингеме

Первый в мире коммерческий магнитопровод на магнитной подвеске открылся в 1984 году в Бирмингеме. Эта плавучая капсула, разработанная компанией British Rail, отправлялась в аэропорт с технологической точки зрения на много миль впереди всего в мире в то время.

Поколение путешественников наслаждалось плавной, футуристической поездкой по разрастающимся автостоянкам, полицейскому участку и проезжей части с двусторонним движением, пока из-за высоких затрат на техническое обслуживание оно не было закрыто 11 лет спустя. Революционные вагоны в конечном итоге были брошены в изгородь в нескольких милях от взлетно-посадочной полосы, прежде чем в конечном итоге были проданы на eBay.

Германия также внедрила технологию магнитолевой подвески. Компании под названием Transrapid было поручено построить систему магнитной подвески от Мюнхена до своего аэропорта, заменив ледниковую медленную S-Bahn, но проект был заморожен, когда сметные расходы почти удвоились до 3 миллиардов евро.

Московский вагон на маглеве ТА-05, изображенный в советском научно-фантастическом фильме, в котором он носил название «Огненный шар». Фотография: EnglishRussia.com

В Берлине на короткое время появился медленный магнитопровод, и такие разные города, как Тимишоара, Ванкувер и Москва, разработали и испытали их собственные автомобили, но ни один из них не был введен в эксплуатацию в полном объеме.В частности, московский ТА-05 был пышной классикой с китчевым дизайном, который даже был показан в советском научно-фантастическом фильме.

Медленные маглевы также ходили в Гамбурге и Касселе в Германии — часто как недолговечные выставочные уловки.

Мечта Европы о высокоскоростном маглеве закончилась в 2006 году после того, как 23 человека погибли, когда поезд на магнитной подвеске на испытательном треке Transrapid в Эмсланде, Германия, врезался в машину технического обслуживания. Несколькими годами ранее компания Transrapid разработала самый быстрый пассажирский поезд в мире — Шанхайский маглев, который до сих пор курсирует до аэропорта Пудун со скоростью 431 км / ч, — но он так и не выиграл ни одного контракта после крушения в Эмсланде.Тестовый трек простаивает.

Авария Emsland в 2006 году, когда высокоскоростной магнитный поезд Transrapid столкнулся с транспортным средством во время пробного запуска. Катастрофа фактически положила конец использованию технологии магнитолевой подвески в Европе. Фотография: Томас Старке / Getty Images

Европа теперь предпочитает высокоскоростные поезда с колесами. Франция проложила более 2600 км высокоскоростных путей, а Испания — более 3200 км, при этом самые быстрые европейские поезда работают со скоростью более 320 км / ч.

Великобритания вкратце обдумывала предложение Ultraspeed о прокладке магнитопровода из Лондона в Шотландию стоимостью 30 миллиардов фунтов стерлингов в 2005 г., стоимостью 500 км / ч, но вместо этого остановила свой выбор на высокоскоростной железнодорожной линии HS2.Строительство HS2 сейчас оценивается в 56 миллиардов фунтов стерлингов, а скорость поездов составит до 360 км / ч.

Через Атлантику в середине 1990-х рассматривался вопрос о прокладке пути из аэропорта Питтсбурга в Гринсбург, а в 2011 году был отменен проект на маглеве из Питтсбурга в Филадельфию. В 2012 году у Орландо почти был момент на маглеве, но он отказался. В Сан-Диего был испытательный трек, и в 2005 году рассматривался вопрос о строительстве более длинного, чтобы соединиться с новым городским аэропортом. Все эти предприятия были заброшены по соображениям экономии.

Новый поезд серии L0, предназначенный для движения по предстоящему маршруту Токио-Осака со скоростью до 500 км / ч.Линия должна открыться в 2037 году. Фотография: Asahi Shimbun / Asahi Shimbun через Getty Imag

Игрушка 21-го века в Азии

Это города Азии, которые приняли маглев в 21-м веке. Шанхайский высокоскоростной маглев является самым быстрым коммерческим высокоскоростным электропоездом в мире, а в Японии строящийся маглев из Токио в Осаку превзойдет всех со скоростью 500 км / ч, когда откроется в 2037 году, сократив путь. время от четырех часов на сверхскоростном экспрессе до 40 минут.

Низкоскоростные маглевы включают новую пекинскую линию, 8-километровый маршрут в Цинъюань, открытие которого запланировано на сентябрь, и другие маршруты в Чанше и Сеуле.

Десятки китайских городов, в том числе Чэнду, Шэньчжэнь, Ухань и Гуанчжоу, рассматривают возможность установки новых магнитопроводов. Системы были недавно предложены в Бангалоре, Гонконге и Тайбэе.

Еще один американский проект остался на чертежной доске — магнитный лев, который проложит короткое расстояние между Балтимором и Вашингтоном, округ Колумбия, городами, которые могли бы стать почти близнецами, если бы не кошмарное движение между ними в час пик.Если где-нибудь в США построят маглев, он будет там.

Пока хвастовства Кремниевой долины уносят большие бюджеты на безумные маркетинговые кампании, ученые на магнитной подвеске тихонько подключаются к ним

Между тем, пока показы Кремниевой долины уносят большие бюджеты на безумные маркетинговые кампании и комические запуски, ученые, работающие на маглеве, продолжают незаметно откладывать деньги.

Сергей Смирнов в этом году организовал в Санкт-Петербурге проводимую раз в два года конференцию для инженеров, предпринимателей и энтузиастов маглев.Вместо пышности в стиле TED и бесплатного кокосового латте, мероприятие открылось хором и завершилось прогулкой на лодке по Неве, где оркестр в белых костюмах играл джазовые стандарты. Все это казалось странным анахронизмом для такой футуристической технологии.

«На протяжении десятилетий маглев не мог предложить лучшего продукта с точки зрения цены и эффективности, чем высокоскоростные рельсы, — говорит сам инженер Смирнов. «Теперь, благодаря работе многих ученых и инженеров, маглев предлагает скорость намного выше, чем у поездов с колесами, и имеет самые низкие эксплуатационные расходы среди любого транспорта.”

Эта технология также невероятно энергоэффективна и оказывает очень незначительное воздействие на окружающую среду.

После 30 лет продвижения магнитолевых систем в США, бывший инженер Transrapid Ларри Блоу с оптимизмом смотрит в их будущее. «Поскольку все больше и больше людей испытывают различия в скорости, уровне шума, комфорте езды и безопасности, присущие маглеву, я уверен, что он станет более популярным во всем мире», — говорит он.

Может быть, в ближайшие годы магнитные притяжения маглева повлияют на большее количество городов.

Подпишитесь на Guardian Cities в Twitter, Facebook и Instagram, чтобы присоединиться к обсуждению и изучить наш архив здесь

Сбор электромагнитной энергии на основе магнитной левитации: полуаналитическая нелинейная модель преобразования энергии

Dewan, A ., Ай, СУ, Карим, М.Н. и Бейенал, Х. Альтернативные источники питания для удаленных датчиков: обзор. J. Источники энергии 245 (1), 129–143 (2014).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

Халиг, А., Зенг, П. и Чжэн, К. Сбор кинетической энергии с использованием пьезоэлектрических и электромагнитных технологий — современное состояние. IEEE T. Ind. Electron. 57 (3), 850–860 (2010).

Артикул Google ученый

Харб, А. Сбор энергии: современное состояние. Обновить. Energ. 36 (10), 2641–2654 (2011).

CAS Статья Google ученый

Paradiso, J. A. & Starner, T.Поглощение энергии для мобильной и беспроводной электроники. Pervasive Comput. 4 (1), 18–27 (2005).

Артикул Google ученый

Митчесон, П. Д., Йитман, Э. М., Рао, Г. К., Холмс, А. С. и Грин, Т. С. Сбор энергии от движения человека и машины для беспроводных электронных устройств. Proc. IEEE 96 (9), 1457–1486 (2008).

Артикул Google ученый

Биби, С.П., Тюдор, М. Дж. И Уайт, Н. М. Источники вибрации, собирающие энергию для микросистемных приложений. Измер. Sci. Technol. 17 (12), R175 – R195 (2006).

CAS Статья Google ученый

Teng, X.-F., Zhang, Y.-T., Poon, C.C. & Bonato, P. Носимые медицинские системы для p-health. IEEE Rev. Biomed Eng. 1. С. 62–74 (2008).

Артикул Google ученый

Чжан, К.Л. и Чен, В. К. Улавливатель широкополосной магнитной энергии. Прил. Phys. Lett. 96, 123507-1–123507-3 (2010).

ADS Google ученый

Джанг, С., Ким, И., Юнг, Х. и Ли, Ю. Настраиваемый комбайн для сбора энергии вращения для низкочастотной вибрации. Прил. Phys. Lett. 99, 134102-1–134102-3 (2011).

ADS Google ученый

Уорд, Дж. К. и Беренс, С. Алгоритмы адаптивного обучения для сбора энергии вибрации.Smart Mater. Struct. 17, 035025 (2008).

ADS Статья Google ученый

Маллик, Д. и Рой, С. Двунаправленная электрическая настройка комбайнов электромагнитной энергии на базе FR4. Датчик. Actuat A-Phys. 226. С. 154–162 (2015).

CAS Статья Google ученый

Шариати, Н., Роу, У. С., Скотт Дж. Р. и Горбани, К. Мультисервисный высокочувствительный выпрямитель для улучшенного отвода РЧ-энергии.Sci. Реп. 5, 9655 (2015).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

Чжу Д., Тюдор М. Дж. И Биби С. П. Стратегии увеличения диапазона рабочих частот виброэнергетических комбайнов: обзор. Измер. Sci. Technol. 21, 022001 (2010).

ADS Статья Google ученый

Харн Р. Л. и Ван К. В. Обзор недавних исследований по сбору энергии вибрации с помощью бистабильных систем.Smart Mater. Struct. 22, 023001 (2013).

ADS Статья Google ученый

Суссманн, Х. Дж. Нелинейная управляемость и оптимальное управление (Marcel Dekker INC, 1990).

Болтянский В.Г. Достаточные условия оптимальности и обоснование метода динамического программирования. SIAM J. Control 4 (2), 326–361 (1966).

MathSciNet Статья Google ученый

Соарес душ Сантуш, М.P. et al. Инструментальные имплантаты бедра: Системы электроснабжения. J. Biomech. 46 (15), 2561–2571 (2013).

Артикул Google ученый

Соарес душ Сантуш, М. П. и др. Инструментальные замены тазобедренного сустава, замены бедренной кости и стабилизаторы перелома бедренной кости. Эксперт Rev. Med. Устройства 11 (6), 617–635 (2014).

CAS Статья Google ученый

Мораис, Р.и другие. Генератор вибрации с двойным постоянным магнитом для интеллектуального протеза бедра. Датчик. Actuat A-Phys. 172, № 1, 259–268 (2011).

CAS Статья Google ученый

Манн Б. П. и Симс Н. Д. Сбор энергии из нелинейных колебаний магнитной левитации. J. Sound Vib. 319 (1-2), 515–530 (2009).

ADS Статья Google ученый

Авила Бернал, А.Г. и Линарес Гарсия, Л. Э. Моделирование архитектуры сбора электромагнитной энергии. Прил. Математика. Модель. 36 (10), 4728–4741 (2012).

MathSciNet Статья Google ученый

Даллаго Э., Марчези М. и Венчи Г. Аналитическая модель вибрационного электромагнитного комбайна с учетом нелинейных эффектов. IEEE Trans. Power Electron. 25 (8), 1989–1997 (2010)

ADS Статья Google ученый

Саха, К.Р., О’Доннелл, Т., Ван, Н. и Макклоски, П. Электромагнитный генератор для сбора энергии от движения человека. Датчик. Actuat A-Phys. 147, т. 1, стр. 248–253 (2008).

CAS Статья Google ученый

Munaz, A. Lee, B. & Chung, G. Исследование устройства сбора электромагнитной энергии с использованием многополюсного магнита. Датчик. Actuat A-Phys. 2013. Т. 201. С. 134–140.

CAS Статья Google ученый

Фурлани, Э.П. и Сюэ, X. Анализ поля, силы и транспорта для доставки генов на основе магнитных частиц. Микрожидкость. Нанофлюид. 13 (4), 589–602 (2012).

CAS Статья Google ученый

Xue, X. & Furlani, E.P. Наноструктура магнитных частиц ядра-оболочки с помощью шаблона в градиентных полях. Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (26), 13306–13317 (2014).

CAS Статья Google ученый

Лю Л.И Юань Ф. Г. Сборщик энергии нелинейных колебаний с использованием диамагнитной левитации. Прил. Phys. Lett. 98 (20), 203507 (2011).

ADS Статья Google ученый

Лю Л. и Юань Ф. Г. Диамагнитная левитация для сбора энергии нелинейных колебаний: теоретическое моделирование и анализ. J. Sound Vib. 332 (2), 455–464 (2013).

ADS Статья Google ученый

Ван Х.Ю., Палагумми, С., Лю, Л. и Юань, Ф. Г. Сборщик энергии вибрации на магнитной подвеске. Smart Mater. Struct. 22 (5), 055016 (2013).

ADS Статья Google ученый

Palagummi, S. & Yuan, F. G. Оптимальная конструкция моностабильного комбайна для сбора энергии электромагнитных колебаний на основе вертикальной диамагнитной левитации. J. Sound Vib. 2015. Т. 342. С. 330–345.

ADS Статья Google ученый

Фурлани, Э.П. Постоянный магнит и электромеханические устройства: материалы, анализ и приложения (Academic Press, 2001).

Фурлани, Э. П. Метод прогнозирования поля в двигателях с осевым полем на постоянных магнитах. IEEE Trans. Mag. 28 (5), 2061–2066 (1992).

ADS Статья Google ученый

Фурлани, Э. П. Расчет поля в двигателях с осевым полем на постоянных магнитах. IEEE Trans. Mag. 30 (5), 3660–3663 (1994).

ADS Статья Google ученый

Фурлани Э. П. Формула силы левитации между магнитными дисками. IEEE Trans. Mag. 29 (6), 4165–4169 (1993).

ADS Статья Google ученый

Крейк Д. Дж. Магнетизм: принципы и приложения. 342–244 (Джон Вили, 1995).

Vokoun, D., Beleggia, M., Heller, L. & Šittner, P.Магнитостатические взаимодействия и силы между цилиндрическими постоянными магнитами. J. Magn. Magn. Матер. 321 (22), 3758–3763 (2009).

CAS ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

Карнопп Д. Компьютерное моделирование скачкообразного трения в механических динамических системах. J. Dyn. Систем.-Т АСМЭ 107 (1), 100–103 (1985).

Артикул Google ученый

Палагумми, С., Zou, J. & F. Yuan, F. Горизонтальный харвестер энергии низкочастотной вибрации на основе диамагнитной левитации. J. Vib. Акуст. 137 (6), 061004 (2015).

Артикул Google ученый

Деун, Дж. В. и Коулс, Р. Интегрирование произведений функций Бесселя с дополнительным экспоненциальным или рациональным множителем, Comput. Phys. Commun. 178. С. 578–590 (2008).

ADS MathSciNet Статья Google ученый

Орфанидис, С.J. Оптимальная обработка сигналов: введение 2-е изд., Гл. 1-2 (Прентис Холл, 1996).

Магнитная левитация | Encyclopedia.com

Принцип работы

Автомобили MAGLEV

Сверхпроводящие магниты

Недостатки автомобилей MAGLEV

Перспективы автомобилей MAGLEV

Ресурсы

Магнитная левитация, иногда называемая магнитной подвеской, является явлением отталкиваются друг от друга в вертикальном направлении.Это явление, также известное как MAGLEV, давно признано имеющим важное коммерческое применение. Самым важным из них является конструкция поездов MAGLEV, которые продвигаются на несколько дюймов выше пути с очень высокой скоростью.

Представьте себе, что два стержневых магнита подвешены один над другим с одинаковыми полюсами (два северных полюса или два южных полюса) непосредственно друг над другом и под ним. Любая попытка привести эти два магнита в контакт друг с другом должна будет преодолеть силу отталкивания, которая существует между двумя одинаковыми магнитными полюсами.Сила этой силы отталкивания зависит, среди прочего, от силы магнитного поля между двумя стержневыми магнитами. Чем сильнее поле магнита, тем сильнее сила отталкивания.

Если бы кто-то повторил этот эксперимент, используя очень маленький и очень легкий стержневой магнит в качестве верхнего элемента пары, можно было бы представить, что силы отталкивания было бы достаточно, чтобы удерживать меньший магнит подвешенным — левитирующим — в воздухе. Этот пример иллюстрирует принцип, согласно которому сила отталкивания между двумя магнитами может удерживать верхний объект в подвешенном состоянии.

На самом деле сила отталкивания между двумя стержневыми магнитами была бы слишком мала, чтобы вызвать описанный здесь эффект. В реальных экспериментах с магнитной левитацией это явление вызывается магнитными полями, создаваемыми электромагнитами. Например, представьте, что металлическое кольцо свободно закреплено на цилиндрическом металлическом сердечнике, прикрепленном к внешнему источнику электрического тока. Когда ток течет через сердечник, он создает магнитное поле внутри сердечника. Это магнитное поле, в свою очередь, создает ток в металлическом кольце, который создает собственное магнитное поле.Согласно закону Ленца, два создаваемых таким образом магнитных поля — одно в металлическом сердечнике и одно в металлическом кольце — имеют противоположные полярности. Эффект, который наблюдается в таком эксперименте, заключается в том, что металлическое кольцо поднимается вверх вдоль металлического сердечника, поскольку две части системы отталкиваются друг от друга. Если ток увеличить до достаточного уровня, кольцо действительно может вылететь вверх от сердечника. В качестве альтернативы ток можно отрегулировать так, чтобы кольцо можно было удерживать в подвешенном состоянии на любой заданной высоте по отношению к сердечнику.

Кредит за предвидение применения магнитной левитации в конструкции транспортных средств обычно отдается американскому ученому и пионеру ракетостроения Роберту Хатчингсу Годдарду (1882–1945). В 1907 году Годдард опубликовал рассказ, в котором описал транспортное средство, которое двигалось с помощью принципа магнитной левитации. Французский инженер Эмиль Бачелет сконструировал первую работающую модель такой машины в 1912 году. Машина Бачелет приводилась в движение силами отталкивания, создаваемыми между медными электромагнитами, подвешенными над алюминиевой гусеницей.Однако модель Бачелет зашла в тупик, потому что количество электроэнергии, необходимое для создания подвески, было слишком большим, чтобы ее производить экономически.

Фактически, эта проблема была основной причиной того, что автомобили MAGLEV до недавнего времени оставались мечтой. Чтобы поднять объект весом в несколько тонн, необходимо создать очень сильную силу отталкивания между транспортным средством и гусеницей. Сила отталкивания, в свою очередь, может быть создана только с помощью очень мощных электромагнитов. Вес таких магнитов и электрическая энергия, необходимая для их работы, на многие десятилетия вывели идею автомобилей MAGLEV из сферы реальных технологий.

На протяжении многих лет ученым был известен по крайней мере один очевидный способ решения этих практических проблем — сверхпроводящие магниты. Сверхпроводимость — это способность проводящего материала (такого как медь) проводить электрический ток практически без сопротивления. Хотя сверхпроводимость была открыта еще в 1911 году, ее применение в реальных изобретениях всегда ограничивалось тем фактом, что ее можно было наблюдать только при температурах, близких к абсолютному нулю. Таким образом, автомобиль MAGLEV, в котором использовались сверхпроводящие магниты, был бы намного эффективнее, чем автомобиль, использующий традиционные электромагниты.Но сверхпроводящая модель также должна быть спроектирована так, чтобы работать при очень низких температурах (около -450 ^° F [-268 ^° ° C]).

Тем не менее, к 1960-м годам исследователи начали проектировать и строить прототипы автомобилей MAGLEV, работающих на сверхпроводящих электромагнитах. Большинство таких машин работали по общему принципу. Сверхпроводящие катушки подвешены под корпусом самого автомобиля MAGLEV. Когда через эти катушки начинает течь ток, создается магнитное поле.Это магнитное поле, как в примере, отмеченном ранее, создает магнитное поле в металлической дорожке под транспортным средством. Сила отталкивания между двумя магнитными полями заставляет поезд подниматься вверх и удерживает его в подвешенном состоянии на несколько дюймов над рельсами. По мере увеличения электрического тока в сверхпроводящих катушках возрастают и противоположные магнитные поля, и сила отталкивания между ними.

Конечно, транспортное средство нужно не только поднимать над рельсами, но и двигать вперед (или назад).Эта движущая сила обеспечивается электрическим током, который протекает через катушки направляющих в рельсовом пути. По мере изменения тока в катушках изменяется и сила магнитного поля. В результате автомобиль MAGLEV поочередно толкается и тянется изменяющимся магнитным полем в катушках. Электрический ток, проходящий через катушки, может управлять скоростью поезда.

Поезд МАГЛЕВ начинает движение, как и любой другой поезд, когда его колеса опираются на рельсы. Когда электрический ток начинает течь через его сверхпроводящие катушки, поезд продвигается вперед по рельсам, а затем постепенно отрывается от него.На максимальной скорости большинство поездов спроектировано так, чтобы двигаться на несколько дюймов выше пути и со скоростью 250 миль (402 км) в час или более.

Магнитная левитация как средство передвижения имеет свои проблемы. Например, первоначальные планы предусматривают строительство путей MAGLEV в Соединенных Штатах, прилегающих к национальной системе автомагистралей между штатами. Но пассажиры, путешествующие в поезде MAGLEV со скоростью 250 миль в час, будут чувствовать гораздо более сильные гравитационные силы при повороте межгосударственной кривой, чем пассажиры в автомобиле, движущемся со скоростью 65 миль (105 км) в час.Кроме того, первоначальные испытания показывают, что автомобили MAGLEV могут издавать высокий уровень шума при движении на максимальной скорости. Испытания показали, что возможны уровни звука в 100 децибел на расстоянии 80 футов (24 м) от направляющей. Однако такие уровни звука неприемлемо высоки для любой жилой зоны.

Как и все, что сделано людьми, с оборудованием MAGLEV могут возникать механические проблемы и человеческие ошибки. Например, 11 августа 2006 г. шанхайский коммерческий транспорт Transrapid загорелся на борту после того, как покинул станцию ​​в Лунъяне.Кроме того, 22 сентября 2006 г. поезд MAGLEV врезался в вагон техобслуживания на севере Германии, в результате чего десятки людей получили ранения и погибли.

Новую эру технологии MAGLEV можно проследить с начала 1960-х годов. В тот период многие наблюдатели видели в автомобилях МАГЛЕВ средство решения ряда проблем, стоящих перед США и другими развитыми странами. Например, они предложили очевидно эффективный способ быстрого и эффективного перемещения большого количества людей через городские районы и вокруг них.Они могли питаться практически любой формой энергии, из которой можно было производить электричество, а не только углем или нефтью. К 1970 году было построено несколько моделей автомобилей МАГЛЕВ.

Это исследование активно продолжалось в ряде стран, включая Японию, Великобританию, Германию, Корею и Францию. Все эти страны разработали ряд прототипов транспортных средств, которые поступают в коммерческую эксплуатацию. Например, японские инженеры сконструировали 27-ми (43.5 км) через префектуру Яманаси, которая будет перевозить до 10 000 пассажиров в час в поездах из 14 вагонов, движущихся со скоростью 310 миль (499 км) в час. В некоторых немецких моделях использовалась несколько другая форма магнитной левитации. Немецкий Transrapid имеет несверхпроводящие магниты, прикрепленные к кузову автомобиля и подвешенные под направляющей. Магниты притягиваются (а не отталкиваются) вверх к рельсу, поднимая поезд на расстояние одного дюйма от направляющего рельса. 31 декабря 2002 года немецкий поезд Transrapid MAGLEV открыл свой первый коммерческий маршрут в Китае от Шанхайской дороги Лонг Ян до международного аэропорта Пудун.Он перевозит людей на 18,5 миль (30 км) за семь минут 20 секунд с максимальной скоростью 268 миль в час (431 км / ч) со средней скоростью 150 миль в час (250 км / ч). Первая в мире коммерческая автоматизированная система MAGLEV под названием Linimo начала работу в марте 2005 года в Айти, Япония.

Однако, в отличие от такого прогресса, Соединенные Штаты к 1975 году практически отказались от исследований магнитной левитации. Это решение, принятое Управлением по управлению и бюджету, было принято исходя из убеждения, что транспортировка MAGLEV не будет экономически целесообразной альтернативой в США в обозримом будущем.

Это отношение резко изменилось в начале 1990-х годов, во многом благодаря интересу одного политика, сенатора Дэниела Патрика Мойнихана (1927–2003) из Нью-Йорка. Мойнихан убедился, что автомобили MAGLEV — это средство, с помощью которого могут быть решены проблемы междугородных перевозок страны. Кроме того, как председатель подкомитета Сената, ответственного за систему автомобильных дорог США,

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

Электромагнетизм — Единое электрическое и магнитное силовое поле, создаваемое прохождением электрического тока через материю.

Сверхпроводимость — Тенденция электрического тока течь через проводник практически без сопротивления.

Мойнихан смог претворить свои убеждения в жизнь. В 1989 году Мойнихан включил в законопроект о автомагистралях специальное положение о разработке новой технологии MAGLEV, Программу разработки прототипа магнитной левитации, с бюджетом в 750 миллионов долларов. Учитывая эти начальные деньги, многие эксперты снова возлагают большие надежды на возможное развитие программы коммерческих автомобилей MAGLEV в Соединенных Штатах.В 2006 году продолжаются исследования линий MAGLEV в южной Калифорнии — Лас-Вегас (Невада), Балтимор-Вашингтон, округ Колумбия, Гонолулу (Гавайи), Дейтона-Стрит. -Петербург (Флорида), Сан-Диего (Калифорния), Питтсбург (Пенсильвания) и Портленд (Орегон) -Ванкувер (Британская Колумбия).

Поскольку системы MAGLEV строятся в мире все чаще, затраты на их разработку и обслуживание будут снижаться. Например, строительство поезда Shanghai MAGLEV обошлось в 1,2 миллиарда долларов, что составляет около шести долларов на пассажира.Однако по состоянию на октябрь 2006 года использование поездов MAGLEV в мире ограничено лишь несколькими участками. Большинство поездов МАГЛЕВ все еще находятся на стадии экспериментов и разработки.

См. Также Электромагнетизм; Поезда и железные дороги.

КНИГИ

Дай, Хуйгуан. Динамическое поведение системы транспортного средства / направляющих на магнитной подвеске с контролем. Анн-Арбор, Мичиган: ProQuest / UMI, 2006.

Гиерас, Яцек Ф. Линейные синхронные двигатели: системы транспортировки и автоматизации. Бока Ратон, Флорида: CRC Press, 2000.

Мун, Фрэнсис К. Линейная сверхпроводящая левитация: приложения к подшипникам и магнитному транспорту. New York, Wiley, 1994.

OTHER

ACF Newsource. «Новые высокоскоростные поезда без рельсов и колес развивают скорость до 300 миль в час». (по состоянию на 15 октября 2006 г.).

HowStuffWorks Inc. «Как работают поезда на магнитной подвеске». (по состоянию на 15 октября 2006 г.).

Мюллер, Кристофер, Railserve.com. «Магнитная левитация для транспорта». (по состоянию на 15 октября 2006 г.).

Дэвид Э. Ньютон

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Диамагнитная левитация — Лаборатория сильнопольных магнитов (HFML)

Видеть — значит поверить: маленькая лягушка (живая!) И водяной шар левитируют внутри вертикального отверстия диаметром 32 мм соленоида Горького в магнитном поле около 16 Тесла.

Эти фотографии воды и лягушки, парящей внутри магнита (не на борту космического корабля), являются первыми наблюдениями магнитной левитации живых организмов при комнатной температуре. Они несколько нелогичны. Как они могут левитировать?

Урок №1: Все может левитировать

Магнитно левитировать можно любой материал и каждое живое существо на Земле.Молекулярный магнетизм присутствует всегда, хотя он очень слаб и обычно остается незамеченным. Может создаться впечатление, что окружающие нас материалы в основном немагнитны. Но это не так. Все они магнетичны. Мы называем их «диамагнитными». С достаточно сильными магнитными полями вы можете левитировать все диамагнитные материалы. В нашей лаборатории мы разрабатываем и производим магниты с очень сильными магнитными полями. Мы используем его для исследования молекул и материалов. И покажите миру левитирующую лягушку.

Как летает лягушка?

Чтобы объяснить, мы должны начать с самого начала.Вся материя во Вселенной состоит из маленьких частиц, называемых атомами. Каждый атом содержит электроны, которые вращаются вокруг ядра, называемого ядром. Если вы поместите атом в магнитное поле (или большой кусок материи, содержащий миллиарды и миллиарды атомов), электронам, движущимся по кругу внутри, это не очень понравится. Они меняют свое движение в направлении, противоположном внешнему воздействию. Они создают собственное магнитное поле. Атомы ведут себя как маленькие магнитные иглы, направленные в направлении, противоположном магнитному полю.Есть несколько материалов (например, железо), атомы которых немного сумасшедшие и любят находиться в магнитном поле. Их магнитные «иглы» ориентированы в одном направлении. Но это исключения из общего правила.

Гравитация против магнитной силы

Магниты отталкивают друг друга, если вы пытаетесь соединить их одинаковые полюса, два северных или два южных полюса. Точно так же северный полюс внешнего поля будет пытаться оттолкнуть «северные полюса» намагниченных атомов.Наши магниты создают очень большое магнитное поле (примерно в 100-1000 раз больше, чем домашние магниты). В этом поле все атомы внутри лягушки действуют как очень маленькие магниты, создавая небольшое поле. Вы можете сказать, что теперь лягушка состоит из этих крошечных магнитов, которые отталкиваются большим магнитом. Сила, называемая диамагнитной силой, которая направлена ​​вверх, оказывается достаточно сильной, чтобы компенсировать силу тяжести (направленную вниз), которая также действует на каждый атом лягушки.Итак, атомы лягушки вообще не чувствуют никакой силы, и лягушка плавает, как если бы она была в космическом корабле. Маленькая лягушка выглядела комфортно внутри магнита и впоследствии с радостью присоединилась к своим собратьям-лягушкам на факультете биологии. Хотите более веского объяснения? Тот, у которого есть формулы, можно найти ниже.

Почему вы использовали лягушку?

Какими бы обычными ни были биологические исследования, лягушки — редкие клиенты в физических лабораториях, и вы можете задаться вопросом, почему мы левитировали лягушек, а не «что-то научное».Мы приносим свои извинения тем, кто считает, что «настоящая физика» должна включать только непонятные вещества и быть всегда скучной. Левитация диамагнитного материала была впервые продемонстрирована в 1939 году, когда маленькие шарики графита и висмута левитировали в электромагните (исторические подробности см. Physics Today). Ученым потребовалось еще 50 лет, чтобы заново открыть для себя левитацию, когда физики из Гренобля подняли несколько органических материалов с помощью диамагнитной силы.

Когда мы, в свою очередь, заново открыли левитацию (не зная о предыдущих экспериментах) с левитирующей водой, мы были поражены, обнаружив, что 90% наших коллег не верили, что вода может левитировать.Мы хотели рассказать людям об этом явлении. Мы подняли в воздух живую лягушку и другие не очень научные объекты, такие как различные растения, лягушки, рыбы и мыши, из-за их очевидной привлекательности для более широкой аудитории и в надежде, что исследователи из различных дисциплин, не только физики, никогда не смогут никогда не забывайте об этой силе, которой часто пренебрегают, и о тех возможностях, которые она предлагает.

Что еще можно сделать с диамагнетизмом?

Диамагнитная левитация отличается от любого другого известного способа левитации или плавания предметов.Гравитационная сила компенсируется на уровне отдельных атомов и молекул. Фактически, это наиболее близко — возможно, когда-либо — приближаться к научно-фантастической антигравитационной машине. Поэтому не всегда необходимо организовывать космический полет для изучения эффектов микрогравитации — вместо этого можно проводить некоторые эксперименты внутри магнита. Как выращивание кристаллов или тканей тела без каркаса.

Будет или не будет левитировать: объяснение для вундеркиндов

Будет ли объект левитировать в магнитном поле B, определяется балансом между магнитной силой F = M∇B и гравитацией mg = ρV g, где ρ — плотность материала, V — объем и g = 9.8 м / с ² . Магнитный момент M = (χ / µ ₀ ) VB, так что F = (χ / µ ₀ ) BV∇B = (χ / 2µ ₀ ) V∇B ² . Следовательно, градиент вертикального поля ∇B ² , необходимый для левитации, должен быть больше 2µ ₀ ρg / χ. Молекулярные восприимчивости χ обычно составляют 10 ^-5 для диамагнетиков и 10 ^-3 для парамагнитных материалов, и, поскольку ρ чаще всего составляет несколько г / см ³ , их магнитная левитация требует градиентов поля ~ 1000 и 10 Тл ² / м соответственно.Принимая l = 10 см в качестве типичного размера сильнопольных магнитов и B ² ~ B ² / л в качестве оценки, мы находим, что полей порядка 1 и 10 Тл достаточно, чтобы вызвать левитацию пара- и диамагнетизм. Этот результат не должен вызывать удивления, потому что, как мы знаем, магнитные поля менее 0,1 Тл могут левитировать сверхпроводник (χ = -1), а из приведенных выше формул магнитная сила увеличивается как B ² .

Справочная информация

Эта оригинальная работа, выполненная исследователями Неймегена, была впервые опубликована в Physics World, апрель 1997 г.