La levitación magnética, el maglev, o la suspensión magnética es un método por el cual un objeto es suspendido sin ayuda con excepción de los campos magnéticos el que la fuerza electromágnetica se utiliza para contrariar los efectos de la fuerza gravitacional .
El transporte de la levitación magnética, o el maglev, es una forma de transporte que suspenda, dirija y propulse los vehículos (especialmente trenes) vía fuerza electromágnetica. Este método puede ser más rápido que sistemas rodados del transporte público, potencialmente alcanzando las velocidades comparables a los aviones del turbopropulsor y de jet (900km/h, 559 mph). La velocidad registrada máxima de un tren de maglev es 581km/h (361 mph), alcanzado en Japón en 2003.
Estabilidad
El teorema de Earnshaw probó concluyente que no es posible levitate estable usar solamente estático, macroscópico, " classical" campos electromagnéticos . Las fuerzas que actúan en un objeto en cualquier combinación gravitacional, electrostático, y de los campos magnetostáticos harán la posición del objeto inestable. Sin embargo, varias posibilidades existen para hacer la levitación viable, violando las asunciones del teorema - por ejemplo, el uso de la estabilización electrónica o de los materiales diamagnéticos .
Métodos
Hay varios métodos para obtener la levitación magnética. Los primarios usados en los trenes de Maglev son suspensión electromágnetica servo-estabilizada (EMS), suspensión electrodinámica (EDS), y (en el futuro) Inductrack .
Constreñimiento mecánico
Si dos imanes se obligan mecánicamente a lo largo de un solo eje vertical (un pedazo de secuencia, por ejemplo), y se arreglan para rechazarse fuerte, éste actuará para levitate uno de los imanes sobre el otro. Esto se considera pseudo-levitación.
Levitación diamagnética directa
Una sustancia que es el diamagnético rechaza un campo magnético. El teorema de Earnshaw no se aplica a los diamagnets; se comportan de la manera opuesta de un imán típico debido a su permeabilidad relativa r del μ < 1. Todos los materiales tienen características diamagnéticas, pero el efecto es muy débil, y superado generalmente por el las características ferromagnéticas paramagnéticas de del objeto o, que actúan de la manera opuesta. Cualquier material de el cual el componente diamagnético sea el más fuerte será rechazado por un imán, aunque esta fuerza no es generalmente muy grande. La levitación diamagnética se puede utilizar para levitate pedazos muy ligeros del grafito pirolítico o del bismuto sobre un imán permanente moderado fuerte. Pues el agua es predominante diamagnética, esta técnica se ha utilizado para levitate gotitas de agua e incluso animales vivos, tales como un saltamontes y una rana; sin embargo, los campos magnéticos requeridos para esto son muy altos, típicamente en la gama de 16 teslas y por lo tanto crean problemas significativos si los materiales ferromagnéticos son próximos.
Los criterios mínimos para la levitación diamagnética son el , donde:
el es la susceptibilidad magnética
el es la densidad del material
el es la aceleración gravitacional (- 9.8 m /el ² local s en la tierra)
el es la permeabilidad del espacio libre
El es el campo magnético
el es el índice de cambio del campo magnético a lo largo del eje vertical
Condiciones ideales asumidas a lo largo de la z-dirección del imán del solenoide:
agua levitates en } \ gg 1400 del DB} {DZ
grafito levitates en } \ gg 375 del DB} {DZ
El considera también: Levitación diamagnética en el artículo del Diamagnetism .
Superconductores
Los superconductores se pueden considerar los diamagnets perfectos (μr = 0), expeliendo totalmente los campos magnéticos debido al efecto de Meissner . La levitación del imán es estabilizado debido al flujo que fija dentro del superconductor. Este principio es explotado por los trenes de la levitación magnética del EDS (suspensión electrodinámica)
En trenes donde está una edición el peso del electroimán grande de diseño del comandante (un campo muy se requiere para levitate los superconductores masivos de un tren) se propone a veces para el uso para el electroimán, puesto que pueden producir un campo para el mismo peso.
levitación Diamagnetically-estabilizada
Un imán permanente se puede suspender estable por varias configuraciones de imanes permanentes fuertes y de diamagnets fuertes. ¡Al usar los imanes superconductores, la levitación de un imán permanente se puede incluso estabilizar por el pequeño diamagnetism del agua en fingers.< humano! -- necesita la extensión -->
Estabilización rotatoria
considera también:
estabilizado vuelta de la levitación magnética Un imán puede ser estabilizado haciéndolo girar en un campo creado por un anillo de otros imanes. Sin embargo, seguirá siendo solamente estable hasta que el índice de la precedencia se retarde debajo de un umbral crítico - la región de estabilidad es absolutamente estrecho espacial y en el índice required de precedencia. El primer descubrimiento de este fenómeno estaba por Roy Harrigan, inventor de Vermont que patentó un dispositivo de la levitación en 1983 basados sobre él. Varios dispositivos usar la estabilización rotatoria (tal como el juguete popular de Levitron ) se han desarrollado que citaban esta patente. Los dispositivos no comerciales se han creado para los laboratorios de investigación de la universidad, generalmente usar los imanes demasiado de gran alcance para la interacción pública segura.
Estabilización serva de la atracción electromágnetica
La atracción de un electroimán con una corriente constante que lo atraviesa disminuye con distancia creciente, y aumenta en la distancia cercana. Esto se llama “inestable”. Para un sistema estable, el contrario es necesario, las variaciones de una posición estable debe empujarla de nuevo a la posición de blanco.
La levitación magnética estable puede ser alcanzada midiendo la posición y la trayectoria del objeto levitated, y continuamente ajustando el campo magnético local para compensar su movimiento.
Para un ejemplo muy simple, algunas demostraciones tableros de la levitación utilizan este principio, y el objeto corta un haz de luz para medir la posición del objeto. El electroimán está sobre el objeto levitated; se apaga siempre que el objeto consiga demasiado cercano, y se devuelve el electroimán en cuando cae más lejos. Un sistema tan simple no es muy robusto; sistemas de control lejos más eficaces existen, pero éste ilustra la idea básica.
Los trenes electromágneticos de la levitación magnética de la suspensión (el ccsme) se basan en esta clase de levitación: Los abrigos del tren alrededor de la pista, y se tiran hacia arriba de debajo. Los controles servos la guardan con seguridad en una distancia constante de la pista.
Conductores giratorios debajo de los imanes
Si uno gira una base hecha de un conductor eléctrico debajo de un imán, una corriente de Foucault será inducida en el conductor que rechazará el imán. Suficientemente a una alta tasa de rotación de la base conductora, el imán suspendido levitate. Un caso especialmente tecnológico-interesante de esto viene cuando uno utiliza un arsenal de Halbach en vez de un imán permanente del solo poste.
Los órdenes de Halbach están también bien adaptados a la levitación magnética de los giroscopios y del motor eléctrico y de los husos del generador
Campos electromagnéticos oscilantes
Un conductor se puede levitated sobre un electroimán con una corriente alternada que lo atraviesa. Esto hace a cualquier conductor regular comportarse como un diamagnet, debido a las corrientes de Foucault generadas en el conductor. Puesto que las corrientes de Foucault crean sus propios campos que se opongan al campo magnético, el objeto conductor se rechaza del electroimán.
Este efecto requiere los materiales conductores no-ferromagnéticos como el aluminio o el de cobre, pues los ferromagnéticos también se atraen fuerte al electroimán (aunque en los de alta frecuencia el campo se puede todavía expeler). El efecto se puede utilizar para los trucos tales como levitating un libro de teléfono encubriendo una placa de aluminio dentro de él.
Órdenes de translación e Inductrack de Halbach
considera también: Inductrack
Los órdenes móviles de Halbach sobre un lazo conductor generarán una corriente en el lazo, que alternadamente creará un campo magnético de oposición. A una cierta velocidad crítica el campo magnético inducido es bastante fuerte inducir la levitación sobre una serie de tales lazos. Los órdenes de Halbach se pueden poner en una configuración estable e instalar encendido, por ejemplo, un carro del tren.
El sistema del tren de maglev de Inductrack evita los problemas inherentes en los sistemas del ccsme y del EDS, especialmente suspensión a prueba de averías . Utiliza solamente los imanes permanentes - en un arsenal de Halbach montado en el carro del tren - y los lazos conductores unpowered instalados en la pista para proporcionar la levitación. El único requisito para la levitación es que el tren debe moverse ya en algunos kilómetros por la hora (áspero igual que velocidad que camina) para guardar el levitating.
La corriente eléctrica inducida en los conductores del lazo en la pista sale energía del movimiento del tren (llamado " drag" magnético;), pero la eficacia es todavía buena, y no hay electrónica o criogénica activa para los superconductores necesaria.
El cociente de la elevación/fricción de éstos tipo de sistemas puede ser más alto a la suficiente velocidad que el cociente de la elevación/fricción de aviones convencionales, o aún al cociente del peso/fricción de las ruedas de goma.
Ver también
Levitación acústicaLevitación aerodinámica
Levitación electrostática
Levitación óptica
Lazo del lanzamiento
Levitron
Motor linear Tránsitos rápidos usar la propulsión del motor linear
Cojinete magnético
Línea de Nagahori Tsurumi-ryokuchi
SkyTran
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