Vad är elektromagnetisk svävning? Vad används den till?
Har du någonsin hört talas om Maglev-tågen i Japan eller Transrapid-tågen i Europa? Känner du till tåg med magnetisk levitation? Det är tåg som ”svävar” över rälsen tack vare ett magnetfält. För att lära dig mer kan du i den här artikeln läsa allt du behöver veta om elektromagnetisk svävning och dess roll i världen omkring oss. Upptäck även vår kollektion av magnetiska globar som använder samma energi.
Förstå elektromagnetisk svävning
Inom fysik och naturvetenskap finns det två grundläggande begrepp när det gäller principen om levitation: det elektromagnetiska begreppet, som genereras av reglerade elektromagneter, och det elektrodynamiska begreppet, som bygger på krafter från inducerade strömmar. Elektromagnetisk svävning definieras som en mekanism som gör det möjligt att få ett föremål att sväva med hjälp av ett magnetfält. De elektromagnetiska krafterna som verkar på detta föremål gör att det kan motverka sin egen tyngd och sväva utan att falla.
Mer konkret befinner sig ett föremål i ett tillstånd av elektromagnetisk svävning när det svävar ovanför en magnetisk underlag utan att vara i kontakt med detta underlag. En vertikal kraft riktad nedifrån och upp motverkar föremålets/kroppens tyngd. Transrapid-tågen i Tyskland och Shanghai är konkreta exempel på elektromagnetisk svävning. Däremot använder de japanska Maglev-tågen elektrodynamisk svävning.
Hur fungerar elektromagnetisk svävning?
Elektromagnetisk svävning är möjlig tack vare magnetiska krafter. För att förstå detta måste man först veta hur magneter fungerar. Det är väldigt enkelt! Låt oss utgå från principen att en magnet kan dra till sig eller stöta bort ferromagnetiska material beroende på polernas placering. Nordpoler dras till varandra och nord- och sydpoler stöter bort varandra.
Den magnetiska mekanismen uppstår när magneterna aktiveras växelvis (dras till varandra och stöter bort varandra). Tyngdkraften som verkar på det svävande föremålet kompenseras av dessa krafter. Detta gör det möjligt att upprätthålla ett konstant avstånd mellan föremålet och marken, vilket förhindrar friktion. Denna friktionsfria mekanism gör det dessutom möjligt att röra sig snabbare. För att aktivera systemet för elektromagnetisk levitation eller bärkraft används elektromagneter och supraledare.
Elektromagneter
En elektromagnet är en magnet som drivs av elektrisk ström. Den omvandlar elektrisk energi till magnetisk energi. För att göra detta består magneten av en kärna av magnetiskt järn omgiven av en spole av ledande tråd. Magnetfältet uppstår då när den elektriska strömmen passerar genom elektromagneten. Tack vare denna princip har elektromagneten en stark mekanisk attraktionskraft. Det är därför den används vid elektromagnetisk svävning.
Supraledare
Supraledare är material som kan leda elektrisk ström perfekt utan motstånd eller energiförlust. Detta kallas supraledningsfenomenet. Det möjliggörs genom att materialet kyls ned för att befria det från allt elektriskt motstånd.
Fenomenet supraledning upptäcktes av den nederländske fysikern Heike Kamerlingh Onnes år 1911 och är fortfarande en enastående upptäckt. Desto mer eftersom supraledare dessutom har exceptionella magnetiska egenskaper. De kan därmed utan problem sväva under en magnet.
Vad används elektromagnetisk svävning till?
Som ni säkert redan har lagt märke till ovan gör elektromagnetisk svävning det möjligt att få ett föremål att sväva över en magnetiserad yta utan att de vidrör varandra. Men dessutom gör denna mekanism det möjligt att öka föremålets hastighet. Det är anledningen till att den främsta tillämpningen av elektromagnetisk svävning finns inom järnvägssektorn, särskilt för framdrivning och svävning av tåg som det tyska Transrapid eller Transrapid i Shanghai.
Tåget med elektromagnetisk svävning
Tåget med elektromagnetisk svävning svävar enbart genom polernas attraktion. För detta är det utrustat med elektromagneter placerade på undersidan, parallellt med rälsen. Rälsen är i sin tur försedd med laminerade järnstänger som kommer i kontakt med elektromagneterna.
Ett elektromagnetiskt fält uppstår då utan att elektromagneterna och järnstängerna är i kontakt med varandra. Dessutom svävar tåget (det vill säga det vilar inte på rälsen). Det når en maximal hastighet på upp till 150 km/h.
Fördelarna med tåg med elektromagnetisk svävning
Att elektromagnetisk svävning idag är så utbredd inom tågtrafiken beror framför allt på att den har flera fördelar:
- Denna teknik gör det möjligt för tågen att färdas i hög hastighet.
- Den bidrar också till att minska bullerstörningarna från tågens passage på rälsen (eftersom det svävande tåget inte vidrör rälsen).
- Det är ett rent och mindre förorenande system: tåget med elektromagnetisk svävning avger ingen rök och förbrukar endast små mängder energi. Låga utsläpp och låga energiförluster tack vare supraledare.
- Tågens luftmotstånd och hastighet orsakar inga skador på ekosystemet.
Däremot är genomförandet av detta koncept fortfarande mycket kostsamt. Det är anledningen till att det endast finns ett fåtal tåg med elektromagnetisk svävning i världen.