Věda a technika v pozadí
Levitace
Teorie
Magnetická levitace je založená na přitahování nebo odpuzování předmětů k elektromagnetu. Protéká–li vodičem elektrický proud, vytvoří se kolem něho magnetické pole. Toto pole je tím silnější, čím větší proud vodičem protéká. André Ampére zjistil, že cívka opatřená jádrem má okolo sebe daleko silnější magnetické pole. Této vlastnosti využil Joseph Henry ke konstrukci elektromagnetu.
Elektromagnet Josepha Henryho.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Elektromagnet se skládá z cívky, do které je vloženo jádro z měkké oceli (feromagnetická látka s velkou hodnotou relativní permeability), například ve tvaru válcové tyčky. Zapojením proudu do cívky v jejím okolí vznikne magnetické pole, jádro toto pole mnohonásobně zesílí a přitom se zmagnetuje. Na jednom konci jádra vznikne severní pól, na opačném konci jižní pól. Změníme–li směr proudu, vymění si póly svou polohu. Silové působení elektromagnetu můžeme měnit velikostí procházejícího proudu, průřezem a materiálem jádra. Přerušíme–li proud v cívce, jádro se odmagnetuje a elektromagnet přestane přitahovat železné předměty.
Určení severního a jižního pólu elektromagnetu.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Na prstýnek v exponátu působí dvě síly: gravitační a elektromagnetická. Aby prstýnek levitoval ve vzduchu musí být tyto síly v rovnováze. Rovnováhu polohy prstýnku zajišťuje zpětnovazební obvod a optické čidlo. Optické čidlo snímá polohu prstýnku a informaci o aktuální poloze prstýnku předává zpětnovazebnímu obvodu. Tento obvod potom funguje jako zpětná vazba a reguluje proud přicházející do cívky. Když se prstýnek oddálí od elektromagnetu příliš, zvětší se proud procházející cívkou a také velikost magnetického pole, které přitáhne prstýnek zpět. Pokud se naopak prstýnek k elektromagnetu přiblíží příliš, dojde ke snížení proudu v cívce elektromagnetu.
Elektromagnetickou levitaci využívají například magneticky nadlehčované superexpresy tzv. maglevy. Někteří výrobci užívají klasické elektromagnety, jiní zvolili elektromagnety se supravodivými cívkami. Koncept rychlovlaků pochází z 60. let minulého století. První koridor se začal stavět v Japonsku v roce 1959. První maglev vyjel 1. října 1964. Jedním z maglevů je japonský Šinkanzen nebo francouzský TGV. V celé Evropě je 7378 km tratí pro maglevy, rekord ale drží Čína s 9990 km tratí. Rekordní rychlost již nyní atakují hodnotu 600 km/h. Tato rychlost je možná díky eliminaci tření mezi vlakem a kolejemi (tření mezi vlakem a vzduchem zůstává). Vlak jede na elektromagnetickém polštáři, a proto nevzniká tření mezi jeho koli a kolejemi.
Model vlaku maglev.
Společnost Art Pax vyvinula v poslední době levitující skateboard a pojmenovala ho Hendo hoverboard. Prkno vážící padesát kilogramů zatím není nijak zvlášť rychlé. Jeden z prvních lidí, kteří si Hendo hoverboard vyzkoušeli byl druhý člověk na Měsíci Buzz Aldrin.
Hendo hoverboard.
