Так, совсем не фантастикой являются высокоскоростные поезда, парящие над дорогой на магнитной подвеске: яркий пример реализации старой идеи прямого использования притяжения и отталкивания магнитов в технике.
Принцип действия систем с магнитной подвеской иллюстрируется рисунками 25 и 26.
 |
В настоящее время активно разрабатываются конструкции магнитной подвески двух типов. Первый тип – электромагнитный – основан на притяжении магнита стальными рельсами специальной конструкции. Магнитное поле создается с помощью соленоидов, расположенных в нижней части поезда. При прохождении тока через соленоиды вагон притягивается к рельсу, расположенному над соленоидами вагона, однако между вагоном и рельсом остается зазор, величина которого контролируется специальным датчиком. К достоинствам этого типа подвески можно отнести то, что она работает и при движущемся и при неподвижном вагоне. К сожалению, подвеска, основанная на притяжении, является неустойчивой, так как при увеличении зазора (например, из-за колебаний состава при движении) сила притяжения магнита к рельсу резко уменьшается, и вагон может даже упасть на путь.
Второй способ подвески – электродинамический – основан на взаимном отталкивании токов. Магнитное поле токов соленоидов, которые находятся в основании вагона, взаимодействует с токами, возникающими при движении поезда в хорошо проводящем (например, изготовленном из алюминия) основании полотна (эти токи возникают вследствие явления электромагнитной индукции, о котором мы поговорим несколько позднее).
Величина индуцируемых токов (а значит, и сила отталкивания) зависит от скорости движения состава, и поэтому прежде, чем вагон оторвется от полотна, его предварительно приходится разгонять примерно до 40 км/ч, для чего поезд снабжается обычными колесами.
Мы все время говорим о соленоидах – электромагнитах. А как же обычные магниты – чем они плохи? К сожалению, до сих пор еще не созданы достаточно сильные постоянные магниты, способные обеспечить подъем и удержание многотонного экипажа на расстоянии 30-50 мм от уровня пути. Да и создать электромагнит – компактный, легкий и в то же время достаточно мощный – совсем не просто. Согласно закону Ампера, подъемную силу можно повысить, увеличив ток в соленоиде; расчеты показывают, что сила тока в подобном электромагните должна составлять сотни килоампер. Но по закону Джоуля-Ленца такой соленоид будет сильно нагреваться, и избежать этого можно лишь резко понизив сопротивление провода, из которого он изготовлен. Традиционный путь снижения сопротивления – увеличение сечения проводов – здесь неприменим, так как с ростом диаметра провода увеличивается и его масса. Для удержания же над рельсом утяжеленного соленоида требуется большая сила, а это означает необходимость еще большего увеличения тока и т.д. Возникает техническое противоречие: соленоид должен быть большим (для создания требуемой подъемной силы) и должен быть небольшим (для того, чтобы не перегрузить поезд). Разрешить это противоречие удается использованием сверхпроводящих магнитов, в которых отсутствуют потери на нагрев. Большие токи могут теперь течь по проводам малого сечения, а это означает, что габариты таких магнитов удается заметно уменьшить. Более того, если обмотку сверхпроводящего магнита замкнуть накоротко, то однажды возбужденный в ней электрический ток, который создает постоянное магнитное поле, будет циркулировать в обмотке неограниченно долго. Это свойство сверхпроводящих соленоидов позволяет облегчить проблему энергоснабжения движущегося поезда. Технические препятствия на пути реализации подобных систем связаны в первую очередь с созданием надежных систем охлаждения соленоидов до температур, которые необходимы для перехода обмотки соленоидов в сверхпроводящее состояние.
Еще одна сфера применения магнитных свойств электрических токов – системы управления электрическими цепями, позволяющие управлять достаточно мощными приборами (включать или выключать их), пользуясь слабыми сигналами от разного рода датчиков.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.