C7_Levitatia magnetica.pdf

8/9/2019 C7_Levitatia magnetica.pdf

1/13

1

C7. METODE DE OBINERE A LEVITAIEI MAGNETICE

7.1 Noiuni generale7.2 Levitaia magneticobinutcu ajutorul materialelor diamagnetice7.3 Levitaia magneticobinutcu ajutorul cmpului magnetic oscilant

7.4 Levitaia magneticobinutcu ajutorul micrii giroscopice7.5 Levitaia magneticobinutcu ajutorul unui sistem de reglare automat7.6 Levitaia magneticobinutcu ajutorul materialelor supraconductoare

7.1. Noiuni generale

Levitaia magnetic este procesul prin care un obiect este suspendat deasupra altui obiect, ncmp gravitaional, fr alt suport n afara cmpului magnetic. Pentru nfrngerea atracieigravitaionale se folosete fora magnetic iar acest ansamblu trebuie s fie n echilibru stabil.

La puin timp dup ce Faraday a descoperit materialele diamagnetice Kelvin a demonstrat

teoretic c materialele diamagnetice pot levita stabil n cmpul magnetic. n 1947 Arkadiev aobinut pentru prima dat levitaie stabil prin utilizarea unui material supraconductor.Levitaia magnetic poate fi obinut utiliznd dou configuraii: atracia sau respingerea. n

cazul atraciei, corpul aflat n stare de levitaie se afl suspendat sub sistemul care utilizeaz o formagnetic de atracie pentru a nvinge atracia gravitaional. n cel de al doilea caz, corpul aflat nstare de levitaie se afl deasupra sistemului care, utilizeaz o for magnetic de respingere pentru anvinge atracia gravitaional. n prezent se cunosc urmtoarele cazuri de levitaie magnetic:

a) levitaia magnetic obinut cu o for magnetic de respingere:- utiliznd materiale diamagnetice;- utiliznd cmpul magnetic oscilant;- utiliznd micarea giroscopic;

b) levitaia magnetic obinut cu o for magnetic de atracie:- utiliznd un sistem de reglare automat;c) levitaia magnetic obinut cu o for magnetic de respingere sau atracie:

- utiliznd materiale supraconductoare (utilizeaz respingerea prin efectul Meissneri atracia prin efectul flux pinning);

7.2. Levitaia magnetic obinut cu ajutorul materialelor diamagnetice

Orice substan introdus ntr-un cmp magnetic, l modific ntr-o anumit msur. Acestfenomen se datoreaz faptului c sub influena cmpului magnetic exterior toate substanele se potmagnetiza, adic n ele poate s apar un cmp magnetic propriu (interior). Substanele ce manifest

astfel de proprieti magnetice se numesc substane magnetice. n funcie de influena exercitatasupra cmpului magnetic exterior, substanele magnetice se clasific n substane diamagnetice,

paramagnetice i feromagnetice.Diversitatea proprietilor magnetice ale substanelor este determinat de deosebirile dintre

proprietile magnetice ale atomilor i moleculelor ce constituie substana dat i de caracteruldiferit al interaciunii dintre aceti atomi sau molecule. Orice atom se compune dintr-un nucleu i unnveli electronic. Electronii, micndu-se n jurul nucleului, formeaz cureni circulari sau orbitali.Fiecrui curent orbital i corespunde un anumit moment magnetic numit moment magnetic orbital

mlp . Totodat electronii posed i un moment magnetic propriu numit moment magnetic de spin

msp . Nucleul atomului, compus din protoni i neutroni, de asemenea, are un moment magnetic

propriu np . Suma geometric a momentelor magnetice orbitale i de spin ale electronilor din atomi a momentului magnetic propriu al nucleului constituie momentul magnetic al atomului:


2/13

2

ni

msii

mlia pppp ++= (1)

Deoarece momentul magnetic al nucleului este mic i nu influeneaz considerabilmagnetizarea corpului, el poate fi neglijat. Toate substanele, ale cror atomi sau molecule nabsena cmpului magnetic exterior nu posed un moment magnetic, se numesc diamagnetice.

0pppi

msii

mlia =+= (2)La introducerea substanei diamagnetice ntr-un cmp magnetic n fiecare atom (molecul) a

substanei se induce un curent suplimentar atomic (molecular) I i, cruia i corespunde un moment

magnetic mip . Conform regulii lui Lenz, curentul de inducie I i(i, deci, vectorul mip ) vaavea un astfel de sens, astfel nct cmpul magnetic creat de curenii indui n toi atomii va fi

orientat n sens opus cmpului magnetic exterior de magnetizare oB . Cmpul magnetic total creat

de curenii indui constituie cmpul magnetic propriu (interior)'

B .Fenomenul de apariie ntr-o substan magnetic situat ntr-un cmp magnetic exterior a

unui vector de magnetizare orientat n sens opus vectorului induciei cmpului magnetic exterior senumete diamagnetism.

Diamagnetismul este o proprietate universal a tuturor substanelor, deoarece n atomii(moleculele) fiecrei substane introduse n cmp magnetic apar curenii de inducie.Diamagnetismul este ns un efect slab i de aceea proprieti diamagnetice manifest numaisubstanele, n care aceste proprieti sunt preponderente. Printre asemenea substane sunt gazeleinerte, compuii organici, unele metale (Bi, Cu, Ag, Au, Hg) etc. Bismutul i grafitul suntelementele cu cel mai puternic diamagnetism, de 20 de ori mai puternic dect al apei. Dar i pentru

aceste elemente susceptibilitatea magnetic este foarte mic de aproximativ 61017 .Una din cele dou metode de a obine levitaia magnetic este plasarea unei piese din

material diamagnetic ntr-un cmp magnetic puternic.

Pentru a avea o imagine clar asupra induciilor magnetice necesare meninerii n stare delevitaie unor materiale diamagnetice se prezint graficul din figura 7.1. n aceast figur esteprezentat valoarea induciei magnetice necesar pentru meninerea n stare de levitaie a unor sferecu raza de 1mm confecionate din diferite materiale diamagnetice.

Se poate observa c i n cazul materialelor puternic diamagnetice precum grafitul saugrafitul pirolitic inducia magnetic depete valoarea de 3T.

Fig. 7.1 Valorile induciei magnetice a cmpului magnetic n centrul bobinei Bitter necesar pentru levitaiadiverselor materiale diamagnetice

Dac se utilizeaz piese uoare din grafit pirolitic atunci se poate obine levitaie i cuajutorul unor magnei permaneni uzuali ca n figura 7.2.


3/13

3

Fig. 7.2. Disc de grafit pirolitic n levitaie deasupra unor magnei permaneni

O alt cale de a obine levitaia cu ajutorul materialelor diamagnetice const n meninerea nechilibru a unui magnet permanent. Se tie c, dac plasm un magnet permanent deasupra unui altmagnet permanent mai puternic, capabil s nving fora de atracie gravitaional ce acioneazasupra primului, nu vom putea obine nicio poziie de echilibru. Dar aa cum a demonstrat Boerdijk

n 1956 prin dispunerea unui material diamagnetic (grafit) sub un magnet permanent se obinelevitaie stabilizat. n acest caz magnetul suspendat este n echilibru stabil radial dar era nechilibru instabil pe vertical. Prin plasarea unei piese din grafit deasupra magnetului suspendatacesta este echilibrat i pe vertical. Aa cum se poate observa i din figura 7.3, un mic magnet

permanent se afl n levitaie ntre dou degete. Corpul uman conine ap, iar apa are proprietidiamagnetice. Ce nu se vede n figur este electromagnetul de dedesubt ce produce un cmpmagnetic cu inducia magnetic de 11T i care asigur fora de respingere necesar meninerii nstare de levitaie a magnetului permanent.

Fig. 7.3. Magnet permanent aflat n levitaie magnetic

O schem simpl ilustreaz aceast metod de levitaie fr ns a utiliza materiale foartescumpe ci doar magnei permaneni i discuri de grafit pirolitic (fig. 7.4).

Magnetul permanent M1este aezat pe placa de grafit G1. ntre magnet i grafit exist o for

de respingere, datorit proprietilor diamagnetice ale grafitului, dar aceast for nu este suficients compenseze greutatea magnetului. Pentru compensarea greutii magnetului se plaseazmagnetul M2

la o distan reglabil astfel nct fora de atracie a acestuia mpreun cu fora de

respingere dintre M1i G1

s compenseze greutatea magnetului M1. Dar conform teoremei lui

Earnshaw cei doi magnei nu se pot afla n echilibru stabil. Pentru echilibrarea sistemului seintroduce placa de grafit G2. Fora de respingere dintre M1

i G2

va aciona pentru echilibrarea

sistemului.Dintre aplicaiile practice ale levitaiei magnetice cu ajutorul materialelor diamagnetice pot

fi amintite: diferite tipuri de senzori, lagre fr frecare pentru motoare electrice de micidimensiuni, dar i separarea diferitelor substane n industria farmaceutic.


4/13

4

Fig. 7.4 Schem de levitaie utiliznd magnei permaneni i grafit pirolitic

7.3. Levitaia magnetic obinut cu ajutorul cmpului magnetic oscilant

Se consider cazul n care oscilaia cmpului magnetic se obine prin micare (primametod). Soluia gsit pentru levitaie poart denumirea de Inductrack i a fost propus de ctre

profesorul Richard Post de la Lawrence Livermore National Laboratory. n cazul acesta conductoruleste n repaus i reprezint calea de rulare pentru un vehicul. Cmpul magnetic este produs de ctremagnei permaneni i aflai n micare (magneii sunt dispui pe vehicul). Pentru a maximizacmpul magnetic produs de magneii permaneni, acetia au fost aranjai ntr-o structur de tipHalbach, denumit dup numele inventatorului ei, Klaus Halbach care n 1980 a inventat acestaranjament pentru acceleratoarele de particule. Modul de dispunere a magneilor permaneni este

prezentat n figura 7.5.

Fig. 7.5 Sistem Inductrack

Acest aranjament produce un cmp magnetic sinusoidal, mai puternic sub magnei, n timpce deasupra aranjamentului cmpul magnetic este mult redus. Pentru obinerea unor cmpuriputernice se folosesc magnei permaneni de tipul NdFeB (neodim, fier, bor). Se pot obine astfelcmpuri magnetice cu inducia magnetic de 1T. O alt modificare a fost adus cii de rulare,conductorului. n locul unui conductor continuu, acesta este asemntor rotorului unui motorelectric asincron n scurtcircuit

Pentru o analiz cantitativ a acestui sistem, se pleac de la ecuaia tensiunii i curentuluiindus ntr-un conductor:

tcosiRdt

diLu o =+= (3)

unde: u [V] este tensiunea indusn conductor; i [A] - curentul indus; L [H] - inductana circuitului

(include i inductanele mutuale); R [] - rezistena electric a circuitului; o [Wb] - fluxulmagnetic ce strbate circuitul format de magneii permaneni; [rad/s] - viteza unghiular.


5/13

5

Frecvena de oscilaie a cmpului magnetic este dat de relaia = kv, unde k = 2/. Amnotat cu v viteza relativ a magneilor fat de conductoare [m/s] i cu lungimea de und aconfiguraiei Halbach [m].

Soluia ecuaiei (3) este dat de relaia:

[ ]tcos)L/R(tsin)L/R(1

1

L)t(i 2o

+

+= (4)

Din aceast ecuaie rezult c pentru >> R/L (pentru viteze mari), curenii indui suntdefazai fa de tensiunea indus cu aproape 90o

(90o

se obine doar n cazul n care materialul

conductor are proprieti supraconductoare). Aceasta nseamn c fora de respingere dintre magneii conductor crete pn la o valoare constant, iar fora magnetic ce se opune deplasrii scadeodat cu creterea vitezei. Dac notm cu FL

fora util utilizat pentru levitaie i cu Fo

fora care se

opune deplasrii se poate calcula raportul dintre ele ca fiind:

R

Lv2

R

L

F

F

o

L == (5)

Pentru o inducie magnetic de 1T la o vitez de 2m/s se obine o for de levitaieFL = 784532N. Aceast for exercit o presiune de 784532Pa sau, pentru a aprecia mai clar ordinulde mrime, aproximativ 80 de tone pe metru ptrat. n concluzie, acest sistem dezvolt o fordestul de mare pentru a putea fi utilizat n aplicaii practice cum ar fi transportul de persoane.

Al doilea sistem (fig. 7.6), dezvoltat n Japonia, se bazeaz pe fora de respingere dintrematerialul conductor dispus pe calea de ghidare i electromagneii supraconductori dispui pe tren.Acest sistem poart denumirea de Sistem Electrodinamic (SED).

Fig. 7.6 Sistem electrodinamic

Principiul care st la baza funcionrii acestui sistem const n utilizarea materialelorsupraconductoare n construcia electromagneilor de la bordul trenurilor, pentru producerea decmpuri magnetice de valori ridicate. Calea de ghidare este construit din plci de aluminiu. Latrecerea electromagneilor trenului peste aceste plci, curenii indui genereaz un cmp magneticcare se opune cmpului magnetic generat de electromagneii trenului. Astfel trenul leviteazdeasupra cii de ghidaj. Pentru obinerea levitaiei este necesar atingerea unei viteze de 120km/hnumit i vitez de decolare. Acest sistem are nevoie i de roi care s permit atingerea acesteiviteze, precum i oprirea trenului deoarece n staionare acesta nu leviteaz. Distana ntre calea deghidaj i tren este cuprins ntre 10...15cm, ceea ce face ca precizia realizrii cii de ghidaj s fierelativ sczut iar costurile de realizare relativ mici.


6/13

6

A doua metod de a obine levitaia cu ajutorul curenilor turbionari const n plasarea uneibobine alimentat n curent alternativ (sursa de cmp magnetic oscilant) deasupra unei placi dematerial conductor electric (Al sau Cu). Materialul conductor electric trebuie s posede proprieti

paramagnetice pentru a nu fi atras de ctre electromagnet. Teoria pe care se bazeaz aceastmetod, este aceiai ca i n cazul prezentat mai sus. Curenii turbionari indui n materialul

conductor creeaz un cmp magnetic care se opune cmpului magnetic generat de bobin. Acestcmp scade odat cu adncimea de ptrundere n materialul conductor conform ecuaiei:

=

f

1 (6)

unde: [mm] reprezint adncimea de ptrundere a curenilor turbionari; f [Hz] - frecvenacurentului alternativ; [H/m] - permeabilitatea magnetic a materialului conductor; [S/m] -conductivitatea electric a materialului conductor.

Dac bobina este alimentat cu un curent alternativ cu frecvena f = 60Hz, iar placa este din

aluminiu, cu m/H104 7= i m/S105,3 7= , atunci adncimea de ptrundere = 10,9mm.Odat cu creterea frecvenei curentului, adncimea de ptrundere a curenilor turbionari scade.Ecuaia care exprim modul de variaie a inductanei bobinei este:

z

ro eLL)z(L (7)

unde: Lo [H] reprezint inductana bobinei msurat departe de placa de aluminiu; Lr [H]-

inductana bobinei msurat n apropierea plcii de aluminiu; z [m] - distana dintre bobin i placla care se msoar inductana; [m] - distana maxim la care se poate afla bobina de plac nlevitaie. Pentru a determina fora care acioneaz asupra bobinei se poate utiliza metoda teoremelorforelor generalizate n cmp magnetic. Energia medie nmagazinatn bobina alimentat n curentalternativ este dat de relaia:

2

mi)z(L

2

1W =

(8)

Deoarece energia variaz n funcie de poziia bobinei L(z) atunci i fora care acioneazasupra bobinei variaz n funcie de poziia bobinei. n acest caz fora este dat de derivata spaial aenergiei. n cazul de fa energia variaz odat cu nlimea la care se afl bobina fa de placa dealuminiu. Fora magnetic va mpinge bobina n zona de energie maxim. Fora care acioneaz penlime este dat de ecuaia:

dz

)z(dL

2

i

dz

dWF

2m

z == (9)

Pentru a crete fora este necesar s cretem curentul. Pentru a calcula curentul necesarpentru obinerea levitaiei se utilizeazrelaia:

dz/)z(dLmg2i= (10)

unde: m [kg] este masa bobinei; dL(z)/dz = Lr/ (pentru calcule).Deoarece o parte din energie se transform n cldur prin efect Joule, fora magnetic scade

datorit creterii rezistenei. Acest efect poate fi eficient combtut dac se ine cont dedimensionarea circuitelor magnetice (circuitele magnetice de dimensiuni mari sunt mai eficientedect circuitele magnetice de dimensiuni mici).

7.4. Levitaia magnetic obinut cu ajutorul micrii giroscopice

Un magnet permanent nu poate levita stabil deasupra altui magnet permanent deoarece esteforat s se roteasc pn cnd poli diferii se vor afla fa n fa iar magneii se vor atrage. Pentru ampiedica aceast rsturnare magnetul care leviteaz este rotit cu o vitez unghiular, astfel nct


7/13


8/13

8

c regiunea n care avem echilibru stabil este foarte mic, fiind cuprins ntre 3...4,5cm deasupracentrului magnetului circular.

Fig. 7.9 Configuraia linilor cmpurilor magnetice a celor doi magnei permaneni

Deoarece regiunea de stabilitate este aa de mic, este necesar s calculm foarte precis

greutatea magnetului care leviteaz, pentru ca greutatea acestuia s fie compensat de cmpulmagnetic n zona de echilibru stabil. De asemenea magnetul care leviteaz trebuie s fie ceramic

pentru a nu da natere curenilor turbionari datorit micrii de rotaie. Curenii turbionari vor frnarotaia magnetului micornd timpul de levitaie. O alt mrime care influeneaz decisiv starea destabilitate a magnetului este viteza de rotaie. Viteza de rotaie pentru echilibru trebuie s fiecuprins ntre 20-26 de rotaii pe secund. O vitez mai mare de 30 de rotaii pe secund sau maimic de 18 rotaii pe secund duce la pierderea strii de echilibru.

7.5. Levitaia magnetic obinut cu ajutorul materialelor supraconductoare

Dac inem cont de faptul c prin efectul Meissner materialele supraconductoare sunt perfectdiamagnetice atunci putem spune c levitaia obinut cu materiale supraconductoare nu este dectun caz particular al levitaiei diamagnetice. Dar datorit efectului de flux Pinning, supraconductoriisunt i atrai de cmpul magnetic, fiind meninui n interiorul acestuia. Totui materialelesupraconductoare nu sunt utilizate pe scar larg i datorit faptului c au nevoie se o instalaiecriogenic pentru a le menine n stare de supraconductivitate.

Fig. 7.10 Magnet permanent aflat n levitaie deasupra unui disc din material supraconductor

Materialele supraconductoare de tipul 1 i pstreaz proprietile pn cnd intensitateacmpului magnetic atinge o valoare critic. Acest cmp magnetic poate fi generat chiar de curentulce strbate supraconductorul. Acest tip de supraconductoare sunt perfect diamagnetice, respingndliniile de cmp magnetic.

n cazul supraconductoarelor de tipul 2 existdou intensiti critice ale cmpului magneticHc1

i Hc2,

cu Hc1< Hc2. Pentru un cmp magnetic mai mic dect Hc1

supraconductorul se comport


9/13


10/13

10

sesizeze poziia obiectului care trebuie s leviteze. Acesta poate fi un senzor Hall sau orice altconfiguraie de senzori care sesizeaz modificarea poziiei corpului aflat n suspensie.

O schem simpl a unui circuit de reglare automat a poziiei obiectului care trebuie sleviteze este prezentat n figura 7.11. Aceast schem de reglare automat poate aciona asupraunui sistem ca cel din figura 7.12.

Fig. 7.12 Exemplu de configuraie pentru suspensie magnetic

n continuare problema poate fi analizat din perspectiva sistemului de reglare automat saudin perspectiva circuitului magnetic. Din punct de vedere al sistemului de reglare automat

performanele acestuia rezult din proprietile sale: sensibilitate, rapiditate i precizie.Sensibilitatea reprezint intervalul minim de timp n care trebuie s varieze mrimea care se

regleaz (n cazul prezentat poziia obiectului) pentru ca sistemul automat s se declaneze.Rapiditatea se refer la capacitatea sistemului automat de a rspunde ct mai rapid la aciunea

perturbaiilor. Stabilitatea este caracterizat prin amortizarea rapid a oscilaiilor mrimii de intrare,cnd au loc variaii brute ale acesteia.Pentru calculul forelor care acioneaz asupra corpului care leviteaz, precum i pentru

identificarea cilor de modificare a acestor fore se consider schema din figura 7.13.

Fig. 7.13 Schema pentru calculul forelor

Avem un electromagnet format dintr-o pies feromagnetic n form de I (armtura fix), pecare este plasat o bobin cu N spire, i o pies feromagnetic n form de I (armtura mobil). Estenecesar calcularea forei F exercitat asupra armturii mobile atunci cnd bobina este parcurs decurentul I. Se presupun cunoscute toate dimensiunile geometrice, precum i permeabilitatea

magnetic a celor dou piese feromagnetice.Pentru dimensionarea unui astfel de dispozitiv este necesar evaluarea cmpuluielectromagnetic. Evaluarea analitic ofer o bun perspectiv asupra factorilor care influeneaz


11/13

11

comportamentul dispozitivului, precum i a relaiilor care exist ntre acetia. Totui dac n calculese iau n considerare i efectele neliniare precum histerezisul, din dorina de a obine rezultate ctmai apropiate de realitate se obine un set de ecuaii complexe care ne ndeprteaz de scopul

propus. Pentru aceasta este de dorit a se menine un echilibru ntre precizia analizei i scopulurmrit. n practic se utilizeaz o analiz analitic care s ofere o imagine clar a tendinei de

evoluie a principalilor parametri precum fora maxim ce poate fi obinut.Pentru calculul forelor magnetice se pleac de la ecuaia forei Laplace. Sub aciunea foreiF singura coordonat care variaz este y. Deoarece aceast for trebuie s nving greutateaarmturii mobile vom calcula fora portant a electromagnetului. Se tie c fora de atracie crete odat cu micorarea distanei y, fiind maxim atunci cnd piesa mobil este lipit de piesa fix.

Pentru y = 0 rezult:

SB = (11)

rezultnd pentru fora portantexpresia:

=SB

F2

(12)

Rezult c pentru un miez de seciune transversal dat (cazul de fa), fora portantmaxim este determinat de mrimea induciei de saturaie a materialului feromagnetic.Electromagnei puternici i de dimensiuni mici se pot obine numai folosind materialeferomagnetice cu inducie de saturaie mare. Cunoscnd fora portant a electromagnetului putemalege o pies a crei greutate s fie mai mic dect fora portant dar s fie egal cu fora exercitatde electromagnet la distana y 0 pentru a o menine n stare de levitaie.

Pentru a exprima fora n funcie de ntrefier se consider un circuit electric asociatcircuitului magnetic dat, format dintr-o surs de tensiune electromotoare (solenaie) = NI n seriecu trei reluctane corespunztoare celor dou armturi feromagnetice i ntrefierului de grosime y.

S

l

R1

1m = ; Sl

R2

2m = ; Sy

R o3m = (13)unde: l1, l2[m] - reprezint lungimile armturii bobinei respectiv a piesei; S [m

2] - suprafaa celordou armturi; , o [H/m]

- reprezint permeabilitil magnetice pentru armtur i respectiv,

pentru ntrefier.Pentru simplificarea calculelor am presupus c cele dou piese feromagnetice au aceiai

permeabilitate magnetic i seciune transversal. Rezult: fluxul magnetic prin seciuneatransversal a circuitului magnetic, inductivitatea bobinei, respectiv, energia magnetic:

3m2m1mm RRR

NI

R ++== (14)

3m2m1m

2

m

2

RRR NRNL ++== (15)

3m2m1m

222

m RRR

IN

2

1LI

2

1W

++== (16)

nlocuind cu expresiile reluctanelor magnetice scrise mai sus (rel. 13) rezult:

yll

SIN

2

1W

r21

22

m ++

= (17)

Energia magnetic fiind exprimat n funcie de I, vom calcula fora generalizat cu teoremaa doua a forelor generalizate n cmp electromagnetic.

2r21

22m

)yll(SINF

dydWFX

++=

== (18)


12/13

12

Se observ c F < 0 indiferent de sensul curentului I, adic F acioneaz n sensul micorriicoordonatei generalizate y, fiind o for de atracie. Se observ c prin modificarea curentului I prin

bobin putem modifica fora F astfel nct piesa feromagnetic s rmn la o distan y constantfa de bobin.

Printre aplicaiile practice ale acestei soluii de a obine levitaia magnetic se numr i

sistemul de transport persoane MAGLEV, sistem dezvoltat n Germania, care se bazeaz pe fora deatracie dintre electromagneii plasai sub calea de ghidare i electromagneii dispui pe tren. Acestsistem a fost denumit Sistem Electromagnetic (SEM) i utilizeaz levitaia magnetic cu ajutorulunor sisteme de reglare automat (fig. 7.14).

Fig. 7.14 Sistem electromagnetic

Un sistem de control pstreaz permanent o distan de 1.5cm ntre cei doi electromagnei.Acest sistem are o serie de avantaje cum ar fi: utilizeaz magnei convenionali; cmpurileelectromagnetice generate sunt mici i nu necesit sisteme suplimentare de protecie; levitaiamagnetic se realizeaz i n staionare; consumul de energie este relativ redus.

Principalul dezavantaj constn faptul cacest sistem este din construcie un sistem instabilbazat n totalitate pe sistemele automate de control. Un alt dezavantaj este dat de distana mic antrefierului, 1.5cm, ceea ce necesit o precizie ridicat n construirea liniilor de ghidaj, preciziereflectat n costuri ridicate de execuie. Aceast precizie se poate pierde n urma unui cutremur demagnitudine relativ mic.

Concluzii

n cazul levitaiei magnetice nu exist frecare i permite controlul forelor fr contact.

Astfel, levitaia magnetic poate fi utilizat la controlul particulelor atomice n reactoarele defuziune, la realizarea de senzori foarte sensibili la micare, la transportul de persoane cu viteze maridar i la accelerarea maselor pentru lansarea sateliilor artificiali pe orbit.

n prezent, trenurile cu levitaie magnetic reprezint domeniul cel mai cunoscut al utilizriilevitaiei magnetice. Acestea permit transportul de persoane la viteze de pn la 500km/h. Astfel,trenurile cu levitaie magnetic sunt mai eficiente dect avioanele, pe distane scurte. Fa detrenurile clasice, trenurile cu levitaie magnetic, au o serie de avantaje cum ar fi: viteze mari;acceleraii mai bune; randament energetic superior; nu exist pericolul de deraiere; pot fi integratemai uor n cadrul unor sisteme de control cu ajutorul calculatorului.

Printre dezavantaje sunt urmtoarele: preul infrastructurii este ridicat; este necesarconstruirea unor ci de rulare noi; nu este adaptat la transportul de marf.

Datorit lipsei frecrilor un alt domeniu de utilizare a levitaiei magnetice l constituiestocarea energiei. Aceasta se realizeaz cu ajutorul dispozitivelor de tipul flywheel. Pe scurt aceste


13/13

13

dispozitive funcioneaz pe principiul volantei. Volanta este rotit pn la o vitez foarte mare.Datorit lipsei frecrii, aceasta i pstreaz micarea de rotaie un timp ndelungat. Energiamecanic nmagazinat n volant este transformat n energie electric cu ajutorul unui generatordispus pe axul acesteia.

Deoarece levitaia magnetic permite obinerea unor acceleraii foarte mari, n prezent se

studiaz posibilitatea plasrii de satelii artificiali pe orbit cu ajutorul acesteia. Dac aceasttehnologie permite obinerea unor fore destul de mari, astfel nct s permit accelerarea unor maserelativ mari (satelii artificiali) pentru plasarea acestora pe orbit, atunci prin reducerea masei se potobine acceleraii i mai mari. Se poate obine astfel un tun electromagnetic capabil s accelereze

proiectile cu masa relativ mic pn la o vitez mult mai mare dect a tunurilor clasice bazate peenergia chimic.

Dac se consider cazul levitaiei magnetice obinut cu ajutorul curenilor turbionarigenerai de un cmp magnetic variabil i printr-o metod oarecare facem ca fora rezultat screasc foarte mult ntr-un timp scurt, de ordinul milisecundelor, atunci dintr-un dispozitiv delevitaie magnetic obinem un dispozitiv de accelerare a proiectilelor.

Bibliografie

1. Gherman, L., Studii i cercetri privind aplicaii ale levitaiei magnetice n tehnica militar,tezde doctorat, Universitatea Transilvania, Braov, 2009.

2. Jiles, D.C., Recent advances and future directions in magnetic materials, Acta Materialia 51(2003) pp. 5907-5939.

3. Vachtl, D., Kov, D., Mayer, D., Forces Calculation Method Of Thompson Levitating RingDuring Its Non-Harmonic Feeding, Acta Electrotechnica et Informatica No. 2, Vol. 6, 2006.

4. Florea, G., Materiale metalice avansate, Ed. Lux Libris, 1999.5. Gherman, L., Levitaie magnetic, Revista Academiei Forelor Aeriene Henri Coand, Nr.

1/2005, Braov, pp. 47-53.6.

Simon, M.D., Heflinger, L.O., Geim, A.K., Diamagnetically stabilized magnet levitation,Am. J. Phys. 69 (6), June 2001.

7. Puflea, I., Fora de levitaie din sistemul magnet permanent semispaiu supracon-ductor,Rev. Roum. Sci. Techn., lectrotechn. et nerg., 49( 4), 2004.

8. Hot, R., Kleiner, R., Wolf, T., Zwicknagl, G., Superconducting materials - a topicaloverviw, Frontiers in superconducting materials, Berlin, 2004.

C7_Levitatia magnetica.pdf

Documents

Transcript of C7_Levitatia magnetica.pdf