Che cos’è la sustentazione elettromagnetica? A cosa serve?
Avete mai sentito parlare dei treni Maglev in Giappone o dei Transrapid in Europa? Conoscete i treni a levitazione magnetica? Si tratta di treni che «levitano» sui binari grazie a un campo magnetico. Per saperne di più, in questo articolo troverete tutto ciò che c’è da sapere sulla sustentazione elettromagnetica e sul suo ruolo nel mondo che ci circonda. Scoprite anche la nostra collezione di Globe Magnetici che utilizza questa stessa energia.
Comprendere la sustentazione elettromagnetica
In fisica e nelle scienze esistono due concetti fondamentali relativi al principio di levitazione: il concetto elettromagnetico, generato da elettromagneti regolati, e il concetto elettrodinamico, basato sulle forze delle correnti indotte. La levitazione elettromagnetica è definita come un meccanismo che permette di far levitare un oggetto grazie a un campo magnetico. Le forze elettromagnetiche che agiscono su questo oggetto gli consentono di contrastare il proprio peso e di fluttuare senza cadere.
Più concretamente, un oggetto si trova in stato di levitazione elettromagnetica quando fluttua sopra un supporto magnetico senza entrare in contatto con esso. Una forza verticale diretta dal basso verso l’alto permette di bilanciare il peso di tale oggetto/corpo. I treni Transrapid in Germania o a Shanghai sono esempi concreti di levitazione elettromagnetica. Al contrario, i Maglev giapponesi utilizzano la levitazione elettrodinamica.
Come funziona la levitazione elettromagnetica?
La levitazione elettromagnetica è possibile grazie alle forze magnetiche. Per comprenderla, occorre innanzitutto sapere come funzionano i magneti. È molto semplice! Partiamo dal principio che un magnete può attrarre o respingere materiali ferromagnetici a seconda della posizione dei poli. I poli Nord e Nord si attraggono, mentre i poli Nord e Sud si respingono.
Il meccanismo magnetico si verifica quando i magneti vengono attivati in modo alternato (si attraggono e si respingono). La forza di gravità che agisce sull’oggetto in levitazione viene compensata da queste forze. Ciò permette di mantenere una distanza costante tra l’oggetto e il suolo, evitando gli attriti. Questo meccanismo privo di attriti consente inoltre di avanzare più velocemente. Per attivare il sistema di levitazione o di sostentamento elettromagnetico, si utilizzano elettromagneti e superconduttori.
Gli elettromagneti
Un elettromagnete è un magnete alimentato da corrente elettrica. Consente di convertire l’energia elettrica in energia magnetica. A tal fine, il magnete è costituito da un nucleo di ferro magnetico circondato da una bobina di filo conduttore. Il campo magnetico si genera quindi durante il passaggio della corrente elettrica attraverso l’elettromagnete. Grazie a questo principio, l’elettromagnete dispone di un’intensa forza meccanica di attrazione. Questo è il motivo per cui viene utilizzato nella levitazione elettromagnetica.
I superconduttori
I superconduttori sono materiali in grado di condurre perfettamente la corrente elettrica senza resistenza né perdita di energia. Si tratta del fenomeno della superconduttività, reso possibile dal raffreddamento del materiale per eliminarne ogni resistenza elettrica.
Scoperto dal fisico olandese Heike Kamerlingh Onnes nel 1911, il fenomeno della superconduttività rimane ancora oggi una scoperta eccezionale. Tanto più che i superconduttori possiedono inoltre proprietà magnetiche eccezionali. Possono così levitare senza problemi sotto un magnete.
A cosa serve la sustentazione elettromagnetica?
Come avrete sicuramente già notato sopra, la sospensione elettromagnetica permette di far levitare un oggetto su una superficie magnetizzata, senza che i due si tocchino. Ma oltre a ciò, questo meccanismo permette anche di aumentare la velocità dell’oggetto in movimento. È per questo motivo che la principale applicazione della levitazione elettromagnetica è nel settore ferroviario, in particolare per la propulsione e la levitazione di treni come il Transrapid tedesco o il Transrapid di Shanghai.
Il treno a levitazione elettromagnetica
Il treno a levitazione elettromagnetica levita esclusivamente grazie all’attrazione dei poli. A tal fine, è dotato di elettromagneti posizionati nella parte inferiore, parallelamente alle rotaie. Anche le rotaie sono dotate di barre di ferro laminate che entrano in contatto con gli elettromagneti.
Si genera quindi un campo elettromagnetico senza che gli elettromagneti e le barre di ferro entrino in contatto. Inoltre, il treno viaggia in levitazione (cioè non poggia sulle rotaie). Raggiunge una velocità massima che può arrivare fino a 150 km/h.
I vantaggi dei treni a levitazione elettromagnetica
Se oggi la sustentazione elettromagnetica è molto diffusa nei treni, è soprattutto perché presenta numerosi vantaggi:
- Questo meccanismo consente ai treni di muoversi ad alta velocità.
- Consente inoltre di ridurre l’inquinamento acustico causato dal passaggio dei treni sui binari (poiché il treno in levitazione non toccherà i binari).
- Si tratta di un sistema pulito e meno inquinante: il treno a levitazione elettromagnetica non emette fumo e consuma poche risorse energetiche. Le emissioni e le perdite elettriche sono ridotte grazie ai superconduttori.
- La resistenza aerodinamica e la velocità dei treni non causano danni all’ecosistema.
D’altra parte, la realizzazione di questo progetto rimane ancora molto costosa. Per questo motivo, al mondo esistono pochissimi treni a levitazione elettromagnetica.