Magneettinen leijunta, tai lyhyesti maglev, on ilmiö, jossa esine leijuu ilmassa magneettikenttien avulla. Tämä mahdottomalta vaikuttava saavutus on kiehtonut sekä tiedemiehiä että maallikoita vuosisatojen ajan. Magneettisen leijunnan taito on magneettikenttien huolellisessa manipuloinnissa painovoiman vastapainoksi, minkä tuloksena saadaan leijumaan esineitä pienistä hiukkasista kokonaisiin juniin. Tässä artikkelissa perehdymme magneettisen leijunnan historiaan, periaatteisiin ja sovelluksiin sekä tarkastelemme tämän kiehtovan teknologian tulevaisuudennäkymiä.
Magneettisen levitaation historia
Magneettisen leijunnan käsite on kiehtonut ihmisiä vuosituhansien ajan. Varhaisin tunnettu maininta leijumisesta on peräisin antiikin Kreikasta, jossa filosofi ja matemaatikko Arkhimedes (287-212 eaa.) kuvasi hypoteettisen laitteen nimeltä "Arkhimedesin ruuvi". Tämän laitteen, joka koostui spiraalinmuotoisesta kiskosta, jonka keskellä oli magneetti, sanottiin pystyvän leijuttamaan sen päälle asetettuja esineitä. On kuitenkin epäselvää, rakensiko Arkhimedes koskaan tällaista laitetta vai jäikö se pelkäksi ajatuskokeeksi.
Seuraava merkittävä maininta magneettisesta leijumisesta tuli 1200-luvun keksijältä ja insinööriltä al-Jazarilta, joka kuvaili "lentävää valtaistuinta" kirjassaan "The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices". Tässä laitteessa käytettiin vastapainojen ja hihnapyörien järjestelmää, jonka avulla istuimen kaltainen valtaistuin saatiin leijumaan, mikä loi matkustajalle illuusion painottomuudesta. Vaikka al-Jazarin lentävässä valtaistuimessa ei käytetty suoraan magneetteja, se on osoitus varhaisesta kiinnostuksesta uhmata painovoimaa nerokkaiden mekaanisten keinojen avulla.
Magneettisen leijunnan periaatteet alettiin ymmärtää ja niitä alettiin kokeilla toden teolla vasta 1800-luvulla. Vuonna 831 brittiläinen tiedemies ja keksijä Michael Faraday löysi samannimisen "Faradayn efektin", joka kuvaa magneettikenttien ja liikkuvien varausten välistä vuorovaikutusta. Tämä löytö loi pohjan nykyaikaisten sähkömagneettisten leijuntajärjestelmien (EML) kehittämiselle.
Magneettisen levitation taustalla oleva tiede
Magneettisen leijunnan mahdollistavat magneettien ja magneettikenttien perusominaisuudet. Kaksi päävoimaa, jotka mahdollistavat magneettisen leijunnan, ovat diamagnetismi ja repulsio.
Diamagnetismi
Diamagnetismi on tiettyjen materiaalien, kuten kuparin, alumiinin ja veden, ominaisuus, joka saa ne hylkimään magneettikenttää. Kun nämä materiaalit asetetaan magneettikenttään, ne kokevat pienen hylkivän voiman, joka voi olla vastapainona niiden painolle, mikä johtaa leijumiseen. Diamagnetismi on kuitenkin heikko voima, joten se voi leijuttaa vain hyvin kevyitä esineitä tai hiukkasia, mikä tekee siitä epäkäytännöllisen useimmissa todellisissa sovelluksissa.
Torjunta
Magneettisen leijunnan taustalla on yleisempi voima, joka on repulsio. Se perustuu magnetismin peruslakiin, jonka mukaan samankaltaiset magneettiset navat hylkivät toisiaan, kun taas vastakkaiset navat vetävät toisiaan puoleensa. Asettamalla ja suuntaamalla magneetit huolellisesti siten, että samankaltaiset navat ovat vastakkain, voidaan luoda repulsiivinen voima, joka voi kumota painovoiman. Tämä periaate on perustana useimmille nykyaikaisille magneettilevitaatiojärjestelmille, kuten leijuville leluille, leijuville ajoneuvoille ja leijuville junille.
Magneettisen levitaation sovellukset
Magneettilevitaatiolla on monenlaisia sovelluksia viihteestä ja koulutuksesta liikenteeseen ja teollisuuteen. Merkittävimpiä sovelluksia ovat mm:
1. Levitoivat lelut ja uutuudet
Yksi yleisimmistä ja helpoimmin lähestyttävistä magneettisen leijunnan sovelluksista on lelujen ja uutuustuotteiden alalla. Levitoituvat lelut, kuten leijuvat pallot, leijuvat pallot ja leijuvat leijuvat leijuvat