Supraleitermagnetbahn
Wirkprinzip
Das Wirkprinzip

An der TU Dresden wird dem staunenden Publikum gelegentlich folgender Versuch vorgeführt:
Auf einem Gestell ist ein ovaler Fahrweg aufgebaut, etwa in den Dimensionen einer H0- oder TT- Modellbahn. Auf dem Fahrweg sind jedoch keine Schienen, sondern zwei Reihen Dauermagnete befestigt. Zu Beginn des Versuches nimmt ein Student ein Plastik- oder Pappkärtchen und legt es auf den Fahrweg. Auf dieses Kärtchen wird dann ein flacher Keramikzylinder mit den Abmessungen einer Tesafilm-Rolle gestellt, und zwar so, daß er auf einer seiner Kreisflächen steht. Dann wird der Keramikzylinder mit flüssigem Stickstoff übergossen.
Nachdem sich der Keramikzylinder abgekühlt hat, zieht man das Pappkärtchen seitlich weg, und -- oh Wunder -- der Keramikzylinder bleibt wie angewurzelt im Magnetfeld stehen und schwebt über den Dauermagneten. Das nennt man Levitation. Jetzt reicht ein Schubs, und der Keramikzylinder gleitet Runde um Runde über das Oval, immer genau der Spur folgend. Sobald er sich in der umgebenden Luft erwärmt hat, sinkt der Zylinder ab und bleibt auf dem Fahrweg liegen.

Was ist passiert?
Wenn der Student den Keramikzylinder mit bitterkaltem Stickstoff übergießt, wird dieser supraleitend. Der Zylinder besteht nicht aus irgendeiner Keramik, sondern aus Hochtemperatur-Supraleiter. In dem Moment, wo sich diese Keramik unter eine bestimmte Temperatur abkühlt, wird sie vom Nichtleiter zum Supraleiter, was bedeutet, daß der Gegenstand elektrischen Strömen keinen Widerstand mehr entgegensetzt.
Was dann folgt, ist logisch: Jeder elektrisch leitende Körper reagiert auf Veränderungen des Magnetfeldes um ihn herum, und diesen Vorgang nennt man Induktion. In normalen elektrisch leitenden Materialien wird die Induktion durch den elektrischen Widerstand gedämpft, nicht jedoch im Supraleiter. Deshalb können Supraleiter jeder äußeren Änderung des Magnetfeldes verlustfrei eine mechanische Kraftwirkung entgegensetzen. Zusätzlich "frieren" Hochtemperatur-Supraleiter das sie durchdringende Magnetfeld in dem Moment, in dem sie supraleitend werden, regelrecht ein. Da sich das Magnetfeld bei der genannten Versuchsanordnung in Längsrichtung des Fahrweges nicht wesentlich ändert, läßt sich der Supraleiter längs leicht verschieben und bleibt durch seine eigene Trägheit in Fahrt. Unvermeidliche leichte Ungleichmäßigkeiten im Magnetfeld machen sich lediglich durch leichtes Ruckeln (optisch bei langsamer Fahrt beobachtbar) bemerkbar. Senkrecht zur Fahrtrichtung muß man hingegen deutlich größere Kräfte aufbringen, um den Supraleiter vom Fahrweg zu reißen. Auch gegen Verdrehen wird der Supraleiter durch das Magnetfeld gestützt.

Folgende Skizze soll die Anordnung der Magneten und des Supraleiters veranschaulichen. Statt eines Zylinders habe ich hier einen hellgrünen Quader eingemalt, erstens zeichnet sich das leichter und zweitens ist die Form des Supraleiters für diese Anwendung egal.
Die Dauermagneten sind an jeweils einem Pol rot und am anderen Pol blau gekennzeichnet, wobei es für das Funtionieren des Prinzips keine Rolle spielt, ob man die Nord- oder die Südpole außen anordnet.

Magnetbahn

Magnetbahn       Magnetbahn


Natürlich gibt es nicht nur eine mögliche Ausführung der Magnetschiene.

Magnetbahn

Magnetbahn       Magnetbahn


Die vermutlich sinnvollste Lösung stellt wahrscheinlich eine Anordnung als Halbach-Array dar:

Magnetbahn

Magnetbahn       Magnetbahn


Siehe auch:
- Ausführlicher und gut verständlicher Artikel auf technorama.ch
- Erklärung von supratrans.de
- PDF-Datei auf technorama.ch
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Autor: Dröppez