Felice Di Palma – Consiglio di proseguire nella lettura dell’articolo solo per chi è appassionato, come me , delle scoperte scientifiche che sono alla base del funzionamento delle invenzioni utilizzate nella vita quotidiana.

L’Array Halbach è una scoperta scientifica avvenuta nell’ambito dell’elettromagnetismo e della levitazione magnetica . E’ interessante per i colleghi che hanno conseguito almeno Fisica II:

“La levitazione magnetica, maglev o sospensione magnetica è un metodo con il quale un oggetto è sospeso su di un altro oggetto senza un supporto oltre ai campi magnetici. La forza elettromagnetica viene usata per contrastare gli effetti della forza gravitazionale.” (fonte : wikipedia)

Bisogna premettere che ciò è possibile solo con materiali diamagnetici (sono caratterizzati dal fatto che la magnetizzazione ha verso opposto rispetto al campo magnetico). In parole povere , se ho un magnete , esso avrà un campo magnetico di questo tipo :

 

Se immergiamo un materiale ferromagnetico (come l’ago magnetico) in questo campo , esso si magnetizzerà nel verso delle linee di campo (acquisterà anch’ esso un polo nord e sud) e questo porterà il materiale ferromagnetico ad essere attratto dal magnete,
Se invece prendo un materiale diamagnetico , per come l’abbiamo definito, la sua magnetizzazione ha verso opposto rispetto al campo magnetico, e per questo viene respinto dal magnete stesso!
Sistemando opportunamente i due componenti (magari uno sotto e uno sopra ) si ottiene la levitazione (anche se c’è bisogno di opportuni vincoli per mantenerla stabile).
I superconduttori sono materiali perfettamente diamagnetici e quindi sono utili a questo scopo. Essi sono materiali che , a temperature bassissime (molto al di sotto dello 0 gradi Celsius) , assumono resistenza nulla al passaggio di corrente elettrica ed espellono (completamente o in parte) i campi magnetici presenti al loro interno (Effetto Meissner).
Ecco come si comportano (Tc è la temperatura di superconduzione)  :

 

Nel secondo caso quindi saranno in grado di levitare.
Ricapitolando quindi : Per ottenere levitazione abbiamo bisogno di generare forti campi magnetici (molto dispendiosi a livello di energia e con gravi conseguenze sugli impianti del mezzo in levitazione , ancora di più se non usiamo superconduttori) , di un sistema di circuiti percorsi da correnti ad alta frequenza e , nel caso di superconduttori , dobbiamo criogenizzare gli stessi. Ovviamente entrano in gioco problemi di stabilizzazione ecc…

Adesso arriviamo all’Array Halbach :

Le specifiche si trovano su wikipedia http://it.wikipedia.org/wiki/Array_Halbach
E’ interessante notare come l’inventore Mallison lo definiva solo “una curiosità magnetica”

E’ un dispositivo utilizzato soprattutto nei Maglev (I treni a levitazione magnetica): in parole semplici è in grado di rafforzare il campo magnetico lungo una faccia dell’array e nel contempo cancella per interferenza il campo magnetico nella faccia opposta:

Guardando queste immagini si intuisce meglio ciò di cui parliamo:

Per la legge di Faraday Newmann Lenz , muovere un Array Halbach su di un circuito conduttivo chiuso (“sui binari”) genererà una corrente in tale circuito, il quale creerà in risposta un campo magnetico opposto. Ad una certa velocità critica il campo magnetico indotto è abbastanza forte da indurre la levitazione sopra una serie di tali circuiti. Gli array Halbach si possono mettere in una configurazione stabile ed installati, ad esempio, in un vagone ferroviario. I circuiti ovviamente devono essere disposti al di sotto del treno. Inoltre la configurazione di questo dispositivo permette di respingere le linee di forza “dirette verso il treno” e quindi esso viene sollevato.

Volete sapere perchè può risultare molto interessante questa scoperta? Innanzitutto è una scoperta recente (1973) e ci svincola dall’uso di superconduttori criogenizzati (mantenere superconduttori in quello stato ci è molto difficoltoso date le bassissime temperature). Inoltre non dobbiamo usare elettroniche attive, perchè i circuiti “nei binari” non sono attraversati (se usiamo l’Array Halbach) da correnti , se non quelle indotte dall’Array Halbach stesso.

Quindi questo sistema (Inductrack) utilizza solo magneti permanenti in un array Halbach montati sul vagone del treno e circuiti conduttivi non alimentati installati sul tracciato per provvedere alla levitazione.
Lo svantaggio è che per avere corrente indotta , e quindi il campo magnetico di risposta, il treno deve essere già in movimento a pochi chilometri orari (all’incirca a passo d’uomo) per mantenere la levitazione.
Risolto il problema della levitazione , ovviamente c’è bisogno di utilizzare potenza elettrica per mettere in movimento il treno, quindi come fa il maglev ad essere più veloce e efficiente dei treni tradizionali?
Semplicemente esso , poichè sfrutta la levitazione , non ha parti meccaniche in contatto e quindi vi è una drastica riduzione degli attriti che gli permette di raggiungere velocità pari a 500 km/h . Stupefacente!

Felice Di Palma