Die vorliegende Arbeit soll einen Überblick über die Verwendung von Supraleitern in der Magnetschwebetechnik gewähren. Zunächst werden zum tiefgreifenderen Verständnis im zweiten Kapitel die physikalischen Grundlagen der Supraleitung erläutert. Anschließend wird die Verarbeitung technisch relevanter supraleitender Materialien in Spulenmagneten unter herstelltechnischen und sicherheitsrelevanten Gesichtspunkten dargelegt. Im vierten Kapitel werden ihre praktischen Einsatzgebiete in Form von Pilotprojekten erörtert und auf Funktionstüchtigkeit überprüft. In einer abschließenden Diskussion werden die Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst, sowie der gegenwärtige Entwicklungsstand der Supraleitertechnologie im Magnetschwebesektor thematisiert. Dabei soll neben einem Ausblick über potentielle und zukunftsfähige Chancen, aber auch bestehende Restriktionen der Supraleiter, insbesondere der Hochtemperatur-Supraleiter, der Frage nachgegangen werden, ob die Schwebetechnik mithilfe dieser Materialien eine ernstzunehmende Verkehrssystemalternative darstellt.
Durch das stetige Bevölkerungswachstum sowie die Urbanisierung in dichtbesiedelten Ballungszentren, sehen sich diese mit immer größeren Herausforderungen konfrontiert. Neben wachsenden Anforderungen an die Infrastruktur, spielen auch der Wunsch nach Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit zwecks Erhaltung der städtischen Lebensqualität eine entscheidende Rolle. Zusätzlich sind schnelle und zuverlässige Verkehrssysteme für die Personenbeförderung einer lebendigen Großstadt unabdingbar. Die begrenzte Kapazität des Nah- und Fernverkehrs mündet zwangsläufig in Engpässen, als Folge derer die Forderung nach innovativen Transportsystemen wächst. Durch die Entwicklung der Magnetschwebetechnik ist es partiell gelungen, diesen Ansprüchen gerecht zu werden. Magnetschwebebahnen werden aufgrund ihres Schwebeprinzips in elektromechanische und elektrodynamische Systeme unterschieden, wobei letztere den Einsatz von Supraleitern in Form von Spulenmagneten vorsehen. Wissenschaftler sehen die Möglichkeit, dass supraleitende Magnetschwebebahnen die verbleibenden Schwachstellen des Verkehrsnetzes egalisieren können. Mit der Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleiter stieg das Interesse der Erprobung supraleitender Materialien in Feldversuchen und Langstreckentests. Seither wurde an einer Weiterentwicklung der Supraleiter-Technologie im Segment der Schwebetechnik geforscht.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Das Grundphänomen der Supraleitung
- 2.1 Das Verschwinden des elektrischen Widerstandes
- 2.2 Die kritischen Einflussgrößen der Supraleitung
- 2.3 Abgrenzung der Supraleiter I. und II. Art
- 2.4 Quantenmechanische Erklärungsansätze
- 3. Hochtemperatur-Supraleiter für technische Anwendungen
- 3.1 Technisch relevante Materialien
- 3.2 Aufbau supraleitender Drahtwicklungen
- 3.3 Schutzvorkehrungen supraleitender Magnetspulen
- 4. Einsatzgebiete von Supraleitern in der Magnetschwebetechnik
- 4.1 Konventionelle Niedrigtemperatur-Supraleiter
- 4.1.1 Der japanische JR-Maglev
- 4.1.2 Das Maglev-2000 Projekt
- 4.2 Hochtemperatur-Supraleiter
- 4.2.1 Das Maglev-Cobra Projekt
- 4.2.2 Der SuperTrans II
- 4.2.3 Modifikationen am JR-Maglev
- 4.1 Konventionelle Niedrigtemperatur-Supraleiter
- 5. Zusammenfassung und Diskussion
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Studienarbeit untersucht den Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern in der Magnetschwebetechnik. Ziel ist es, die physikalischen Grundlagen der Supraleitung zu erläutern und die verschiedenen Anwendungen von Hochtemperatur-Supraleitern im Kontext von Maglev-Systemen zu analysieren. Die Arbeit vergleicht verschiedene Technologien und Projekte, um die Vor- und Nachteile der jeweiligen Ansätze aufzuzeigen.
- Physikalische Grundlagen der Supraleitung
- Eigenschaften von Hochtemperatur-Supraleitern
- Anwendungsbeispiele in der Magnetschwebetechnik
- Vergleich verschiedener Maglev-Systeme
- Herausforderungen und Zukunftsperspektiven
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung führt in die Thematik der Studienarbeit ein und beschreibt die Bedeutung von Hochtemperatur-Supraleitern für zukünftige Magnetschwebetechnologien. Sie skizziert den Aufbau der Arbeit und benennt die zentralen Fragestellungen. Die Einleitung motiviert den Leser, sich mit den folgenden Kapiteln auseinanderzusetzen, um ein umfassendes Verständnis des Themas zu erlangen.
2. Das Grundphänomen der Supraleitung: Dieses Kapitel erläutert die physikalischen Grundlagen der Supraleitung. Es beschreibt detailliert das Verschwinden des elektrischen Widerstands unterhalb einer kritischen Temperatur und die damit verbundenen Eigenschaften, wie den Meißner-Ochsenfeld-Effekt. Die kritischen Einflussgrößen, wie Magnetfeldstärke und Temperatur, werden ebenso behandelt wie die Unterscheidung zwischen Supraleitern erster und zweiter Art. Abschließend werden quantenmechanische Erklärungsansätze für das Phänomen der Supraleitung präsentiert.
3. Hochtemperatur-Supraleiter für technische Anwendungen: Dieses Kapitel konzentriert sich auf die für technische Anwendungen relevanten Hochtemperatur-Supraleitermaterialien. Es beschreibt den Aufbau supraleitender Drahtwicklungen und die notwendigen Schutzvorkehrungen für supraleitende Magnetspulen, die für den sicheren und zuverlässigen Betrieb unerlässlich sind. Der Fokus liegt auf den Herausforderungen und Lösungen im Umgang mit diesen Materialien.
4. Einsatzgebiete von Supraleitern in der Magnetschwebetechnik: Dieses Kapitel analysiert die Anwendung von Supraleitern, sowohl niedrig- als auch hochtemperatursupraleiter, in der Magnetschwebetechnik. Es beleuchtet verschiedene Maglev-Projekte wie den japanischen JR-Maglev, Maglev-2000, Maglev-Cobra und SuperTrans II, und vergleicht deren technische Ansätze und Leistungsmerkmale. Die Diskussion umfasst die jeweiligen Vorteile und Herausforderungen bei der Implementierung der verschiedenen Technologien.
Schlüsselwörter
Hochtemperatur-Supraleiter, Magnetschwebetechnik, Maglev, kritische Temperatur, kritischer Strom, JR-Maglev, Supraleiter I. und II. Art, Meißner-Ochsenfeld-Effekt, technische Anwendungen, Supraleitende Magnetspulen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Studienarbeit: Hochtemperatur-Supraleiter in der Magnetschwebetechnik
Was ist der Inhalt dieser Studienarbeit?
Diese Studienarbeit befasst sich umfassend mit dem Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern in der Magnetschwebetechnik (Maglev). Sie behandelt die physikalischen Grundlagen der Supraleitung, analysiert verschiedene Maglev-Systeme und vergleicht deren Vor- und Nachteile. Die Arbeit beinhaltet eine Einleitung, eine detaillierte Beschreibung der Supraleitung, eine Betrachtung technischer Anwendungen von Hochtemperatur-Supraleitern und eine Zusammenfassung der wichtigsten Maglev-Projekte.
Welche Themenschwerpunkte werden behandelt?
Die Arbeit konzentriert sich auf die physikalischen Grundlagen der Supraleitung, die Eigenschaften von Hochtemperatur-Supraleitern, Anwendungsbeispiele in der Magnetschwebetechnik, den Vergleich verschiedener Maglev-Systeme und die Herausforderungen sowie Zukunftsperspektiven dieser Technologie. Besondere Aufmerksamkeit wird den Hochtemperatur-Supraleitern und ihren Einsatzmöglichkeiten in Maglev-Zügen gewidmet.
Welche physikalischen Grundlagen der Supraleitung werden erläutert?
Das Kapitel zur Supraleitung beschreibt detailliert das Verschwinden des elektrischen Widerstands unterhalb einer kritischen Temperatur, den Meißner-Ochsenfeld-Effekt und die kritischen Einflussgrößen wie Magnetfeldstärke und Temperatur. Es differenziert zwischen Supraleitern erster und zweiter Art und präsentiert quantenmechanische Erklärungsansätze für das Phänomen.
Welche Maglev-Projekte werden im Detail vorgestellt?
Die Arbeit analysiert verschiedene Maglev-Projekte, darunter den japanischen JR-Maglev, Maglev-2000, Maglev-Cobra und SuperTrans II. Es wird ein Vergleich der verschiedenen technischen Ansätze und Leistungsmerkmale dieser Systeme durchgeführt, inklusive der jeweiligen Vorteile und Herausforderungen.
Welche technischen Aspekte von Hochtemperatur-Supraleitern werden behandelt?
Die Arbeit beschreibt den Aufbau supraleitender Drahtwicklungen und die notwendigen Schutzvorkehrungen für supraleitende Magnetspulen. Der Fokus liegt auf den Herausforderungen und Lösungen im Umgang mit diesen Materialien für technische Anwendungen.
Welche Kapitel umfasst die Studienarbeit?
Die Arbeit gliedert sich in fünf Kapitel: Einleitung, Das Grundphänomen der Supraleitung, Hochtemperatur-Supraleiter für technische Anwendungen, Einsatzgebiete von Supraleitern in der Magnetschwebetechnik und Zusammenfassung und Diskussion. Jedes Kapitel behandelt einen spezifischen Aspekt des Themas, beginnend mit den Grundlagen der Supraleitung bis hin zu konkreten Anwendungen in der Magnetschwebetechnik.
Welche Schlüsselwörter beschreiben den Inhalt der Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Hochtemperatur-Supraleiter, Magnetschwebetechnik, Maglev, kritische Temperatur, kritischer Strom, JR-Maglev, Supraleiter I. und II. Art, Meißner-Ochsenfeld-Effekt, technische Anwendungen, supraleitende Magnetspulen.
Wo finde ich eine detaillierte Zusammenfassung der einzelnen Kapitel?
Die Arbeit enthält eine Zusammenfassung der einzelnen Kapitel, die eine prägnante Übersicht über den Inhalt jedes Kapitels bietet. Diese Zusammenfassungen sind so gestaltet, dass der Leser schnell einen Überblick über den gesamten Themenkomplex erhält.
- Quote paper
- Marco Riedl (Author), 2015, Einsatz von Hochtemperatur-Supraleitern in der Magnetschwebetechnik, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/310969
