現代飛毯——磁懸浮列車

作者簡介：沈寧華，男， 山東萊陽人．１９６１年畢業于首都師大物理系，現任北京聯合大學自動化學院副教授，中國科普作家協會少兒專業委員會委員．作品對象以少兒為主，內容涉及物理、物理學史、計算機、科學小實驗等，發表近百萬字作品．

飛機的發明實現了人類飛行的夢想，但是，航空運輸還有許多缺憾．例如，需要很大的機場、能耗大、載客少，就是最近推出的最大的空中客車也只能乘坐８４０人.《一千零一夜》里有一個飛毯的故事，人們坐在飛毯上可以自由自在地飛來飛去，不需要機場，也不需要那么多地勤人員的服務保證.如今，這種飛毯式的交通工具已經在上海實現了.這就是世界上第一條實用的磁懸浮列車，它西起上海地鐵二號線龍陽路車站，東到浦東國際機場一期航站樓，正線全長３０ ｋｍ.開通后，乘客只需短短８ ｍｉｎ便可從東海之濱的浦東機場到達上海市區.

自古以來，車子就離不開輪子，可是磁懸浮列車像故事里的飛毯，“漂浮”在軌道上，沒有輪子.車體與軌道“若即若離”，間隙約１ ｃｍ，因而有“零高度飛行器”的美譽.

列車利用電磁力抵消地球引力，在運行中處于磁懸浮狀態.如何利用磁力來克服重力呢？我們知道磁極之間同性相斥異性相吸，當兩塊磁鐵的北極或南極相互靠近時，我們會感到很大的相互排斥力，距離越近排斥力越大，所以用磁的斥力可以懸浮列車.其實利用異性相吸，也可以達到懸浮的目的（見圖）.

上海的磁懸浮列車的原理就是吸力式.吸力式列車的車廂安裝在一個底架上，底架騎在導軌上.電磁鐵裝在底架的下面，導軌上鑲有線圈，通電線圈產生的磁場跟底架上的電磁鐵相互吸引，但又互不接觸，這樣可以把列車向上提起，就像我們提起一個籃子.

這件事說起來好像很簡單，實際上是很復雜很精密的.我們知道，南北磁極永遠是成對出現的，磁極南北相對，軌道線圈上的磁極也是相對且必須跟運動列車底架上的磁極相對應.列車前進時，車廂的磁極相對于軌道不斷運動，因此線圈里流動的電流方向要不斷變化，使線圈中原來的Ｓ極變成Ｎ極，Ｎ極變成Ｓ極，循環交替.

上面解決了列車懸浮的難題，下一個問題是如何驅動沒有輪子的列車呢？我們知道，在列車的底架上裝著一組一組的電磁鐵，南極、北極交替排列.軌道上也排列著通電線圈形成磁極.如果車頭部的電磁體Ｎ極被安裝在靠前一點的軌道上的電磁體Ｓ極所吸引，同時又被安裝在軌道上稍后一點的電磁體Ｎ極所排斥，結果是一“推”一“拉”，列車就會得到向前的推力.列車前進一點時，線圈里流動的電流方向就反過來，即原來的Ｓ極變成Ｎ極，Ｎ極變成Ｓ極繼續上述的過程.這樣循環交替，列車就向前奔馳.

與普通輪軌列車相比，磁懸浮列車具有低噪音、低能耗、無污染、安全舒適和高速高效的特點.據德國科學家預測，到２０１４年，磁懸浮列車采用新技術后，車速將達每小時１ ０００ ｋｍ.磁懸浮列車的使用壽命可達３５年，而普通輪軌列車只有２０年～２５年.磁懸浮列車路軌的壽命是８０年，普通路軌只有６０年.世界各國都十分重視發展磁懸浮列車，它是２１世紀理想的超級特別快車.

責任編輯 蔡華杰