浮在空中的列車

李芷嫻

鞍山市第八中學(xué)

浮在空中的列車

李芷嫻

鞍山市第八中學(xué)

從古至今，人類社會(huì)的發(fā)展與交通運(yùn)輸工具的發(fā)展緊密相關(guān)。交通運(yùn)輸技術(shù)的飛速發(fā)展為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供了巨大的空間。現(xiàn)代社會(huì)，人們的生活工作更是離不開各式各樣的交通工具。磁懸浮列車是一種現(xiàn)代高科技軌道交通工具，它通過電磁力實(shí)現(xiàn)列車與軌道之間的無接觸的懸浮和導(dǎo)向，再利用直線電機(jī)產(chǎn)生的電磁力牽引列車運(yùn)行。

磁懸浮、交通運(yùn)輸、理論

1 磁懸浮技術(shù)的發(fā)展歷程

19世紀(jì)中期到二十世紀(jì)初，磁懸浮的早期模型建立。1842年，英國物理學(xué)家Earnshow就提出了磁懸浮的概念，同時(shí)指出：單靠永久磁鐵是不能將一個(gè)鐵磁體在所有六個(gè)自由度上都保持在自由穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。1900年初，美國，法國等專家曾提出物體擺脫自身重力阻力并高效運(yùn)營的若干猜想。也就是磁懸浮的早期模型。并列出了無摩擦阻力的磁懸浮列車使用的可能性。 然而，當(dāng)時(shí)由于科學(xué)技術(shù)以及材料局限性磁懸浮列車只處于猜想階段，未提出一個(gè)切實(shí)可行的辦法來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

二十世紀(jì)30年代到二十一世紀(jì)初，磁懸浮列的假想成為現(xiàn)實(shí)。1937年，德國的赫爾曼·肯佩爾申請(qǐng)了磁懸浮列車這一的專利。20世紀(jì)60年代，世界上出現(xiàn)了3個(gè)載人的氣墊車實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它是最早對(duì)磁 懸浮列車進(jìn)行研究的系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是固體電子學(xué)的出現(xiàn)，使原來十分龐大的控制設(shè)備變得十分輕巧，這就給磁懸浮列車技術(shù)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。 1966年，美國科學(xué)家詹姆斯·鮑威爾和戈登·丹比提出了第一個(gè)具有實(shí)用性質(zhì)的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)。1969年，德國牽引機(jī)車公司的馬法伊研制出小型磁懸浮列車系統(tǒng)模型，以后命名為TR01型，該車在1km軌道上時(shí)速達(dá)165km，這是磁懸浮列車發(fā)展的第一個(gè)里程碑。在20世紀(jì)70、80年代，磁懸浮列車系統(tǒng)繼續(xù)在德國蒂森亨舍爾測試和實(shí)施運(yùn)行。德國開始命名這套磁懸浮系統(tǒng)為“磁懸浮”。

中國在磁懸浮列車方面的研究也從未停止，至2012年世界上有三種類型的磁懸浮。一是以德國為代表的常導(dǎo)電式磁懸浮，二是以日本為代表的超導(dǎo)電動(dòng)磁懸浮，這兩種磁懸浮都需要用電力來產(chǎn)生磁懸浮動(dòng)力。而第三種，就是中國的永磁懸浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他動(dòng)力支持。

2 磁懸浮列車的原理

磁懸浮列車主要由懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成。盡管可以使用與磁力無關(guān)的推進(jìn)系統(tǒng)，但在目前的絕大部分設(shè)計(jì)中，這三部分的功能均由磁力來完成。

首先學(xué)習(xí)了高中物理知識(shí)之后我們應(yīng)該掌握：當(dāng)靠近金屬的磁場改變，金屬上的電子會(huì)移動(dòng)，并且產(chǎn)生電流。電流的磁效應(yīng)，當(dāng)電流在電線或一塊金屬中流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場，通電的線圈就具有了磁效應(yīng)。磁鐵間會(huì)彼此作用：同極性相斥，異極性相吸。了解這些知識(shí)之后我們就可以來探究磁浮是如何作用的：磁鐵從一塊金屬的上方經(jīng)過，金屬上的電子因磁場改變而開始移動(dòng)形成電流，變化的電流會(huì)產(chǎn)生磁場。這塊假想磁鐵具有方向性，因是同極性相對(duì)，因此 會(huì)對(duì)原有的磁鐵產(chǎn)生斥力。也就是說，如果原有的磁鐵是北極在下，假想磁鐵則是北極在上；反之亦然。因?yàn)榇盆F的同極相斥，讓磁鐵在一塊金屬上方移動(dòng)，結(jié)果會(huì)對(duì)移動(dòng)中的磁鐵產(chǎn)生一股往上推動(dòng)的力量。如果磁鐵移動(dòng)得足夠快，這個(gè)力量會(huì)大得足以克服向下的重力，舉起移動(dòng)中的磁鐵。 所以當(dāng)磁鐵移動(dòng)時(shí)，會(huì)使得自己浮在金屬上方，并靠著本身電子移動(dòng)產(chǎn)生的力量保持浮力。這個(gè)過程就是所謂的磁浮。

由于磁浮原理的特性，它不必受到與軌道摩擦的干擾，速度將會(huì)在原始的列車上有很大的提升。再配合推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)就可以磁懸浮列車的運(yùn)行。

3 磁懸浮列車的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：列車在鐵軌上方懸浮運(yùn)行，鐵軌與車輛不接觸，不但運(yùn)行速度快，能超過500 千米／小時(shí)，而且運(yùn)行平穩(wěn)、舒適，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護(hù)；可節(jié)省建設(shè)經(jīng)費(fèi)；運(yùn)營、維護(hù)和耗能費(fèi)用低。它是21 世紀(jì)理想的超級(jí)特別快。世界各國都十分重視發(fā)展磁懸浮列車。目前，我國和日本、德國、英、美等國都在積極研究這種車。日本的超導(dǎo)磁懸浮列車已經(jīng)過載人試驗(yàn)，即將進(jìn)入實(shí)用階段，運(yùn)行時(shí)速可達(dá)500 千米以上。

缺點(diǎn)：2006年，德國磁懸浮控制列車在試運(yùn)行途中與一輛維修車相撞，報(bào)道稱車上共29人，當(dāng)場死亡23人，實(shí)際死亡25人，4人重傷。這說明磁懸浮列車突然情況下的制動(dòng)能力不可靠，不如輪軌列車。 在陸地上的交通工具沒有輪子是很危險(xiǎn)的。因?yàn)榱熊囈獜膭?dòng)量很大降到靜止，要克服很大的慣性，只有通過輪子與軌道的制動(dòng)力來克服。磁懸浮列車沒有輪子，如果突然停電，靠滑動(dòng)摩擦是很危險(xiǎn)的。此外，磁懸浮列車又是高架的，發(fā)生事故時(shí)在5米高處救援很困難，沒有輪子，拖出事故現(xiàn)場困難；若區(qū)間停電，其他車輛、吊機(jī)也很難靠近。

總的來說，這項(xiàng)技術(shù)還不是特別的成熟，高速的磁懸浮列車還存在很多的挑戰(zhàn)，需要更多的技術(shù)革新和創(chuàng)新。但是，磁懸浮列車概念的提出改變了我們對(duì)傳統(tǒng)交通運(yùn)輸方式的理解，未來的發(fā)展前景不可小覷。

4 空中列車不是夢

每一種新的交通工具的出現(xiàn)都會(huì)改變我們的生活。隨著我們經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，對(duì)于交通運(yùn)輸更快、更高效、更安全會(huì)有新的需求，磁懸浮列車的出現(xiàn)，顛覆了我們對(duì)于交通運(yùn)輸?shù)男碌恼J(rèn)識(shí)，它的無污染與高效性讓它的更受矚目。但是這項(xiàng)技術(shù)還未走向成熟，仍需要每一個(gè)熱愛科學(xué)的研究人員的堅(jiān)持不懈的努力。2016年11月21日，世界首條新能源空中鐵路試驗(yàn)線在成都成功投入運(yùn)行，此列車與之前不同的是軌道不是在車的下方，而是采用倒掛的方式，車廂真的就像是在空中飛一樣，感覺刺激并且十分的安全。在不遠(yuǎn)的未來，這項(xiàng)技術(shù)一定會(huì)越來越成熟。到那時(shí)我們真的會(huì)把這個(gè)空中列車的夢實(shí)現(xiàn)的。