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，人類社會的發(fā)展與交通運輸工具的發(fā)展緊密相關(guān)。交通運輸技術(shù)的飛速發(fā)展為經(jīng)濟社會的發(fā)展提供了巨大的空間。現(xiàn)代社會，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，再利用直線電機產(chǎn)生的電磁力牽引列車運行。

磁懸浮、交通運輸、理論

1 磁懸浮技術(shù)的發(fā)展歷程

19世紀中期到二十世紀初，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，同時指出：單靠永久磁鐵是不能將一個鐵磁體在所有六個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，當時由于科學(xué)技術(shù)以及材料局限性磁懸浮列車只處于猜想階段，未提出一個切實可行的辦法來實現(xiàn)這一目標。

二十世紀30年代到二十一世紀初，磁懸浮列的假想成為現(xiàn)實。1937年，德國的赫爾曼·肯佩爾申請了磁懸浮列車這一的專利。20世紀60年代，世界上出現(xiàn)了3個載人的氣墊車實驗系統(tǒng)，它是最早對磁 懸浮列車進行研究的系統(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·丹比提出了第一個具有實用性質(zhì)的磁懸浮運輸系統(tǒng)。1969年，德國牽引機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軌道上時速達165km，這是磁懸浮列車發(fā)展的第一個里程碑。在20世紀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施運行。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)電動磁懸浮，這兩種磁懸浮都需要用電力來產(chǎn)生磁懸浮動力。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)的推進系統(tǒng)，但在目前的絕大部分設(shè)計中，這三部分的功能均由磁力來完成。

首先學(xué)習(xí)了高中物理知識之后我們應(yīng)該掌握：當靠近金屬的磁場改變，金屬上的電子會移動，并且產(chǎn)生電流。電流的磁效應(yīng)，當電流在電線或一塊金屬中流動時會產(chǎn)生磁場，通電的線圈就具有了磁效應(yīng)。磁鐵間會彼此作用：同極性相斥，異極性相吸。了解這些知識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形成電流，變化的電流會產(chǎn)生磁場。這塊假想磁鐵具有方向性，因是同極性相對，因此 會對原有的磁鐵產(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。因為磁鐵的同極相斥，讓磁鐵在一塊金屬上方移動，結(jié)果會對移動中的磁鐵產(chǎn)生一股往上推動的力量。如果磁鐵移動得足夠快，這個力量會大得足以克服向下的重力，舉起移動中的磁鐵。 所以當磁鐵移動時，會使得自己浮在金屬上方，并靠著本身電子移動產(chǎn)生的力量保持浮力。這個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，速度將會在原始的列車上有很大的提升。再配合推進系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)就可以磁懸浮列車的運行。

3 磁懸浮列車的優(yōu)缺點

優(yōu)點：列車在鐵軌上方懸浮運行，鐵軌與車輛不接觸，不但運行速度快，能超過500 千米／小時，而且運行平穩(wěn)、舒適，易于實現(xiàn)自動控制；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護；可節(jié)省建設(shè)經(jīng)費；運營、維護和耗能費用低。它是21 世紀理想的超級特別快。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，即將進入實用階段，運行時速可達500 千米以上。

缺點：2006年，德國磁懸浮控制列車在試運行途中與一輛維修車相撞，報道稱車上共29人，當場死亡23人，實際死亡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的。因為列車要從動量很大降到靜止，要克服很大的慣性，只有通過輪子與軌道的制動力來克服。磁懸浮列車沒有輪子，如果突然停電，靠滑動摩擦是很危險的。此外，磁懸浮列車又是高架的，發(fā)生事故時在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、吊機也很難靠近。

總的來說，這項技術(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傳統(tǒng)交通運輸方式的理解，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)都會改變我們的生活。隨著我們經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，對于交通運輸更快、更高效、更安全會有新的需求，磁懸浮列車的出現(xiàn)，顛覆了我們對于交通運輸?shù)男碌恼J識，它的無污染與高效性讓它的更受矚目。但是這項技術(shù)還未走向成熟，仍需要每一個熱愛科學(xué)的研究人員的堅持不懈的努力。2016年11月21日，世界首條新能源空中鐵路試驗線在成都成功投入運行，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。在不遠的未來，這項技術(shù)一定會越來越成熟。到那時我們真的會把這個空中列車的夢實現(xiàn)的。