如何在磁體上“飛”和順利旅行

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來(lái)源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


日本的磁懸浮列車(chē)的關(guān)鍵部分是由兩組超導(dǎo)電磁體構(gòu)成的:一組安裝在車(chē)廂的兩邊車(chē)輪架處,另一組安裝在車(chē)廂下面。第一組同位于U字型“鐵軌”兩壁上的其他磁體相互作用,一旦步入此“軌道”列車(chē)就啟動(dòng)了。車(chē)軌的磁體產(chǎn)生一個(gè)與列車(chē)速度同步的電磁場(chǎng),同時(shí)交替提供一種同車(chē)廂既吸引又排斥的力量,從而使車(chē)廂產(chǎn)生一種水平推力。第二組同連接在U字型鐵軌底部的線圈發(fā)生相互作用,并由此產(chǎn)生垂直推力,使列車(chē)懸離地面。

列車(chē)的電磁體是用鋼和鈦合金制成的,為了保留超導(dǎo)體的特性,它們應(yīng)當(dāng)保持在-269℃的底溫狀態(tài)(比絕對(duì)零度高4度),置于液態(tài)氦中,由車(chē)上的低溫系統(tǒng)保持底溫。磁懸浮列車(chē)的懸浮原理遠(yuǎn)遠(yuǎn)比推動(dòng)原理要復(fù)雜得多。事實(shí)上,列車(chē)應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確地在離鐵軌10厘米的高度上“飛”。任何的偏差對(duì)于列車(chē)的穩(wěn)定性都是很危險(xiǎn)的。日本的鐵路工程師們利用磁場(chǎng)解決了這個(gè)問(wèn)題。在鐵軌底端的磁體與車(chē)廂上的磁體是同一極性,這樣,在它們之間總有排斥力。如有某種原因使得列車(chē)懸浮高于10厘米,也就意味著列車(chē)向軌道產(chǎn)生的磁場(chǎng)逐漸變?nèi)醯膮^(qū)域移去,從而它所得到的懸浮力減少,這樣列車(chē)會(huì)又回落至10厘米的高度。相反,如果車(chē)廂太靠近鐵軌,將遇到軌道磁場(chǎng)非常大的阻力,并得到較大的排斥力,這就使列車(chē)又能與鐵軌保持正常距離。這樣,就沒(méi)必要去監(jiān)控懸浮的距離了,像德國(guó)的遠(yuǎn)距離“特快列車(chē)”那樣,在車(chē)廂與軌道之間有1厘米的最低誤差限度,每次振動(dòng)偏差上下不超過(guò)0.3毫米,左右不超過(guò)0.6毫米。日本磁懸浮列車(chē)的速度帶來(lái)了另外一些問(wèn)題:當(dāng)兩個(gè)方向開(kāi)來(lái)的列車(chē)會(huì)車(chē)時(shí)可能發(fā)生什么情況呢??jī)闪熊?chē)會(huì)車(chē)時(shí)相對(duì)速度相當(dāng)于1000公里,這就會(huì)產(chǎn)生潛伏著巨大危險(xiǎn)的氣流。所以目前只能在一列車(chē)開(kāi)過(guò)時(shí)讓另一列車(chē)停下來(lái)。



車(chē)頭有兩種生硬的臉孔:

目前的磁懸浮列車(chē)有兩種外型:一種是“有兩個(gè)尖頭”的S型(上圖),另一種是稍微有點(diǎn)圓的楔型(下圖)。這兩種形狀是在電腦中做試驗(yàn)后選中的,還準(zhǔn)備在風(fēng)洞里做進(jìn)一步的試驗(yàn),以找到更合乎空氣動(dòng)力學(xué)原理的外型。照片上我們看到的列車(chē)原型,側(cè)面的銀灰色部分為超導(dǎo)磁體電機(jī)。


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