浮在空中的列车

李芷娴

鞍山市第八中学

浮在空中的列车

李芷娴

鞍山市第八中学

从古至今，人类社会的发展与交通运输工具的发展紧密相关。交通运输技术的飞速发展为经济社会的发展提供了巨大的空间。现代社会，人们的生活工作更是离不开各式各样的交通工具。磁悬浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，它通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。

磁悬浮、交通运输、理论

1 磁悬浮技术的发展历程

19世纪中期到二十世纪初，磁悬浮的早期模型建立。1842年，英国物理学家Earnshow就提出了磁悬浮的概念，同时指出：单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。1900年初，美国，法国等专家曾提出物体摆脱自身重力阻力并高效运营的若干猜想。也就是磁悬浮的早期模型。并列出了无摩擦阻力的磁悬浮列车使用的可能性。 然而，当时由于科学技术以及材料局限性磁悬浮列车只处于猜想阶段，未提出一个切实可行的办法来实现这一目标。

二十世纪30年代到二十一世纪初，磁悬浮列的假想成为现实。1937年，德国的赫尔曼·肯佩尔申请了磁悬浮列车这一的专利。20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车实验系统，它是最早对磁 悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。 1966年，美国科学家詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比提出了第一个具有实用性质的磁悬浮运输系统。1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车系统模型，以后命名为TR01型，该车在1km轨道上时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。在20世纪70、80年代，磁悬浮列车系统继续在德国蒂森亨舍尔测试和实施运行。德国开始命名这套磁悬浮系统为“磁悬浮”。

中国在磁悬浮列车方面的研究也从未停止，至2012年世界上有三种类型的磁悬浮。一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。而第三种，就是中国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。

2 磁悬浮列车的原理

磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。尽管可以使用与磁力无关的推进系统，但在目前的绝大部分设计中，这三部分的功能均由磁力来完成。

首先学习了高中物理知识之后我们应该掌握：当靠近金属的磁场改变，金属上的电子会移动，并且产生电流。电流的磁效应，当电流在电线或一块金属中流动时会产生磁场，通电的线圈就具有了磁效应。磁铁间会彼此作用：同极性相斥，异极性相吸。了解这些知识之后我们就可以来探究磁浮是如何作用的：磁铁从一块金属的上方经过，金属上的电子因磁场改变而开始移动形成电流，变化的电流会产生磁场。这块假想磁铁具有方向性，因是同极性相对，因此 会对原有的磁铁产生斥力。也就是说，如果原有的磁铁是北极在下，假想磁铁则是北极在上；反之亦然。因为磁铁的同极相斥，让磁铁在一块金属上方移动，结果会对移动中的磁铁产生一股往上推动的力量。如果磁铁移动得足够快，这个力量会大得足以克服向下的重力，举起移动中的磁铁。 所以当磁铁移动时，会使得自己浮在金属上方，并靠着本身电子移动产生的力量保持浮力。这个过程就是所谓的磁浮。

由于磁浮原理的特性，它不必受到与轨道摩擦的干扰，速度将会在原始的列车上有很大的提升。再配合推进系统和导向系统就可以磁悬浮列车的运行。

3 磁悬浮列车的优缺点

优点：列车在铁轨上方悬浮运行，铁轨与车辆不接触，不但运行速度快，能超过500 千米／小时，而且运行平稳、舒适，易于实现自动控制；无噪音，不排出有害的废气，有利于环境保护；可节省建设经费；运营、维护和耗能费用低。它是21 世纪理想的超级特别快。世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。目前，我国和日本、德国、英、美等国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过载人试验，即将进入实用阶段，运行时速可达500 千米以上。

缺点：2006年，德国磁悬浮控制列车在试运行途中与一辆维修车相撞，报道称车上共29人，当场死亡23人，实际死亡25人，4人重伤。这说明磁悬浮列车突然情况下的制动能力不可靠，不如轮轨列车。 在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的。因为列车要从动量很大降到静止，要克服很大的惯性，只有通过轮子与轨道的制动力来克服。磁悬浮列车没有轮子，如果突然停电，靠滑动摩擦是很危险的。此外，磁悬浮列车又是高架的，发生事故时在5米高处救援很困难，没有轮子，拖出事故现场困难；若区间停电，其他车辆、吊机也很难靠近。

总的来说，这项技术还不是特别的成熟，高速的磁悬浮列车还存在很多的挑战，需要更多的技术革新和创新。但是，磁悬浮列车概念的提出改变了我们对传统交通运输方式的理解，未来的发展前景不可小觑。

4 空中列车不是梦

每一种新的交通工具的出现都会改变我们的生活。随着我们经济社会的飞速发展，对于交通运输更快、更高效、更安全会有新的需求，磁悬浮列车的出现，颠覆了我们对于交通运输的新的认识，它的无污染与高效性让它的更受瞩目。但是这项技术还未走向成熟，仍需要每一个热爱科学的研究人员的坚持不懈的努力。2016年11月21日，世界首条新能源空中铁路试验线在成都成功投入运行，此列车与之前不同的是轨道不是在车的下方，而是采用倒挂的方式，车厢真的就像是在空中飞一样，感觉刺激并且十分的安全。在不远的未来，这项技术一定会越来越成熟。到那时我们真的会把这个空中列车的梦实现的。