神奇的电磁感应

2020-10-29 10:48
小学生学习指导(高年级) 2020年9期
关键词:空气阻力磁悬浮列车磁极

磁悬浮列车的原理其实十分简单:磁力天然地同极相斥,异极相吸。而在19世纪初时,科学家们发现,电流与磁场之间存在着直接的联系,电流与磁场之间是可以互相转化的:通电的线圈周围会产生磁场;闭合的电路切割磁感线时,也会产生电流。这种现象,被称为电磁感应。

很多科学家对电磁感应的理论做出过贡献,但其中贡献最大的,要数英国科学家法拉第。法拉第出身贫穷,十分勤奋好学,20 岁时,他成为化学家戴维的助手,学习和研究化学。他同时对物理学也有深厚的兴趣,化学研究之余,他观察和研究电磁感应现象,最终通过实验总结出了电磁感应定律,使人类能够利用磁场来发电,或者是利用电流来制造磁场。

有了这些理论认知,磁悬浮列车的设计和建造实际上就只是时间问题了。只要在列车的一些特殊位置安装适当的线圈,通电之后产生磁场,让它与轨道之间的磁场相互作用,就可以实现悬浮和推进。目前主流设计的磁悬浮列车有两种:一种是利用同极相斥的原理,把列车顶上来;一种是抱轨式设计,将列车的磁场置于铁轨下方,通电之后列车被吸上来,处于凌空状态。

磁悬浮列车如何前进呢?和普通列车不同,它不需要引擎,不依靠纯粹的机械动能,它前进的动力,是依靠磁力来实现。通过巧妙的布置,让列车车身两侧的磁极与轨道上的磁极永远处于前方吸引、后方推进的状态,从而使列车能够保持高速前进。

悬空并用磁力推进有明显的优点:不依靠传统的引擎来推进,使得列车运行时可以十分安静;悬空意味着列车在前进时所受到的阻力主要为空气阻力,而不是巨大的摩擦力。空气阻力相对摩擦力而言是十分微小的,因此磁悬浮列车速度极快,目前我国设计的磁悬浮列车时速已经可以达到约每小时600千米,比高铁整整快出一倍。

当前,由于磁悬浮列车制造成本昂贵,尚未大规模地普及,只是在一些线路上小试牛刀。但它具有很大的潜力,很有可能成为未来远距离轨道交通的首要选择。

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