現(xiàn)代飛毯——磁懸浮列車(chē)

作者簡(jiǎn)介：沈?qū)幦A，男， 山東萊陽(yáng)人．１９６１年畢業(yè)于首都師大物理系，現(xiàn)任北京聯(lián)合大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授，中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)少兒專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員．作品對(duì)象以少兒為主，內(nèi)容涉及物理、物理學(xué)史、計(jì)算機(jī)、科學(xué)小實(shí)驗(yàn)等，發(fā)表近百萬(wàn)字作品．

飛機(jī)的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)飛行的夢(mèng)想，但是，航空運(yùn)輸還有許多缺憾．例如，需要很大的機(jī)場(chǎng)、能耗大、載客少，就是最近推出的最大的空中客車(chē)也只能乘坐８４０人.《一千零一夜》里有一個(gè)飛毯的故事，人們坐在飛毯上可以自由自在地飛來(lái)飛去，不需要機(jī)場(chǎng)，也不需要那么多地勤人員的服務(wù)保證.如今，這種飛毯式的交通工具已經(jīng)在上海實(shí)現(xiàn)了.這就是世界上第一條實(shí)用的磁懸浮列車(chē)，它西起上海地鐵二號(hào)線龍陽(yáng)路車(chē)站，東到浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)一期航站樓，正線全長(zhǎng)３０ ｋｍ.開(kāi)通后，乘客只需短短８ ｍｉｎ便可從東海之濱的浦東機(jī)場(chǎng)到達(dá)上海市區(qū).

自古以來(lái)，車(chē)子就離不開(kāi)輪子，可是磁懸浮列車(chē)像故事里的飛毯，“漂浮”在軌道上，沒(méi)有輪子.車(chē)體與軌道“若即若離”，間隙約１ ｃｍ，因而有“零高度飛行器”的美譽(yù).

列車(chē)?yán)秒姶帕Φ窒厍蛞Γ谶\(yùn)行中處于磁懸浮狀態(tài).如何利用磁力來(lái)克服重力呢？我們知道磁極之間同性相斥異性相吸，當(dāng)兩塊磁鐵的北極或南極相互靠近時(shí)，我們會(huì)感到很大的相互排斥力，距離越近排斥力越大，所以用磁的斥力可以懸浮列車(chē).其實(shí)利用異性相吸，也可以達(dá)到懸浮的目的（見(jiàn)圖）.

上海的磁懸浮列車(chē)的原理就是吸力式.吸力式列車(chē)的車(chē)廂安裝在一個(gè)底架上，底架騎在導(dǎo)軌上.電磁鐵裝在底架的下面，導(dǎo)軌上鑲有線圈，通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)跟底架上的電磁鐵相互吸引，但又互不接觸，這樣可以把列車(chē)向上提起，就像我們提起一個(gè)籃子.

這件事說(shuō)起來(lái)好像很簡(jiǎn)單，實(shí)際上是很復(fù)雜很精密的.我們知道，南北磁極永遠(yuǎn)是成對(duì)出現(xiàn)的，磁極南北相對(duì)，軌道線圈上的磁極也是相對(duì)且必須跟運(yùn)動(dòng)列車(chē)底架上的磁極相對(duì)應(yīng).列車(chē)前進(jìn)時(shí)，車(chē)廂的磁極相對(duì)于軌道不斷運(yùn)動(dòng)，因此線圈里流動(dòng)的電流方向要不斷變化，使線圈中原來(lái)的Ｓ極變成Ｎ極，Ｎ極變成Ｓ極，循環(huán)交替.

上面解決了列車(chē)懸浮的難題，下一個(gè)問(wèn)題是如何驅(qū)動(dòng)沒(méi)有輪子的列車(chē)呢？我們知道，在列車(chē)的底架上裝著一組一組的電磁鐵，南極、北極交替排列.軌道上也排列著通電線圈形成磁極.如果車(chē)頭部的電磁體Ｎ極被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體Ｓ極所吸引，同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體Ｎ極所排斥，結(jié)果是一“推”一“拉”，列車(chē)就會(huì)得到向前的推力.列車(chē)前進(jìn)一點(diǎn)時(shí)，線圈里流動(dòng)的電流方向就反過(guò)來(lái)，即原來(lái)的Ｓ極變成Ｎ極，Ｎ極變成Ｓ極繼續(xù)上述的過(guò)程.這樣循環(huán)交替，列車(chē)就向前奔馳.

與普通輪軌列車(chē)相比，磁懸浮列車(chē)具有低噪音、低能耗、無(wú)污染、安全舒適和高速高效的特點(diǎn).據(jù)德國(guó)科學(xué)家預(yù)測(cè)，到２０１４年，磁懸浮列車(chē)采用新技術(shù)后，車(chē)速將達(dá)每小時(shí)１ ０００ ｋｍ.磁懸浮列車(chē)的使用壽命可達(dá)３５年，而普通輪軌列車(chē)只有２０年～２５年.磁懸浮列車(chē)路軌的壽命是８０年，普通路軌只有６０年.世界各國(guó)都十分重視發(fā)展磁懸浮列車(chē)，它是２１世紀(jì)理想的超級(jí)特別快車(chē).

責(zé)任編輯 蔡華杰