磁懸浮的工作原理，讓列車飛起來！

這就是能在地面上飛行的車 車速甚至能達到600公里每小時 要知道一輛客機的飛行速度也才800公里每小時呀 他就是人類頂尖科技的代表之一 磁懸浮列車 那他到底是怎麼做到的呢 我們都知道傳統輪軌鐵路是靠輪軌滾動摩擦進行運行的 但也正是這種摩擦限制了人類追求更高列車速度的野心 而磁懸浮列車則完全不存在這種機械接觸摩擦 沒有了摩擦限制 也就可以實現更高速度突破了 其實它的基本原理並不複雜 就是利用了電磁力 以目前世界上最快的超導磁懸浮列車爲例 列車的兩側裝有多組在液氦冷卻系統下保持低溫的超導磁體 它沒有任何電阻 因此只需要一次性給超導線圈衝入激勵電流 線圈就能永遠產生一個循環的直流電流 且沒有能量損耗 超導線圈流動的電流非常大 達到700千安培 因此能產生強大的磁場 你可以把它理解爲一個有着強大磁力的永磁體 四個超導體爲一單元 被設置成相反的電流極性 首先我們看看它是如何實現列車推進的 在軌道的兩側設置了一系列普通電磁鐵 被稱爲推進線圈 而它產生的磁力和列車上的磁力相互作用 通過同級相斥一級相吸的原理產生推力和吸力 這樣列車就會向前行駛 當列車到達下一個適當位置時 推進線圈就會切換極性 使得勁力再次指向前方 通過控制推進線圈的切換頻率就可以控制列車的速度了 它其實就和電動機的工作原理相同 只是把電磁鐵和永磁體展開在一條直線上了 所以它也叫直線同步電機 那它又是如何懸浮的呢 懸浮的設計非常神奇和巧妙 在軌道兩側還有一系列這種八字形線圈 神奇的是它並不需要額外通電就可以實現列車的懸浮 爲了好理解 你可以把列車兩側磁極對應的超導磁體想象成一整個大磁體 當它平行於這些八字形線圈移動時 線圈就會切割磁場 而根據法拉第電磁感應定律 在兩個線圈上會感應出看上去方向相同的電動式 但當我們把它展開時 你會發現感應電動式是相反的 也就意味着通過八字形線圈感應出的電壓靜止爲零 也就沒有電流 從而也不會產生磁場 但如果超導磁體不在中間位置 而是在底部線圈位置時 就意味着底部線圈的磁通量強度較高 感應出的電動是會大於頂部線圈的電動式 從而產生電流在迴流中流動 電流流動會在頂部線圈產生南極 在底部線圈產生北極 最終就會給超導磁鐵施加向上的力 當這個力大於重力時 磁鐵就會被抬起來了 列車的速度越快 向上的力越大 最終與重力達到平衡 列車也就實現了懸浮 我們再看看列車是如何保持在軌道中間位置而不碰到側壁的 其實工程師只是讓兩側的八字形線圈互聯就輕鬆的實現了這一點 比如列車稍微偏向右側 那麼這一偏移將導致左右線圈之間的電動是差異 進而在互聯線圈中產生電流 電流的流動會顯著影響底部線圈的電流流動 從而改變每個迴路的極性強度 最終產生一個淨水平力 迫使列車回到中心位置 利用電磁力列車不再受到摩擦的影響 不僅速度可以非常快 乘坐體驗也非常棒 因爲懸浮可以更平穩舒適 噪音也非常小