STEM|認識磁浮列車 摩擦力減 車速提升

2021-11-05


之前本欄談過STEM工作坊中,會教授製作老鼠夾車、鹽水動力車及太陽能車,今期筆者會談談 磁浮列車 和超迴路列車。磁浮列車絕對是新世代的 運輸工具,年少時我們喜歡玩磁石,利用磁石嘗試吸起各種重物,也明白同磁極(N-N或S-S)相拒、異磁極(N-S)相吸的道理。磁浮列車的原理也類近,當然其實質運作遠比磁石複雜得多。

同學非常喜歡玩磁浮陀螺,只是要掌握當中的技術並不容易。

磁浮列車 電能推動相對環保

簡而言之,磁浮列車是利用電磁鐵(因為電磁鐵較易控制)的異極相吸、同極相斥原理,以磁力令列車浮在路軌上。一旦列車浮起,不再觸碰路軌,其摩擦力便會大減。之後再利用路軌兩旁的電磁鐵,以「異極相吸」拉動列車向前推進,由於摩擦力大減,所以車速可以大幅提升。另外,因為列車不接觸路軌,所以行駛時噪音大減,因摩擦而引致的損耗也會大大減少。再者,磁浮列車是完全以電能推動,相對較環保,耗能較低。

一塊1.5V的電池便可提供足夠的電磁力提起七張木椅,超出學生們的想像。

磁浮技術分三種

當然,磁浮列車也有明顯的缺點,就是造價高昂,而且未必能與現有鐵路接軌。正正由於其造價高,磁浮列車至今還未被廣泛應用。現今的磁浮技術一般可分為三種:電磁力懸浮(EMS)技術、電動力懸浮(EDS)技術及永磁力EDS(Inductrack)。電磁力懸浮技術主要源自德國,也應用於上海浦東的磁浮列車;電動力懸浮技術則主要應用在日本的磁浮列車上。兩者技術的主要差異在於電磁力是利用電磁鐵的吸力,而電動力是利用電磁鐵的斥力,並運用到低溫超導技術。

電磁力懸浮(EMS)技術。

三種不同的磁浮技術。

Inductrack則不使用超導磁體或電磁鐵驅動,而是使用磁力強大的永久室溫磁鐵,在每個車廂下方設置扁平磁性棒,以特殊方式排列,讓每個欄的磁性取向成直角相鄰方向,產生非常強的磁場。Inductrack會在軌道產生感應電流以產生磁懸浮力,當移動靠近導綫環路的永久磁鐵,會導致電流在導綫中流動,從而產生排斥的電磁力。只要列車以比步行稍快的每小時幾公里的低臨界速度移動,就可令列車懸浮於軌道上數厘米。Inductrack為美國能源部轄下的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)與Hyperloop Transportation Technologies的合作研究。

本文談過磁浮列車技術,下期筆者會講講超迴路列車,並比較兩者的優劣。

作者:科學世界學術總監謝志庭

星島日親子王報授權轉載

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