磁悬浮列车工作原理

如果您最近去过飞机场，那么很可能已经注意到，航空旅行正变得越来越拥堵。尽管飞机经常误点，但若要跨越成百上千里，它仍然是最快的交通工具。在上个世纪，载客飞行改革了交通业，使得人们可以在几小时内而不是花费几天甚至几周的时间来横跨很远的距离。

 

美国铁路技术研究所（Railway Technical Research Institute）供图 磁悬浮列车能以500公里/小时的速度行驶。

目前仅有的能够替代飞机的交通方式——步行、小汽车、公共汽车、轮船和传统列车——对于快节奏的现代社会而言实在是太慢了。然而，现在有一种新型交通工具，它可能给21世纪的交通方式带来变革，正如飞机给20世纪带来的变革一样。

一些国家或地区正在使用高能的电磁体来开发高速列车，这种列车被称为磁悬浮列车。“磁悬浮”的意思是这些列车应用磁体的基本原理悬浮在导轨上，从而取代了旧式的钢轮和轨道列车。在本文中，您将了解到电磁推进的原理、三种特定类型的磁悬浮列车的工作原理以及在哪里可以乘坐磁悬浮列车。

电磁悬浮（EMS）

玩过磁铁的人都知道异极相吸、同极相斥的道理。这就是电磁推进背后的基本原理。电磁体跟其他磁体的相同之处在于它们都能够吸引金属物体，但电磁体的磁力是暂时性的。正如您在电磁体工作原理中了解的那样，您可以通过将AA、C或D型电池的正负极用铜导线短接来轻松制作一个小型电磁体。这样便会产生一个小磁场。如果将导线的任意一端从电池上断开，磁场便会消失。

在这个电池连线实验中产生的磁场便是磁悬浮列车轨道系统背后的简单原理。这套系统有三个组成部分：

• 一个大型供电源
• 沿导轨或轨道敷设的金属线圈
• 安装在列车底部的大型引导磁体

磁悬浮列车与传统列车之间的一个巨大差异在于：磁悬浮列车没有发动机——至少没有那种用来拉动传统火车在钢轨上行驶的发动机。磁悬浮列车的“发动机”不太显眼。它不使用矿物燃料，而是由导轨墙内的通电线圈产生的磁场和轨道共同推动的。

美国铁路技术研究所（Railway Technical Research Institute）供图 上图是日本山梨县磁悬浮试验线路上的导轨的照片。下图说明了导轨的工作原理。

磁化线圈沿着轨道铺设，称为导轨。它们排斥列车底盘上的大型磁体，使得列车可以悬浮在导轨上方1到10厘米的位置。一旦列车悬浮起来，电源就向导轨墙内的线圈供电，以产生一个独特的磁场系统，该系统可沿着导轨牵引和推动列车行驶。提供给导轨墙内的线圈的电流不断地交替改变着方向，以此来改变磁化线圈的极性。这种极性上的改变促使列车前方的磁场向前拉动列车，同时列车后方的磁场增加向前的推力。

磁悬浮列车悬浮在一层空气垫上，从而消除了摩擦。由此再加上列车的空气动力学设计，使得列车可达到前所未有的500公里/小时以上的地面交通速度。该速度是美国Amtrak铁路公司市郊最快的通勤列车的两倍。相比之下，一架用于长途飞行的波音777型商用飞机的最高速度可以达到大约905公里/小时。开发人员称，磁悬浮列车最终将把那些相距达1600公里的城市连接起来。若以500公里/小时的速度行驶，从巴黎到罗马只需两个小时多一点的时间。

德国和日本都在开发磁悬浮列车技术，并且目前都正处于样车测试阶段（德国公司Transrapid International已经有一辆列车投入了商业运营——有关这方面的内容将在下一部分中介绍）。尽管德国和日本制造的列车都基于相似的原理，但它们之间却存在明显差异。在德国，工程师们开发了一种电动悬浮（EMS）系统，称为Transrapid。在该系统中，列车底部抱合在钢导轨上。安装在列车底盘上的电磁体向上朝着导轨的方向，使列车悬浮在导轨上方大约1厘米处。即使在列车没有开动的情况下，仍能使其保持悬浮状态。其他一些嵌入到车体内的引导磁体使列车在行驶过程中保持稳定。德国已经向外界证明，Transrapid型磁悬浮列车在载客情况下的速度可达到480公里/小时。

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