De finnes magnetiske levitasjonstog, de Maglev, som reiser mer enn 505 km/t takket være en teknologi som svever dem over sporene, dvs. holder dem hengende 10 cm fra sporene uten å berøre dem. Kort sagt, de flyr! Alt dette takket være et kompleks magnetfeltsystem som, ved å utnytte fysikkens magi, lar disse togene redusere friksjonskomponenten, noe som gjør dem ekstremt raske og effektive. Det er flere modeller og prototyper i Japan, Tyskland, Kina og Korea. I denne artikkelen vil vi analysere driften og funksjonene til den japanske SC Maglev-modellen. Vi får se hvordan den klarer å bevege seg fremover, løfte seg opp og ikke skli, det vil si ikke berøre sideføringene.
Maglev magnetiske levitasjonstog: det grunnleggende om drift
Maglev-togmodellen vi vil fokusere på i denne artikkelen erSC japansk Maglevsom oversatt betyr Superledende magnetisk levitasjon nettopp fordi den bruker superledende magneter til å bevege seg og fly. Den japanske modellen er imidlertid en prototype, for selv om japanske SC Maglevs allerede eksisterer, er de ennå ikke på markedet. Linjen de planlegger i Japan skal være klar i 2030/2035 og koble Tokyo til Nagoya på 40 minutter. Men hvordan fungerer de?
Enkelt sagt drar denne teknologien nytte av magneter å skape elektriske strømmer Og magnetiske felt mellom toget og skinnene, slik at man både kan skyve toget fremover og løfte det. I seg selv er det underliggende konseptet også enkelt: vi vet alle at hvis vi arrangerer to magneter – to magneter – med motsatte poler, tiltrekker de seg. Men hvis vi arrangerer dem med de samme stengene i nærheten, avviser de. På denne måten kan vi med den ene magneten skyve den andre frem, eller løfte den. Dette er nettopp teknologien som brukes av magnetiske levitasjonstog for å bevege seg og «fly».
Før vi forstår hvordan teknologien fungerer, må vi lage et grunnleggende premiss. Magnetene vi kjenner, magneter, er naturlige magneter, som, takket være materialet de er laget av, genererer et magnetfelt. Vel, disse togene bruker ikke naturlige magneter, men magneter elektromagneter, Mener hva spoler av ledende materiale som, hvis de krysses av en elektrisk strøm – det vil si hvis de er ladet – genererer et magnetfelt, og blir dermed magneter takket være den elektriske strømmen. Så la oss se hvordan de fungerer.
Hvordan de går videre: fremdrift
La oss starte med mekanismen som gjør at disse togene kan gå videre og la oss umiddelbart fokusere på «motoren» til disse bilene, det vil si elektromagneter ringformet plassert på sidene av toget som er i stand til å generere et veldig intenst og stabilt magnetfelt. Disse magnetene er plassert ved grupper på fire og blir reist av strømmer som roterer i vekslende retning mellom en magnet og en annen, for å generere fire magnetiske felt med poler orientert motsatt av hverandre.
Nå er togene plassert i en slags fordypning og på sidene av denne hulen, i den såkalte guider, Guder er også arrangert der ringformede magneter og de blir også krysset av strømmer som flyter i motsatt retning, for å skape motstående magnetfelt. Og vi vet at sør og nord tiltrekker hverandre, mens nord med nord eller sør med sør frastøter hverandre. Så magnetene på toget tiltrekker hverandre med motsatt pol foran på guiden og frastøter hverandre med den samme bak. Og når de er justert, blir strømmen til magnetene på føringene reversert slik at magnetfeltene og styrker produseres kontinuerlig frem attraksjoner.
Der fart av toget styres nøyaktig med hyppighet av disse brytere: jo oftere strømmen til styreelektromagnetene reverseres, jo mer akselererer toget. Og takket være denne mekanismen er det mulig å nå den utrolige hastigheten på 505 km/t. Det ville vært omtrent det samme som å gjøre Milan Firenze på 40 minutter, eller – med tanke på en klar rute – ville det bety Milan Reggio Calabria om to og en halv time. Det vil si hele Italia på to og en halv time. I praksis vil dette ikke være tilfelle fordi 505 km/t er hastigheten de når når de er i full drift, men ved avgang eller ankomst eller i bestemte områder er hastigheten klart lavere.
Disse utrolige hastighetene oppnås også takket være at toget ikke berører bakken, dvs. reduserer friksjonen på grunn av kontakt med bakken. Men hvordan «flyr» den?
Levitasjonen av toget 10 centimeter fra bakken
Også her er den absolutte hovedpersonen magnetfeltet og 8-formede spoler som ikke belastes, men rett og slett ordnes langs sideføringer. Også her må vi lage et premiss, nemlig at akkurat som den elektriske strømmen induserer et magnetfelt, magnetfeltvariasjonen produserer elektrisk strøm i en lukket krets. Og jo større variasjonen er, jo mer intens blir strømmen produsert.
Spørsmålet er veldig komplisert, men for å forenkle det så mye som mulig, jeg magnetiske felt generert av togets magneter, som passerer gjennom spoler med åtte tall, indusere en elektrisk strøm som sirkulerer i en retning i den nedre ringen på 8’eren og i motsatt retning i den øvre. Dette genererer igjen to cstore magneter orientert i motsatte retninger i de to ringene til 8nettopp på grunn av at strømmen sirkulerer i motsatte retninger i de to ringene, som er anordnet slik at spolens nedre pol er den samme som togfeltet, mens den øvre pol er motsatt. På denne måten, a frastøtende kraft nedenfra og en attraktiv en ovenfra. Og når foreningen av disse to kreftene overvinner gravitasjonskrafttoget løfter opp folkens, det begynner å fly.
Og her må det gjøres en avklaring: slik at de tiltrekkende og frastøtende kreftene er i stand til det bekjempe tyngdekraftentoget må ha en viss hastighet, slik at magnetfeltvariasjonen vi trenger er intens nok. På grunn av dette, toget begynner å sveve etter 150 km/tførst bruker den faktisk små hjul som så trekker seg tilbake, slik som skjer med fly.
Nå gjenstår spørsmålet om retning. Hvordan sklir de ikke?
Opprettholde retning
Prøver å forenkle så mye som mulig, for å sikre at toget aldri berører sideførerne spoler med åtte tall på begge sider av guiden er koblet sammen med ledende ledninger. Når toget er sentrert, er de magnetiske kreftene til høyre lik de til venstre, systemet er i likevekt, og alt er bra. Men hvis den beveger seg litt mot en av de to sidene, for eksempel til venstre, endres de induserte strømmene i de to «8ene», de øker på den ene siden og avtar på den andre.
For å rebalansere systemetoverflødig strøm på den ene siden går den til den andre gjennom ledningene som forbinder de to spolene. Denne strømmen øker den frastøtende magnetiske kraften i venstre spole og øker tiltrekningskraften mot høyre spole. Resultatet er det toget skyves tilbake mot sentrum. Kort sagt, så snart toget sklir litt, genererer systemet av kabler og spoler magnetiske felt som leker med hverandre og holder toget i riktig retning.
Togmotoren: superledende magneter
For å få disse togene til å fungere det tar mye energi å produsere veldig intense magnetiske felt. Bortsett fra at for å produsere et veldig intenst magnetfelt, må en veldig intens elektrisk strøm tilføres, og dette varmer magneten kraftig opp. For å løse dette problemet er magnetene om bord på toget ikke hvilke som helst magneter, men superledende magneter.
Og hva betyr det? Det betyr at jeg er det laget av bestemte materialer – i vårt tilfelle en liga på niob Og titan – Det under en viss kritisk temperatur eliminerer de nesten fullstendig sin elektriske motstand. Dette betyr at når elektrisk strøm sirkulerer inne i dem, varmer ikke denne strømmen opp magneten. Og ikke bare det: uten elektrisk motstand er det som om strømmen «ikke hadde friksjon»: den kan sirkulere praktisk talt uten å spre energi. På denne måten klarer den ladede superlederen å generere et veldig intenst, stabilt og magnetisk felt uten behov for kontinuerlig strømforsyning. Det skal imidlertid sies at strømmen som må tilføres innledningsvis er veldig høy, men ikke bare det. Det krever også strøm for å holde systemet ved ekstremt lave temperaturer. Prisen å betale er faktisk at superledere må holdes ved en veldig lav temperatur, dvs -269°Clik den vi finner i verdensrommet, som er oppnådd takket være en flytende helium kjølesystem. Så energien som spares ved å slippe å lade magnetene kontinuerlig, brukes til å holde dem på riktig temperatur.
