八年级物理下册《电磁铁》文字素材3 人教新课标版.doc

磁悬浮列车 很早以前，人们就希望列车能与轨道脱离接触，以解除轮轨车辆的振动与磨损带来的烦恼早在1864年，法国就开展了气垫车的研制工作，通过压缩空气使车体与地面脱离接触1869年法国巴黎试验了世界上第一个气垫车20世纪60年代，这种研究形成高潮，世界上出现了三个载人的气垫车实验系统随着技术的进展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能1969年，德国牵引机车公司(Locomotive Company)的马法伊(Krauss Maffei)研制出小型磁浮列车系统模型，以后命名为 TR01型1972年又研制成 TR02型，该车在 l公里轨道上时速达165公里，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑1973年，马法伊还研制成气垫车(命名为TR03)与磁浮列车相比，气垫车的技术要复杂得多此后德国放弃了发展气垫车的计划，而着眼发展磁悬浮列车（以下简称磁浮列车)悬浮与推进的各种方式磁浮列车从原理上可分为两种一种是电磁型(EMS，Electro Magnetic System)，也称吸力型、常导型另一种是电动型（EDS，Electrodynamic System)，也称斥力型、超导型。

电磁型列车在车体内装有电磁铁，路轨为一导磁体电磁铁绕组中电流的大小根据间隙传感器的信号进行调节，使车体与路轨间保持一定距离悬浮力的大小与车速无关，任何车速时均能保持稳定的悬浮力悬浮气隙较小，约 l厘米出于安全考虑，设有应急备用车轮车身前进的动力由直线感应电机或直线同步电机提供(也可用喷气推进)它的悬浮和推进系统消耗的功率很小，一般为 l千瓦／吨结构、材料简单，但车体较重电动型列车在车体内安装有超导线圈，轨道上分布有按一定规则排列的短路铝环当超导线圈内通电时就产生强磁场，在列车以一定速度前进时，该强磁场就在路轨的铝环内产生感应电流，两者相互排斥而产生上浮力速度愈大这个排斥力就愈大，当速度超过一定值(时速80公里以上)时，列车就脱离路轨表面，最大距离可达数十厘米以上其悬浮是自稳定的，无须加任何主动控制；由于采用大气隙悬浮，即使车体有稍许不平衡，或车体与轨道有些许对不准，或轨道上有冰雪之类杂物，均不会影响列车运行的安全性采用超导线圈虽可减轻线圈结构的重量，但却要增设超导所需的致冷系统，致冷电源也增加了功耗这种结构的磁场若不加屏蔽，会增加环境的电磁污染在低速行驶时，列车还需轮轨系统支撑，侧向稳定也要另加控制设备。

除电磁型、电动型之外，还有永磁式半悬浮型、推力与悬浮结合型的磁浮列车磁浮列车的驱动方式主要有直线感应电机(LIM)，直线同步电机(LSM)，以及直线磁阻电机(LRM)和 Z宇型单极直线同步电机后两者很少采用直线感应电机也称短定子直线感应电机，主要用在日本的 HSST系列它的初级绕组装在车体上，定子由硅钢片选成，横向开有许多齿槽，用于安放电机绕组次级采用低碳钢实心结构，架设在轨枕上，其上附设一层次级导体(5毫米厚的铝板)当初级绕组加上三相交流电之后，在气隙空间形成一个平移磁场，该磁场切割次级导体， 在导体中产生感应电流该感应电流形成的磁场与初级绕组形成的平移磁场方向相反，从而在路轨与车体之间产生电磁推力这种电机的速度低于同步速度，一般用于中速(100～200公里／时)磁浮列车直线同步电机也称长定子直线感应电机，主要用在德国的 TR系列和日本的 MLU系列其初级绕组沿轨道铺设，故称长定子，定子线构与短定子类似次级安装在车体上，为水磁体或直流绕组，在气隙空间建立起一个恒定的直流磁场当初级绕组加上三相交流电后，与次级的直流磁场间产生电磁推力这种电机的速度等于同步速度，一般用于高速(400～500公里／时)磁浮系统。

这种电机需沿轨道铺设大量导电线圈，并沿线建立许多变电站，用于区间供电磁浮列车的优点由于实现了磁悬浮，车身与轨道脱离接触，因而产生一系列优点l)速度快轮轨式列车点接触压力的典型数据是48.3兆帕而磁浮列车是大面积悬浮支撑，单位面积受力的典型数据是6.9～34.5千帕普通列车的速度主要是受限于轮轨间的粘性力，而磁浮列车的速度则受限于空气阻力下面列出各类交通工具速度的典型数据高速列车 磁浮EMS 磁浮EDS 汽车 飞机平均速度（公里/时） 210 380 448 95 485运行速度（公里/时） 260 400 480 110 852由上可见，磁浮列车是陆上最快的交通工具，其速度仅次于飞机2)乘坐平稳舒适、噪音低凡是在西德和日本乘坐过磁浮列车的人，都异口同声的称赞乘坐平稳舒适这是因为车身与轨道之间无接触，轨道不平度的影响可通过控制系统被滤除下面列出各种地面交通工具噪声情况高速列车 磁浮列车 汽车100（公里/时）82分贝 67分贝 76分贝250（公里/时）92分贝 82分贝磁悬浮列车的噪声属于低水平噪声3)占地面积小磁浮列车路轨占地面积与普通列车相近，比高速公路占地面积要小得多每公里的占地面积，六车道高速公路为4．28万平方米， 四车道的为2．86万平方米；而单向磁浮路轨仅为1．43万平方米，若是高架路轨，则几乎不占地面。

此外，磁浮列车爬坡能力强，可达10％，转弯半径比普通列车小，例如 TRO6轨道时速216公里的曲率半径为1000米，可适应修建磁浮路轨的地段多，因而可减少隧道和山谷桥架等建筑费用4)能耗较低据加拿大的一项研究，按行驶6O0公里左右核算，各种交通工具的能耗指标(瓦特·时／坐位·公里)数据如下高速火车 磁浮EMS 磁浮EDS 汽车 飞机35.4 73.1 136 144 352这里未考虑速度，单看能耗，似乎磁浮列车要比普通列车大，如果计及速度因素，考虑在不同速度下的功能指标，结论就不一样了当时速达220公里左右时，普通列车与磁浮列车的功耗基本上一致再提高时速，磁浮列车的优越性就明显了，而普通列车已无法达到5)安全可靠磁浮列车(EMS型)悬浮高度大约 l厘米左右，万一悬浮系统失效，应急车轮能支撑列车继续行进另外，磁浮列车车体两侧像钳子一样卡住路轨，不易出轨，比普通列车安全6)寿命长、维修费用低这是显而易见的从综合效益考虑，磁浮列车是很有前途的一种交通工具德、日、美等国的研制概况在世界上，重视磁浮列车研制并形成自己研制系列的国家是德国和日本德国是最早开始研究磁浮列车技术的国家，其研究主要集中在 EMS型磁浮列车技术上， 目前在技术上占有优势。

它的 EMS型磁浮列车发展计划称为 TRASPAID，相应的车型均用 TR加编号命名世界上第一台 EMS型磁浮样车诞生在德国，它是1969年德国马法伊研制的模型车 TR0l世界上第一台有载人能力的磁浮列车也诞生在德国，即1971年由德国航空公司(MBB)研制成功的全尺寸7吨车，有人也把它称为 TRO2(一般 TRO2是指马法伊1971年研制的12吨车，时速164公里) 目前 TR系列已发展到 TRO7(其中TRO3是气垫车)， TRO4以前的曾用火箭推进，从 TRO5开始改用直线同步电机驱动TRO5轨长 l公里，最高时速90公里，载乘70人，1974年在汉堡国际博览会上展出，历时3周，载客4万余人次，未发生任何故障此后，德国实施TVE计划，建造 TRO6和拉腾镇的爱姆斯朗（Emsland）试验场，以试验列车的转弯、爬坡、行进速度等功能试验场的环形轨道长31.5公里，倾角1.2度，坡度10％，设有高4.7米，跨度25米的高架路轨和三个道岔的试验线起动时间约1分钟，时速200公里，全程运行时间12分钟，最高时速412.6公里，1690米弯道运行时速256公里后又建造 TRO7，它是 TRO6的改进型，1988年投入试运行。

到1989年底，包括商业运行在内共试运行1.2万公里，软硬件耐久试验达5万小时，在隧道进行了各种雷击试验在 EMS型磁浮列车技术已成熟的基础上，德国还计划实施汉堡至柏林的磁浮线路工程1996年正式动工，2001年交付使用线路全长287公里，设计时速500公里，全程运行时间53分钟每列车由4节车厢组成，共332个座位，每10分钟发 l列车，全天运行95列车德国西门子公司也曾发展过 EDS型磁浮列车技术，并在1976年获得时速12O公里的结果由于其在能耗指标、强磁污染、发展风险等方面，都明显不如 EMS型，自1979年起，德国终止了 EDS型的研究德国快速运输试验公司的试验专务理事布勒富克(F． Blefuk)说：“我们在1977年之前曾就超导和常导两种方式进行了研究，两种方式的优缺点的综合对比分析结果表明，常导方式更合适德国研制EDS型的有关技术已用于其他方面，如核磁共振技术、直线同步电机等日本地少人多，历来重视铁路技术的发展日本航空公司(JAL)1974年开始 EMS型磁浮列车的设计研究工作， 先后研制出HSST-01、02、O3等型号HSST-03于1985年和1986年分别在日本筑波和加拿大温哥华展出，共进行349天载人运行。

在 HSST-03的基础上改进， JAL又建造了 HSST-04和 HSST-05，运行可靠性分别达到96.2％和99．8％HSST系列均属 EMS型，在低速下（比如时速100公里）行驶，噪声很低，很适于作市内交通工具日本国有铁路(JNR)则致力于 EDS型研制，于60年代中期就起步研究1972年研制成的 ML100是世界上第一台 EDS型磁浮列车1979年又研制成功 ML5O0，时速517公里，是陆面交通工具移动速度的世界纪录若在东京与成田机场架设这样的线路，单程仅需10分钟，由东京到大贩也仅需 l小时日本很重视 EDS型技术的开发，并把它与高温超导材料的研究联系在一起，以求更快发展英国是最早进行磁浮列车商业运营的国家，连接伯明翰车站与机场的900米运行线1984年投入运营，采用 EMS型,时速48公里，尚在使用，但研究进展不大美国地广人稀，公路网和空中航线四通八达，长期忽视铁路发展进入9O年代后，美国科技界、工业界对磁浮列车技术表现出十分浓厚的兴趣，大有急起直追之势1993年5月，第12届国际磁浮列车会议在美国举行美国国会拟定拨款7．25亿美元支持磁浮列车技术的发展，美国政府也成立 NMI组织(NationalMaglev Initiative)，拟分四个阶段发展此项技术。

现已进行系统概念定义(SCD)研究 SCD方案中，三个为 EDS型，一个为 EMS型EMS型的悬浮与推进系统原理上与德国的TRASPAID类似，但采用超导型的概念(追求技术新)，悬浮间隙为4厘米(德国为 l厘米)，时速超过500公里(追求速度快)1993年7月开始概念设计，1995年进入工程实验阶段，1997年7月以后开始第四阶段，建造应用线路由上可见，尽管磁浮列车有明显的优点，但由于各国情况不同，所以对它的重视程度和发展路线也各不相同除上述国家外，法国、锻国、韩国也都有研究计划考虑到劳动力价格愈来愈高，往返时间将成为商品生产中非常关键的因素在未来的市区至机场、市中心至卫星城之间的短程交通(50公里以内)，城市间的中程交通(50～100公里)，作为交通走廊的远程交通(lO0～100O公里)中，磁浮列车都是有竞争力的最初，发展磁浮列车技术就是追求高速当时， HSST-01的目标就是为时速超过300公里提供技术，即使电机推不上去，也要用火箭推上去但发展至今，由于 HSST系列结构简单、噪声低、研制周期短、轨道造价低，对于城区、城郊的公共交通有明显的优越性，人们反而对它的中低速(时速在200公里以内)性能感兴趣。

磁浮列车技术在中国前景广阔中国幅员辽阔，人口众多，经济正处起飞阶段，交通问题十分紧迫就陆路交通而言，中国可耕地面积仅占。