正文 第22章 磁浮列車(1 / 1)

當前許多國家都在為提高陸地交通運輸的速度、減少甚至消除汽車燃料對環境的汙染而進行著多方麵的研究和試驗。磁浮列車和磁儲氫汽車的研究、試驗和初步應用便是其中之一。

目前一般火車的速度隻有每小時約幾十公裏到上百公裏,在多方麵采取一些改善措施後可以提高到每小時約100—200公裏或稍高一些。但是由於火車速度越高,火車車輪與鐵軌之間的摩擦也越大,這就限製了火車速度的進一步提高。如果能夠使火車從鐵軌上浮起來,消除了火車車輪與鐵軌之間的摩擦,不就能很大的提高火車的速度嗎?但是如何使火車從鐵軌上浮起來呢?一般說來有兩種可能的浮起方法。一種是氣浮法,就是使火車向鐵軌下的地麵大量高速噴氣而利用其反作用力把火車從鐵軌道上浮起,但這樣會激揚起大量塵土和產生很大噪聲,都會對環境造成塵土和噪聲汙染而不能采用。另一種是磁浮法,就是利用火車與鐵路軌道之間的磁作用力使火車從鐵軌上浮起來,這樣既不會場起塵土,也不會產生噴氣噪聲,因而是一種提高火車速度的好方法。

我國已建成的有四川都江堰市青城山旅遊區和上海市浦東的磁浮列車等。還可能建設北京至天津的長途磁浮列車。磁浮列車所用的產生磁場的磁體或稱磁鐵可以采用永磁體,一般由磁體或超導磁體或它們組合的複合磁體等。磁浮列車的優點較多,例如運行平穩,舒適性好;安全性高;速度調節範圍寬,可適用於不同的距離和不同的要求;噪聲磁鐵低,既無鐵軌與車輪的摩擦噪聲,又無傳動和滾動噪聲;平時由計算機對電力和電子設備進行檢測,不需要一般火車的機械等例行檢修,故維護費用低。但是,修建磁浮鐵路和製造磁浮列車的初投經費卻是很高的。

目前尚處於研究和試驗中的磁儲氫汽車是另一類具有特殊優勢的磁交通設備。因為目前使用的汽車所用的燃料汽油在燃燒時產生的廢氣會造成環境汙染,汽油的來源石油在地球上是有限的,因此研究和應用在汽車上既無汙染、來源又豐富的新的汽車燃料便成為當前的一個重要問題。這問題是否也可以從磁科學技術來解決呢?利用磁儲氫材料作汽車燃料就是一個重要的解決途徑。什麼是磁儲氫材料?磁儲氫材料有什麼特點?從科學研究知道,氫是一種無汙染或嚴格說汙染極微小的燃料,可供燃燒的單位質量的能量密度很高。根據科學推算,地球上的石油儲量隻夠用較短時期,但氫含有的作為燃料的化學能和作為熱核聚變能源的核聚變能卻可供使用約1千億(1011)年,這比地球的年齡還要長,大約相當於宇宙演化年齡,甚至更長。但是要在汽車中使用氫的化學能,卻不能簡單地使用純氣態氫或純液態氫作燃料。這是因為純氣態氫的體積太大,而且純氣態氫和純液態氫都有易燃燒爆炸的安全問題。如果使用固態儲氫材料,即將氫以固態化合物的組元形態存儲在固態材料中,然後在一定的條件下釋放出氣態氫用作汽車燃料。在固態儲氫材料中,磁性材料和含強磁性元素的化合物的磁儲氫材料占有重要的地位。例如常用的儲氫材料就有鎳-鎂-氫化物(NiMgH4)、鐵-鈦-氫化物(FeTiH1.95)和鑭-鎳-氫化物(LaNi5H7)等。目前已經進行過在汽車中應用磁儲氫器的許多試驗。這些磁儲氫器在使用一定時間後,又需要在一定條件下進行再充氫氣。這就像蓄電池在使用一定時間後需要進行再充電一樣。不過目前的磁儲氫器的不足之處是磁儲氫材料的重量還較大,還需要進一步減輕磁儲氫材料的重量。還有即將在汽車中應用的氫燃料電池,雖未用到磁,卻也是值得關注的。

一個永磁體與另一個永磁體能夠不接觸而互相施加力,人們曾經稱這樣的現象為超距作用。近代的物理學家為了解釋電荷之間的和永磁體之間的相互作用力引入了“場”的概念:在一個永磁體周圍的空間中存在著一個磁場,使處於這空間中任何位置的另一個永磁體受到磁場所施加力的作用,同時第二個永磁體所產生的磁場也對第一個永磁體施加著反作用力。因為力是矢量,所以磁場是矢量場。許多實驗事實都證明,磁場是真實的存在。

抗磁性的基本來源是電磁感應。電磁感應是法拉第的重大發現:圍繞著隨時間變化著的磁通量,有感應電動勢(或即電場)產生,故能在導線電路中產生電流或在大塊導體中產生渦流。這裏感應電流所產生的磁場對感應起它們的磁場變化起著反抗作用,這就是楞次定律。

尋常導體中因有電阻,在穩恒磁場的建立過程中感應產生的電流很快被消耗掉,它們隻有在瞬時,電磁感應對原子或分子內運動著的電子也有類似的作用。可見,一切物質都有一定的抗磁性,隻因它很微弱,易被其他磁性所掩蔽。

顯示抗磁性的物質的原子、離子或分子中的電子在基態都是成對的配合了的,它們的自旋磁矩和軌道磁矩各互相抵消。

超導電性材料在外磁場中被冷卻至其臨界溫度以下時,體內即產生電流,把體內磁通量全部排至體外,這就是邁斯納效應。所以超導體也被稱為完全的抗磁體。