磁悬浮技术与磁悬浮列车

 随着上海磁悬浮线的全线开通,“磁悬浮”技术成为当前热点话题之一,并受到媒体的重视。磁悬浮列车的原理并不深奥。简单说是运用磁铁“同性相斥、异性相吸”的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,时速可达几百千米以上。跟飞机差不多了!这就是所谓的“磁悬浮列车”,亦称之为“磁垫车”。一、“磁性悬浮”原理磁悬浮技术的研究源于德国,早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理,人们称之为磁悬浮之父,并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。     

一种新型的轨道交通:磁悬浮列车

 据最近报道,上海市磁悬浮列车工程正式启动,这是上海市政府为解决快捷运送人流,改善城市交通做出的重大举措。报道说:“第一列磁悬浮列车将在2003年初在上海出现,这是一个从德国引进的合作项目。磁悬浮列车运行将从浦东地铁二号线一端的龙阳路到浦东国际机场,全长33千米,双线行驶,设计最大时速为450千米,单向运行时间8分钟。”那么,什么是磁悬浮(简称磁浮)列车呢?它是根据什么原理运行的?它与传统列车有什么区别呢?一、磁浮原理磁浮有3个基本原理。第一个原理是当靠近金属的磁场改变,金属上的电子会移动,并且产生电流。第二个原理就是电流的磁效应。     

例谈磁悬浮列车

世界第一条商业化运营的高速磁浮交通系统——上海磁浮示范运营线于2002年12月31日举行通车典礼，磁悬浮列车是根据电磁学原理研制的，在列车上设置线圈，当电流逆时针方向流动时产生N极向上、S极朝下的磁场；同时固定轨道上也设有线圈，使电流按顺时针     

一种高温超导磁悬浮装置

本文介绍一个基于倒挂吸引式(EMS)原理的高温超导磁悬浮试验装置．这个装置由高温超导磁体、单臂梁金属导轨、位置传感器、控制电路等组成．绕制超导磁体线圈所用的是Bi-2223／Ag高温超导线材．超导磁体工作在激磁电流为3．2A时，在5mm的空气间隙中产生0．21T的磁通密度，与单臂梁金属导轨可产生72N的垂直悬浮力．通过引入压控电流源，利用常规的超前一滞后校正实现了该磁悬浮装置的稳定悬浮和鲁棒控制，在负载变化87．5%的情况下仍能实现超导磁悬浮装置的稳定悬浮．该试验装置首次验证了高温超导线圈的可控性问题，为进一步探索高温超导线圈用于磁悬浮轨道交通系统的可行性打下了基础．     

高温超导磁悬浮系统中横向运动对悬浮力和导向力影响的研究

高温超导磁悬浮列车在运行过程中,导轨磁场的不连续或者机电耦合会引起车身的横向偏移.针对这一实际问题,本文研究了横向运动对竖直悬浮力和水平导向力的影响.实验中系统同时测试横向运动过程中不断变化悬浮力和导向力.研究发现运动过程中的悬浮力衰减与最大横向偏移量和往返运动次数有关;但导向力在第一次往返运动之后的往返运动中迟滞曲线基本不变.该工作可能为高温超导磁悬浮列车系统提供一定科学依据.     

高温超导磁悬浮系统中横向运动对悬浮力和导向力影响的研究

高温超导磁悬浮列车在运行过程中，导轨磁场的不连续或者机电耦合会引起车身的横向偏移．针对这一实际问题，本文研究了横向运动对竖直悬浮力和水平导向力的影响．实验中系统同时测试横向运动过程中不断变化悬浮力和导向力．研究发现运动过程中的悬浮力衰减与最大横向偏移量和往返运动次数有关；但导向力在第一次往返运动之后的往返运动中迟滞曲线基本不变．该工作可能为高温超导磁悬浮列车系统提供一定科学依据．     

超导磁悬浮的物理演示

论述一台高临界温度超本磁悬浮列车物理课堂演示装置，该装置为一个盛放高监界温度超导体的列车模型，在具有磁束缚的封闭磁轨道上方悬浮；或在磁轨道下方倒挂“悬浮”，并可在直线电机加速装置或旋转磁场加速装置作用下，沿这一长度约为１．７ｍ的封闭磁轨道，以悬浮或倒挂“悬浮”状态无摩擦地连续运转。     

磁极倒转——地球演化史上最激动人心的一幕

 地球磁极变化的最激动人心一幕是“磁极倒转”事件。在地球演化史中,“磁极倒转”事件经常发生。如今,“磁极倒转”再次被媒体所关注。这,是灾难逼近,还是“杞人忧地”?地球曾经多次发生过磁极倒转事件!人们都知道,地球是个大磁场。然而,地球的磁场并非亘古不变,它的南北磁极曾经对换过位置,这就是所谓的“磁极倒转”。     

NdFeB永磁导轨上YBaCuO块材悬浮力与磁场和磁场梯度关系的研究

本文研究熔融织构法YBaCuO块材在NdFeB永磁导轨上的悬浮力与悬浮间距、外磁场及磁场梯度间的关系。永磁导轨的表面磁感应强度高达1．2T。实验结果表明悬浮力随悬浮间距的减小呈指数增长，而与导轨中心的磁场及磁场梯度基本成线性关系，因为测量磁场比测量磁场梯度更容易，所以该实验结果为熔融织构法YBaCuO块材与NdFeB永磁导轨间的悬浮力估算提供了一种可能的新方法，同时对永磁导轨的设计具有指导意义。     

目标场法在悬浮超导球体的球形线圈设计中的应用

文中把目标场法引入到悬浮超导球体的球形线圈设计中,根据目标场法产生均匀磁场的原理,通过离散化绕组来近似处理球形线圈在超导球体和球形线圈的间隙内产生均匀磁场的电流密度分布规律。利用有限元分析和验证,在超导球体与球形线圈之间的间隙内产生了具有很好均匀性的悬浮磁场,这会明显提高超导球体悬浮的刚度和稳定性。     

梯形高温超导磁体电磁特性仿真与实验研究

超导电动悬浮列车以超导磁体作为核心部件, 具有环境影响小、 高速下自稳定、 安全性能好等优点, 已成为高速轨道交通的重要发展方向之一. 然而, 传统的磁体线圈结构存在绕组内磁场过于集中的问题, 导致磁体的临界电流下降显著, 列车的悬浮及安全性能也受到影响. 针对现有悬浮磁体结构自场集中导致的临界电流衰减问题,本文提出了一种梯形高温超导磁体线圈结构. 建立了一种可以提升磁体临界电流计算效率的均质自洽模型, 设计了梯形结构线圈的结构参数并完成了磁体线圈的绕制. 实验和计算结果表明, 自洽模型计算的磁体临界电流与实验测量值吻合良好, 验证了模型的准确性. 利用该模型对日本山梨试验线上的全尺寸车载高温超导磁体进行了结构优化设计. 研究发现, 优化后的车载磁体绕组内磁场集中程度明显下降, 车载磁体的临界电流及目标区域的磁场强度显著提高. 本研究相关成果可为电动悬浮列车车载磁体的结构设计提供参考.     

YBCO高温超导块悬浮力性能研究

本文利用排布在液氮低温容器底部的多块超导块以测试其悬浮特性.结果表明:YBCO块材在永磁导轨上的悬浮力与二者间距的变化过程有关;不同的变化过程会在相同的悬浮间隙位置得到不同的悬浮力.这一研究结果对磁悬浮列车的优化设计有着重要的意义.     

抗磁性物质磁悬浮可行性分析及实现

从理论和实验上说明石墨、铜等抗磁性的"非磁"物质在磁场中也受到磁场的作用力.实验中尝试了各种不同类型的永磁体序列,并利用4块一组的永磁铁序列产生梯度场,使磁铁表面上方产生可供抗磁性物质悬浮的稳定区域,成功实现了石墨的悬浮.此外,还利用顺磁性溶液及电磁铁实现了氧化铝和硅的悬浮.     

封面照片说明

 这是被称为“宇宙枪手”的“隼鸟”号小行星探测器,它是由日本科学家设计制造的。这次探测计划与2005年7月实施的“深度撞击”不同,它不是与小行星硬碰硬,而是通过一系列操控来完成,从而收集小行星的信息。“隼鸟”号装有一支长40厘米的枪,枪管开口处呈喇叭形状。当“隼鸟”号接近小行星时,会向其表面射出一颗直径1厘米,速度180米/秒的金属子弹,枪击所激起的小行星表面物质会被喇叭状的枪口吸入并收集。按计划射击将进行两次。同时“隼鸟”号还要在小行星表面放置一个漫游器以获取更多的资料。“枪击”计划于2005年11月上旬实施。     

永磁导轨上高温超导块材排布方式与悬浮力关系的研究

本文研究了YBCO块材排布方式与其在永磁导轨上悬浮力的关系.实验结果表明:悬浮力与随悬浮间距成指数关系.而YBCO块材在导轨上方排列方式的不同,导致沿轨道横截面方向,每块超导块获得的悬浮力平均值差异较大.当超导块集中分布于轨道上方磁场强度最大的区域时,超导块平均悬浮力最大.这意味着,与其他排布方式相比,在获得同等悬浮力情况下,这种排布方法的超导块用量最少.这一结果对于超导磁悬浮系统的设计具有指导意义。     

电吉他的工作原理

 电吉他由于被广泛的应用于摇滚乐里,所以也称摇滚吉他。如图1所示,电吉他由琴头、琴颈、拾音器、琴桥、护板构成,顾名思义电吉他是需要接电的,它与一般吉他区别最大的是没有共鸣音箱,不是以箱体的振动发声,而是采用电子拾音器来接受声音,通过扩音器把声波信号放大,它的琴身是实体而非中空的音箱,在琴身上装有两块或三块磁铁,它们被做成拾音器。图1电吉他拾音器是电吉他最关键的设备,如图2所示。一根导线在一个小的磁铁上绕成线圈,线圈连接到扩音器。磁铁产生的磁场使弦线磁化,弦线反过来会产生自己的磁场,当弦线被拨动而产生振动时,它相对线圈运动,使通过线圈的磁通量发生变化。     

走向统一的自然力电力与磁力的统一(Ⅲ)

 19 世纪60 年代中期, 麦克斯韦在总结前人工作的基础上, 连续发表了3 篇论文:《论法拉第力线》、《论物理力线》和《电磁场的动力学理论》。一方面, 他在法拉第发现的电磁感应现象的基础上提出了“变化的磁场产生涡旋电场”;另一方面, 他创造性地引入“位移电流”代替安培环路定理中的稳恒“传导电流”来描述“变化的电场产生涡旋磁场”, 从而建立了完整的电磁场理论。1887 年, 赫兹通过一系列实验发现了麦克斯韦预言存在的电磁波, 并证实了光与电磁波的同一性, 为麦克斯韦电磁场理论提供了有力的实验验证。     

磁悬浮系统中多芯复合Nb3Sn超导线磁通跳跃的可调性研究

超导磁悬浮列车在加速启动的过程中,载有恒定大电流的超导线圈处在变化的磁场中,这会导致超导线圈发生磁通跳跃,从而降低线圈的载流能力.并且磁通跳跃会产生大量热量而使超导线圈温度急剧升高,严重时会导致超导线圈失超,所以对磁通跳跃的研究具有非常重要的科学意义.Nb₃Sn超导线是由多根微米级的超导芯丝、铜和环氧树脂形成的复合结构.本文通过约束每根芯丝的静电流为零的二维模型来分析三维绞扭效应,研究了超导线在交变磁场和恒定电流下的磁热不稳定性行为.通过分析交变磁场的幅值和频率对Nb3Sn超导线磁通跳跃的影响,发现当磁场幅值不变时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随频率非单调变化.而当频率一定时,初次发生磁通跳跃的磁场阈值B_th随交变磁场幅值单调变化.此外,随着幅值的减小,发生磁通跳跃的频率区间先变大后变小,直到某个临界频率后超导线不再发生磁通跳跃.本文的研究结果能够为调控超导线的磁热不稳定性行为提供理论依据.     

冷眼观潮看纳米

 纳米技术仍然更多地靠宣传而非实际的回报支撑着。要像几十年前的生物技术一样真正地开始得到应用,它还有两大问题需要解决。从原子物理一直到生物技术,科学的接力棒已经传到了纳米技术手中。数以十亿计的美元、欧元、日元和人民币投向了它。诸如“蜘蛛侠”和“少数派报告”的电影中有它的角色,在迈克尔·克里奇顿的最新畅销书“猎物”中它扮演恶棍。纳米技术正席卷物理科学和生命科学,甚至也将触角伸向了政治和社会领域。对于一门你尚不能取得学位的学科而言,这的确不简单。狂潮从何而起?在纳米技术中,科学家们关注的是物质的一种完全不同的状态---在已知的固态、液态、气态和等离子态之外的“表面”态。     

“3+综合”考试下的物理教学

 随着“3+综合”考试制度在全国范围内推广,物理学科不再是“3+2”模式下的1/5。相对于数、语、外来说,将由高考中并重的地位沦为“副科”,这是否意味着中学物理教学的意义将被削弱?在新的考试制度下,如何搞好物理教学?这将取决于“3+综合”考试对物理学科的要求和中学物理教学的意义。一、“3+综合”考试“3+综合”考试是“3+Ｘ”模式的一种形式,仅从教学的角度讲,它的意义也是重大的。首先在于它适应现代科技发展的特征。由于人的认识研究能力和精力的限制,同时也为了学习的方便,科学被人为地分解成各个学科,形成了越来越多的门类,使人对自然界的认识在一定程度上深刻、全面了。