磁懸浮技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)(龍星宇)

1、隨著航天事業(yè)的發(fā)展，模擬微重力環(huán)境下的空間懸浮技術(shù)已成為進(jìn)行相關(guān)高科技研究的重要手段。目前的懸浮技術(shù)主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術(shù)比較成熟。電磁懸浮技術(shù)簡稱EML技術(shù)。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬的懸浮體。它的主要原理是利用高頻電磁場在金屬表面產(chǎn)生的渦流來實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬球的懸浮。將一個(gè)金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時(shí)，高頻電磁場會(huì)在金屬材料表面產(chǎn)生一高頻渦流，這一高頻渦流與外磁場相互作用，使金屬樣品受到一個(gè)洛淪茲力的作用。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過改變高頻源的功率使電磁力與重力

2、相等，即可實(shí)現(xiàn)電磁懸浮。磁懸浮列車原理圖當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，由于電磁感應(yīng)，附近的另一個(gè)線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。實(shí)際上這個(gè)線圈附近的任何導(dǎo)體中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。如果用圖表示這樣的感應(yīng)電流，看起來就像水中的旋渦，所以我們把它叫做渦電流引。磁懸浮列車實(shí)際上是靠電磁吸力或者電動(dòng)斥力將列車懸浮于空中并進(jìn)行導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)列車與地面間的無機(jī)械接觸，大大減小運(yùn)行阻力，從而達(dá)到高速運(yùn)行的目的。磁懸浮列車采用長定子同步直流電機(jī)將點(diǎn)供至地面線圈，驅(qū)動(dòng)列車高速行駛。磁懸浮列車主要依靠電磁力來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鐵路中的支撐、導(dǎo)向。牽引和制動(dòng)的功能。與軌道保持一定的距離，處于一種“若即若離”的狀態(tài)。磁懸浮列車分為常導(dǎo)磁吸型和超導(dǎo)

3、磁斥型。 常導(dǎo)型也稱常導(dǎo)磁吸型，以德國高速常導(dǎo)磁浮列車為代表，它是利用普通直流電電磁吸力的原理將列車懸起，懸浮距離較小，一半10mm左右。常導(dǎo)型高速磁懸浮列車的速度可達(dá)400500km/h，適合城市間的遠(yuǎn)距離快速運(yùn)輸。在車體的底部及兩側(cè)倒轉(zhuǎn)向上的頂部安裝磁鐵，在T形導(dǎo)軌的上方和伸臂部分下方分別設(shè)反作用板和感應(yīng)鋼板，控制電磁鐵和導(dǎo)軌見保持10-15mm的間隙，并使導(dǎo)軌的吸引力與車輛的重力平衡，從而是車體懸浮于車道的導(dǎo)軌面上運(yùn)行。車頭部的電磁體N極被安裝在靠前一點(diǎn)的軌道上的電磁體S極所吸引，同時(shí)又被安裝在軌道上稍后一點(diǎn)的電磁體N極所排斥。列車前進(jìn)時(shí)，線圈里流動(dòng)的電流方向就反過來，即原來的S極變成N

4、極，N極變成S極。周而復(fù)始，列車就向前奔馳。據(jù)稱，在陸地上的交通工具沒有輪子是很危險(xiǎn)的。要克服很大的慣性，只有通過輪子與軌道的制動(dòng)力來克服。磁懸浮列車沒有輪子，如果突然停電，靠滑動(dòng)摩擦是很危險(xiǎn)的。而對(duì)于磁懸浮，當(dāng)遭遇突然停電，采取的是機(jī)械臂鎖死軌道強(qiáng)制停車，這正是磁懸浮相對(duì)于輪軌滑動(dòng)摩擦制動(dòng)方式而言會(huì)更加危險(xiǎn)。導(dǎo)致車毀人亡的悲劇。1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林昂內(nèi)斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98時(shí)，汞的電阻突然消失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡末林昂內(nèi)斯稱之為超導(dǎo)態(tài)?？钟捎谒倪@一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾獎(jiǎng)人們把處

5、于超導(dǎo)狀態(tài)的導(dǎo)體稱之為“超導(dǎo)體”。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。導(dǎo)體沒有了電阻，電流流經(jīng)超導(dǎo)體時(shí)就不發(fā)生熱損耗，電流可以毫無阻力地在導(dǎo)線中形成強(qiáng)大的電流，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場。后來人們還做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在一個(gè)淺平的錫盤中，放入一個(gè)體積很小但磁性很強(qiáng)的永久磁體，然后把溫度降低，使錫盤出現(xiàn)超導(dǎo)性，這時(shí)可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，慢慢地飄起，懸浮。超導(dǎo)材料和超導(dǎo)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。超導(dǎo)現(xiàn)象中的邁斯納效應(yīng)使人們可以用此原理制造超導(dǎo)列車和超導(dǎo)船，由于這些交通工具將在懸浮無摩擦狀態(tài)下運(yùn)行，這將大大提高它們的速度和安靜性，并有效減少機(jī)械磨損。超導(dǎo)態(tài)的另一個(gè)基本性質(zhì)是抗磁性，又稱邁斯納效應(yīng)。即在磁場中一個(gè)超導(dǎo)體只要處于超導(dǎo)態(tài)，則它內(nèi)部產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與外磁場完全抵消，從而內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。也就是說，磁力線完