超導磁懸浮

超導磁懸浮

超導磁懸浮,是利用超導體的抗磁性可以實現磁懸浮。 當將一個永磁體移近超導體表面時,因為磁力線不能進入超導體內,所以在超導體表面形成很大的磁通密度梯度,感應出高臨界電流,從而對永磁體產生排斥。排斥力隨相對距離的減小而逐漸增大,它可以克服超導體的重力,使其懸浮在永磁體上方的一定高度上。當超導體遠離永磁體移動時,在超導體中產生一負的磁通密度,感應出反向的臨界電流,對永磁體產生吸力,可以克服超導體的重力,使其倒掛在永磁體下方的某一位置上。

基本內容

超導磁懸浮超導磁懸浮
超導磁懸浮 1911年荷蘭科學家卡末林▪昂內斯在測量低溫下水銀電阻率的時候發現, 當溫度降到零下269度附近, 水銀的電阻竟然消失了!圖1複製了當時的實驗曲線。電阻的消失叫做零電阻性。所謂“電阻消失”,只是說電阻小於儀表的最小可測電阻。也許有人會產生疑問:如果儀表的靈敏度進一步提高,會不會測出電阻呢?用“持久電流”實驗可以解決這個問題。

由正常導體組成的迴路是有電阻的,而電阻意味著電能的損耗,即電能轉化為熱。這樣, 如果沒有電源不斷地向迴路補充能量,迴路中的電能在極短時間( 以微秒計)里全部消耗完,電流衰減到零。如果迴路沒有電阻,自然就沒有電能的損耗。一旦在迴路中激勵起電流,不需要任何電源向迴路補充能量,

電流可以持續地存在下去。有人曾在超導材料做成的環中把電流維持兩年半之久而豪無衰減。由此可以電阻率的上限為10-23歐姆厘米,還不到最純的銅的剩餘電阻率的百萬億分之一。零電阻效應是超導態的兩個基本性質之一。

超導態的另一個基本性質是抗磁性,又稱邁斯納(Meissner) 效應。即在磁場中一個超導體只要處於超導態,則它內部產生的磁化強度與外磁場完全抵消,從而內部的磁感應強度為零。也就是說,磁力線完全被排斥在超導體外面,如圖所示。

超導磁懸浮

利用超導體的抗磁性可以實現磁懸浮。圖3是超導磁懸浮的示意圖。把一塊磁鐵放在超導盤上,由於超導盤把磁感應線排斥出去, 超導盤跟磁鐵之間有排斥力,結果磁鐵懸浮在超導盤的上方。這種超導懸浮在工程技術中是可以大大利用的, 超導懸浮列車就是一例。讓列車懸浮起來,與軌道脫離接觸,這樣列車在運行時的阻力降低很多,沿軌道“飛行”的速度可達500公里/小時。高溫超導體發現以後,超導態可以在液氮溫區(零下169度以上)出現,超導懸浮的裝置更為簡單, 成本也大為降低。我國的西南交通大學於1994年成功地研製了高溫超導懸浮實驗車。

超導體不僅是電阻為零的理想導體,而且也是一個理想的抗磁體。

在樣品進入超導態的瞬間,穿過樣品的磁通量突然全部被排斥出去了,這表明,只要樣品處於超導態,它就始終保持內部磁場為零,外部磁場的磁力線統統被排斥到體外,使磁場受到畸變。這種將磁場完全排斥於體外的性質,稱為完全抗磁性。這種現象叫做邁斯納效應。

圖中超導磁懸浮的演示,上面是用超強永磁體釹鐵硼製成的圓片,下面是燒制的高溫超導體釔鋇銅氧。

當溫度低於超導轉變點時,超導體進入完全抗磁性,即下方的超導體如同一塊和上方的永磁體同極相對的磁鐵一樣,使上方磁片的磁力線受到阻礙,全部磁力線排出超導體外,這些受阻磁力線的磁力使永磁片支托起來,飄浮在一個與自身重量相平衡的位置上。這就是“超導磁懸浮”,是顯示邁斯納效應很好的實驗。

超導磁懸浮是利用 磁鐵的 同極相斥 原理製造的,同時必須達到速度才可以建立起穩定的波浪電場。超導磁系列主要為日本製造的。現目前還沒有正式投入使用的鐵路

但要記住,上海龍陽路到浦東機場的磁懸浮列車,是德國,也就是德意志的技術,是常導磁系列,他沒有利用磁鐵的是否同極還是異極的問題

他是利用,磁鐵對鋼鐵材料的吸引作用實現懸浮的,而電磁鐵只能讓他保持懸浮而不可以前進, 從而車上還有一個直線電機(相當於把電動機的繞組鋪平)產生直線渦流,這個渦流由線圈作用於軌道上的感應鋼板而前進。

所以,軌道不需要通電,軌道上只有感應鋼板,感應鋼板不僅作為車中電磁鐵吸引感應鋼板使其懸浮的作用,還具有使直線電機與感應鋼板之間建立渦流而前進和制動的作用。(制動也是利用直線電機,利用電渦流效應)

超導磁懸浮車身必須是超導磁體,超導磁懸浮列車具有比常導型更高的速度,但同時相對的說,他看起來也更加的不太安全。

因為列車並不和常導型的那種那樣扣在軌道上,而是懸浮於軌道上空,和軌道沒有任何接觸(這裡指扣件),所以如果高速時候,假設軌道(超導型的軌道必須通電,就是說軌道有電磁鐵)或車上任何一方電力中斷,就會導致車輛脫離軌道,雖然日本人說這些事不會發生,但假設發生了怎么辦?

但他可以輕鬆超過500公里的速度,而常導的一般就在400多公里速度幾乎是極限了。但他由於是扣在軌道上,即使再嚴重事故,最多是車體和軌道摩擦,而不會脫落,除非扣件被徹底損壞,但那是車梁,也不容易損壞

鑒於這些那些的優點,超導磁懸浮列車就是利用目前書本常說的,利用磁鐵的同性相斥原理製造的,但必須達到80公里左右,磁場才可以達到足夠的波浪狀滾轉,使其穩定懸浮並且前進,他不需要使用直線電機,而且相比於常導的,擁有更加節能的特性(僅看車的一方,由於軌道通電,所以事實上也不節能)

但缺點比起常導的要多得多,最重要的就是安全了。還有就是軌道需要通電,消耗大量電能。

這些磁懸浮只分 超導磁和常導磁 兩類

超導磁的意思就是說,他是將電磁鐵線圈冷凍,讓線圈電阻幾乎為0,形成超導。從而幾乎不發熱。

常導磁就是普通環境下的電磁鐵了

高溫還是低溫超導磁的意思其實是說,,該磁鐵在那個溫度時候,他的繞組線圈可以形成超導,比如通常都需要-200度一下,但開發出的新材料,卻可以讓他在-170度左右實現超導,從而減小制冷機組的負載

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