磁悬浮技术和超导技术(龙星宇)剖析.pptx

磁悬浮技术和超导悬浮技术 磁悬浮技术 随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。 电磁悬浮技术简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属的悬浮体。 原理 它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。 将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。 磁悬浮列车原理图 涡流 当线圈中的电流随时间变化时，由于电磁感应，附近的另一个线圈中会产生感应电流。实际上这个线圈附近的任何导体中都会产生感应电流。如果用图表示这样的感应电流，看起来就像水中的旋涡，所以我们把它叫做涡电流引。 磁悬浮列车 磁悬浮列车实际上是靠电磁吸力或者电动斥力将列车悬浮于空中并进行导向，实现列车与地面间的无机械接触，大大减小运行阻力，从而达到高速运行的目的。 磁悬浮列车采用长定子同步直流电机将点供至地面线圈，驱动列车高速行驶。 磁悬浮列车主要依靠电磁力来实现传统铁路中的支撑、导向。牵引和制动的功能。与轨道保持一定的距离，处于一种“若即若离”的状态。 磁悬浮列车分为常导磁吸型和超导磁斥型。 磁悬浮列车 常导型也称常导磁吸型，以德国高速常导磁浮列车为代表，它是利用普通直流电电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮距离较小，一半10mm左右。 常导型高速磁悬浮列车的速度可达400~500km/h，适合城市间的远距离快速运输。 磁悬浮列车 在车体的底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁和导轨见保持10-15mm的间隙，并使导轨的吸引力与车辆的重力平衡，从而是车体悬浮于车道的导轨面上运行。 磁悬浮列车前进原理 车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。周而复始，列车就向前奔驰。 磁悬浮列车的不足 据称，在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的。要克服很大的惯性，只有通过轮子与轨道的制动力来克服。磁悬浮列车没有轮子，如果突然停电，靠滑动摩擦是很危险的。而对于磁悬浮，当遭遇突然停电，采取的是机械臂锁死轨道强制停车，这正是磁悬浮相对于轮轨滑动摩擦制动方式而言会更加危险。导致车毁人亡的悲剧。 超导悬浮技术 1911年，荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯意外地发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖 人们把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。 超导悬浮技术 后来人们还做过这样一个实验：在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体，然后把温度降低，使锡盘出现超导性，这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，慢慢地飘起，悬浮。 超导材料和超导技术有着广阔的应用前景。超导现象中的迈斯纳效应使人们可以用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在悬浮无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性，并有效减少机械磨损。 超导悬浮技术 超导态的另一个基本性质是抗磁性，又称迈斯纳效应。即在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，磁力线完全被排斥在超导体外面，如图所示。 超导悬浮技术 超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型列车，以日本为代表。它是利用超导体的抗磁性，列车运行时布置在地面上的线圈相互作用，产生斥力将列车悬起。