STEM互动学堂｜认识磁浮列车 摩擦力减 车速提升【596期】
发布时间：00:00 2021-10-28 HKT
之前本栏谈过STEM工作坊中，会教授制作老鼠夹车、盐水动力车及太阳能车，今期笔者会谈谈磁浮列车和超回路列车。磁浮列车绝对是新世代的 运输工具，年少时我们喜欢玩磁石，利用磁石尝试吸起各种重物，也明白同磁极（N-N或S-S）相拒、异磁极（N-S）相吸的道理。磁浮列车的原理也类近，当然其实质运作远比磁石复杂得多。
电能推动相对环保
简而言之，磁浮列车是利用电磁铁（因为电磁铁较易控制）的异极相吸、同极相斥原理，以磁力令列车浮在路轨上。一旦列车浮起，不再触碰路轨，其摩擦力便会大减。之后再利用路轨两旁的电磁铁，以「异极相吸」拉动列车向前推进，由于摩擦力大减，所以车速可以大幅提升。另外，因为列车不接触路轨，所以行驶时噪音大减，因摩擦而引致的损耗也会大大减少。再者，磁浮列车是完全以电能推动，相对较环保，耗能较低。
磁浮技术分三种
当然，磁浮列车也有明显的缺点，就是造价高昂，而且未必能与现有铁路接轨。正正由于其造价高，磁浮列车至今还未被广泛应用。现今的磁浮技术一般可分为三种：电磁力悬浮（EMS）技术、电动力悬浮（EDS）技术及永磁力EDS（Inductrack）。电磁力悬浮技术主要源自德国，也应用于上海浦东的磁浮列车；电动力悬浮技术则主要应用在日本的磁浮列车上。两者技术的主要差异在于电磁力是利用电磁铁的吸力，而电动力是利用电磁铁的斥力，并运用到低温超导技术。
Inductrack则不使用超导磁体或电磁铁驱动，而是使用磁力强大的永久室温磁铁，在每个车厢下方设置扁平磁性棒，以特殊方式排列，让每个栏的磁性取向成直角相邻方向，产生非常强的磁场。Inductrack会在轨道产生感应电流以产生磁悬浮力，当移动靠近导线环路的永久磁铁，会导致电流在导线中流动，从而产生排斥的电磁力。只要列车以比步行稍快的每小时几公里的低临界速度移动，就可令列车悬浮于轨道上数厘米。Inductrack为美国能源部辖下的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）与Hyperloop Transportation Technologies的合作研究。
本文谈过磁浮列车技术，下期笔者会讲讲超回路列车，并比较两者的优劣。
文：科学世界学术总监谢志庭 图：科学世界学术总监谢志庭
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