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中国600 km / h高速磁悬浮列车完成试运行 | 为什么超导体能悬浮磁体

时间:2022-04-14 08:24:18

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中国600 km / h高速磁悬浮列车完成试运行 | 为什么超导体能悬浮磁体

十一维纳米材料研究所

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相信各位都知道磁悬浮列车吧?

此前,我国磁悬浮列车的最高时速为450公里。

就在近几日,时速为600 km/h的高速磁悬浮试验车在上海同济大学的磁悬浮线上成功进行了试运行,标志着中国高速磁悬浮研究与开发的新的重要突破。

600 km/h高速磁悬浮运输系统的开发是由科技部发起的中国“高级轨道交通”计划的重点项目。

自7月项目启动以来,这是该原型机的首次试车。

该项目团队由中国中车青岛四方股份有限公司负责技术部分,汇集了来自30多家企业,大学和研究机构的专家。他们在过去的四年中突破了高速磁悬浮系列的核心技术,并在地面调试和静态测试之后实现了正常的测试操作。

在磁悬浮试验轨道上,该原型机首次进行了系统联合调试,并在各种工作条件下进行了动态运行测试。

中国中车青岛分公司研发团队负责人,副总工程师丁三三说:“在多条件测试期间,车辆显示出稳定的悬架引导和良好的运行状态。所有关键技术指标均达到设计要求和期望。”四方

试运行看到了从静态到动态运行的改进,获得了大量关键数据,并初步验证了高速磁悬浮系统和核心组件的关键性能,这为后续开发和优化提供了重要的技术支持-高速磁悬浮项目测试车。

高速磁悬浮原型系统预计将在底下线。

哇塞!

认识了它的厉害,

那你它是怎么工作的吗?

超导线圈是磁悬浮列车的最关键设备之一,它使列车获得上浮、推进、导向力。

什么是超导体?超导体是如何发现的?

科学家发现许多金属和合金具有在低温下完全失去电阻和完全抗磁性的特性,具有这种性质的导体称为超导体。

荷兰莱顿大学的物理学家卡末林—昂内斯

19,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。由于这一发现他获得了19诺贝尔奖。

为了证实(超导体)电阻为零,科学家将一个铅制的圆环,放入温度低于Tc=7.2K的空间,利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果发现,环内电流能持续下去,从1954年3月16日始,到1956年9月5日止,在两年半的时间内的电流一直没有衰减,这说明圆环内的电能没有损失。

“迈斯纳效应”——超导体完全抗磁性

超导体一旦进入超导状态,体内的磁通量将全部被排出体外,磁感应强度恒为零,且不论对导体是先降温后加磁场,还是先加磁场后降温,只要进入超导状态,超导体就把全部磁通量排出体外。

1933年德国物理学家迈斯纳(W.Meissner)和奥森菲尔德(R.Ochsebfekd)对锡单晶球超导体做磁场分布测量时发现,在小磁场中把金属冷却进入超导态时,体内的磁力线一下被排出,磁力线不能穿过它的体内,也就是说超导体处于超导态时,体内的磁场恒等于零。这种效应被称为“迈斯纳效应”。

超导体一旦进入超导状态,体内的磁通量将全部被排出体外,磁感应强度恒为零,且不论对导体是先降温后加磁场,还是先加磁场后降温,只要进入超导状态,超导体就把全部磁通量排出体外。此外,超导体还是完全的抗磁体,外加磁场无法进入或(严格说是)大范围地存在于超导体内部,这是超导体的另一个基本特性。

由于超导体的完全抗磁性,使小磁铁的磁力线无法穿透超导体,磁场发生畸变,便产生了一个向上的浮力(白雾是由于液氮对空气中的水蒸气冷却所致)

后来人们还做过这样一个实验,在一个浅平的锡盘中,放入一个体积很小磁性很强的永久磁铁,然后把温度降低,使锡出现超导性。这时可以看到,小磁铁竟然离开锡盘表面,飘然升起,与锡盘保持一定距离后,便悬空不动了。

这是由于超导体“不允许”其内部有任何磁场,如果外界有一个磁场要通过超导体内部,那么超导体必然会产生一个与之相反的磁场,保证内部磁场强度为零。这就形成了一个斥力。当在一个超导体正下方放置一个磁体,并使磁感线垂直通过超导体的时候,超导体将获得垂直的上浮力。当这个力的大小刚好等于超导体的重力的时候,超导体就可以悬浮在空中。

迈斯纳效应判别物质是否具有超导性

迈斯纳效应指明了超导态是一个动态平衡状态,与如何进入超导态的途径无关,超导态的零电阻现象和迈斯纳效应是超导态的两个相互独立,又相互联系的基本属性。单纯的零电阻并不能保证迈斯纳效应的存在,但零电阻效应又是迈斯纳效应的必要条件。因此,衡量一种材料是否是超导体,必须看是否同时具备零电阻和迈斯纳效应。

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