STEM互動學堂｜認識磁浮列車 摩擦力減 車速提升【596期】
發佈時間：00:00 2021-10-28
之前本欄談過STEM工作坊中，會教授製作老鼠夾車、鹽水動力車及太陽能車，今期筆者會談談磁浮列車和超迴路列車。磁浮列車絕對是新世代的 運輸工具，年少時我們喜歡玩磁石，利用磁石嘗試吸起各種重物，也明白同磁極（N-N或S-S）相拒、異磁極（N-S）相吸的道理。磁浮列車的原理也類近，當然其實質運作遠比磁石複雜得多。
電能推動相對環保
簡而言之，磁浮列車是利用電磁鐵（因為電磁鐵較易控制）的異極相吸、同極相斥原理，以磁力令列車浮在路軌上。一旦列車浮起，不再觸碰路軌，其摩擦力便會大減。之後再利用路軌兩旁的電磁鐵，以「異極相吸」拉動列車向前推進，由於摩擦力大減，所以車速可以大幅提升。另外，因為列車不接觸路軌，所以行駛時噪音大減，因摩擦而引致的損耗也會大大減少。再者，磁浮列車是完全以電能推動，相對較環保，耗能較低。
磁浮技術分三種
當然，磁浮列車也有明顯的缺點，就是造價高昂，而且未必能與現有鐵路接軌。正正由於其造價高，磁浮列車至今還未被廣泛應用。現今的磁浮技術一般可分為三種：電磁力懸浮（EMS）技術、電動力懸浮（EDS）技術及永磁力EDS（Inductrack）。電磁力懸浮技術主要源自德國，也應用於上海浦東的磁浮列車；電動力懸浮技術則主要應用在日本的磁浮列車上。兩者技術的主要差異在於電磁力是利用電磁鐵的吸力，而電動力是利用電磁鐵的斥力，並運用到低溫超導技術。
Inductrack則不使用超導磁體或電磁鐵驅動，而是使用磁力強大的永久室溫磁鐵，在每個車廂下方設置扁平磁性棒，以特殊方式排列，讓每個欄的磁性取向成直角相鄰方向，產生非常強的磁場。Inductrack會在軌道產生感應電流以產生磁懸浮力，當移動靠近導綫環路的永久磁鐵，會導致電流在導綫中流動，從而產生排斥的電磁力。只要列車以比步行稍快的每小時幾公里的低臨界速度移動，就可令列車懸浮於軌道上數厘米。Inductrack為美國能源部轄下的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）與Hyperloop Transportation Technologies的合作研究。
本文談過磁浮列車技術，下期筆者會講講超迴路列車，並比較兩者的優劣。
文：科學世界學術總監謝志庭 圖：科學世界學術總監謝志庭
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