磁悬浮教材[资料]

磁悬浮演示实验
一、磁悬浮技术
悬浮技术的研究源于德国，早在1922年Hermann Kemper先生就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁浮列车的专利。

进入70年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。

根据当时轮轨极限速度的理论，科研工作者们认为，轮轨方式运输所能达到的极限速度为每小时350公里左右，要想超越这一速度运行，必须采取不依赖于轮轨的新式运输系统。

这种认识引起许多国家的科研部门的兴趣，但后来都中途放弃，目前只有德国和日本仍在继续进行磁悬浮系统的研究，并均取得了令世人瞩目的进展。

优点：磁悬浮列车主要依靠电磁力，而不是机械力，这样就大大避免了机械接触，无接触，没有摩擦，这样就可以更经济的达到较高的速度400－550公里/小时，对环境保护也有相当的作用。

目前中国对磁悬浮的铁路技术的研究还处在初级阶段，逐步掌握了低速磁悬浮控制技术，在去年5月份，上海的磁悬浮列车首次运行，它是世界上第一条投入运营的磁悬浮列车，上海的磁悬浮列车一次可乘959人，每小时发车12列，运行时，时速达到200公里，并一步步向最高速430公里前进。

二、实验原理
1．超导体电阻失踪的原因
超导现象是1911年由荷兰人海克·卡默林·翁内斯（1853～1926）发现的。

几十年中，没有人能做出解释。

在理论上让人信服的解释出现在半个世纪之后，即在1957年由物理学家约翰·巴丁（晶体管发明者之一）、利昂·库珀和约翰·施里弗宣布的“BCS理论”。

电流是一种在金属离子，亦即带有多出的正电荷的原子周围流动的自由电子，电阻的产生是因为离子阻碍了电子的流动，而阻碍的原因又是由于原子本身的热振动以及它们在空间位置的不确定所造成的。

在超导体中，电子一对一对结合构成了所谓的“库珀对”，它们中的每一对都以单个粒子的形式存在。

这些粒子抱成一团流动，不顾及金属离子的阻力，好像是液体一样在流动。

这样，事实上就中和了任何潜在的阻力因素。

2．超导体的抗磁性（即Meissner效应）
当超导体放在磁场中时，磁力线不能进入超导体内部，形成完全抗磁性。

如果将一个永磁体放在超导体上面，在容器中注入冷剂前，磁体停在超导体上；注入冷剂后，超导体被冷剂冷到超导态，它出现了抗磁性，它和永磁体间的排斥力使超导体上方的永磁体悬浮，当冷剂蒸发后，永磁体又落到超导体上。

3．磁悬浮列车的原理
悬浮的原理：列车上装有超导磁体，由于悬浮而在线圈上高速前进。

这些线圈固定在铁路的底部，由于电磁感应，在线圈里产生电流（图1），地面上线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总是保持相同，这样在线圈和电磁体之间就会一直存在排斥力，从而使列车悬浮起来。

前进的原理：在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变为电磁体。

由于它与列车上的超导电磁体的相互作用，就使列车开动起来。

正如图2所显示的，列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。

当列车到达图3所标的位置时，在线圈里流动的电流流向就反转过来了。

其结果就是原来那个S极线圈，现在变为N极线圈了，反之亦然。

这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。

根据车速，通过电能转换器调整在线圈里流动的交流电的频率和电压。

超导体的抓磁效应：排斥，吸引，抓紧不让其脱轨。