قطار سریع السیر برقی چگونه کار می کند؟

آیا تا به حال با هواپیما سفر کرده اید یا به سفر هوایی فکر نموده اید؟ امروزه سفرهای هوایی بیشتر از سفرهای زمینی و دریایی مورد توجه واقع می شود و علی رغم تاخیرات مکرر در فرودگاه ها، هنوز هم راحت ترین و سریع ترین نوع مسافرت محسوب می گردند. با وجود این، شکل جدیدی از مسافرت های زمینی، قرن 21 را دستخوش تغییرات اساسی در امر نقل و انتقالات کرده است، همان کاری که هواپیماها در قرن بیستم انجام دادند.

امروزه، چندین کشور از نیروی آهنربای الکتریکی (الکترومغناطیس) برای توسعه قطارهای سریع السیر یا مَگلِو (Maglev) استفاده می کنند. این نوع قطارها به جای استفاده از چرخ و ریل های فولادی قدیمی، روی ریل های مغناطیسی شناور هستند.

شما می توانید در این مقاله یاد بگیرید که نیروی الکترومغناطیس چگونه کار می کند و چگونه قطارهای سریع السیر از این نیرو جهت حرکت خود استفاده می کنند.

نیروی الکترومغناطیس
اگر شما یک سیم را به دو قطب باتری وصل کنید، حول سیم یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود. حال اگر این سیم را دور یک فلز بپیچانیم، این میدان در فلز القاء می شود و فلز تبدیل به یک آهنربا می گردد. به عنوان مثال با پیچاندن سیم حول یک میخ و اتصال آن به باتری، جریان الکتریکی سیم باعث تبدیل میخ به یک آهنربا می شود و با قطع جریان، خاصیت آهنربایی میخ از بین می رود.

سیستم کار قطارهای سریع السیر نیز از روش ساده فوق پیروی می کنند. بزرگترین تفاوت قطارهای سریع السیر با قطارهای معمولی این است که این قطارها، موتور محرکه درونی ندارند، بلکه نیروی حرکت آنها را سیستم برق مرکزی تامین می کند. این نیروی برق از طریق سیم پیچ های تعبیه شده بین ریل ها باعث حرکت و هدایت قطار در طول مسیر آن می شود.

آویز الکترومغناطیس
طرز کار قطارهای سریع السیر بسیار ساده است. در زیر این قطارها نوعی آهنربای بزرگ نصب می کنند. سیم پیچ الکترومغناطیس شده در زیر ریل ها نیز که با عبور جریان، تبدیل به آهنربا می شود، یک نیروی دافعه (به دلیل همنام بودن قطب آهنربایی آن با آهنربای نصب شده در زیر قطار) تولید می کند و باعث شناوری قطار در فاصله 1 تا 10 سانتیمتری بالای ریل می شود. در این حالت قطار روی بالشتی از هوا حرکت خواهد کرد، بدون آنکه نیروی اصطکاک بین ریل و قطار باشد. نحوه حفظ تعادل قطار بالای ریل به شکل زیر است:

هنگامی که قطار با نیروی آهنربایی سیم پیچ ریل ها بلند می شود، نیروی برق این بار بطور متناوب و پشت سر هم به سیم پیچ های دیواره ریل ها رسانده می شود تا سیستم کشش و رانش به موازات ریل ها آغاز به کار کند. تغییرات متناوب جریان الکتریکی در سیم پیچ ها باعث می شود تا میدان مغناطیسی در جلوی قطار عامل کشش آن به جلو و میدان مغناطیسی در عقب قطار، باعث رانش قطار به جلو شود. وقتی این دو نیرو با هم جمع شوند، قطار با قدرت و سرعت باور نکردنی به جلو حرکت می کند.

با طراحی آیرودینامیک قطارها و نبود اصطکاک، قطارهای سریع السیر رکورد حرکت زمینی را شکسته و به سرعت 500 کیلومتر در ساعت رسیده اند. حداکثر سرعت یک هواپیمای بوئینگ 777 در پرواز طولانی به 905 کیلومتر بر ساعت می رسد. با مقایسه این دو وسیله و بالاتر بودن ایمنی در قطارها نسبت به هواپیماها، امروزه سفر با این قطارها به سرعت بین مردم رواج یافته است و در کشورهای پیشرفته، قطارهای سریع السیر جای هواپیما را در سفرهای برون شهری و حتی برون مرزی گرفته اند. بطوریکه فاصله میان پاریس تا رم را می توان در طی 2 ساعت با این قطارهای مگلو طی کرد.

آینده قطارهای سریع السیر
کشورهای پیشرفته هر کدام تکنولوژی های مختلفی را برای ساخت قطارهای سریع السیر آزمایش کرده اند. آلمانی ها سیستم EMS (مخفف ElectroMagnetic Suspension) را ساخته اند. در این سیستم، در قسمت زیرین قطار دو ریل وجود دارد و آهنربای الکتریکی، قطار را حتی در هنگام توقف کامل، در یک سانتیمتری بالای سطح نگاه می دارد. دیگر آهنرباهای جاسازی شده در قطار وظیفه کنترل وضعیت قطار را در حین حرکت بر عهده دارند تا قطار همواره در حالت پایدار قرار داشته باشد. آلمانی ها با این سیستم طراحی، سرعت قطارهایشان را به 480 کیلومتر در ساعت رسانده اند.

ژاپنی ها نیز سیستم EDS (مخفف ElectroDynamic Suspension) را ساخته اند. در این سیستم حتی با قطع نیروی برق در حین حرکت، قطار متوقف نمی شود و به حرکت خود ادامه می دهد! دیگر تفاوت سیستم ژاپنی ها در این است که در سرعت پایین تر از 100 کیلومتر بر ساعت، قطار روی چرخ لاستیکی حرکت می کند و وقتی سرعت به بالای 100 رسید، قطار 4 تا 10 سانتیمتر بالا می رود و روی بالشت هوا به حرکت ادامه می دهد.

[toggle title=”برای مشاهده منابع اینجا کلیک کنید.” state=”close” ]

مقاله علمی و آموزشی «قطار سریع السیر برقی چگونه کار می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت HowStuffWorks ترجمه شده توسط بهنام زاده به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.

[/toggle]