上海磁悬浮列车靠什么原理运行?,上海磁悬浮列车430公里每小时

室温超导,能助沪深广磁悬浮列车一臂之力?

先说好消息

尽管室温超导还没有实验完全复现成功,但最新的结果至少表现出了抗磁性,就算不是完全的抗磁性,那至少也是有肉眼看得见的抗磁性。0电阻实验还在紧张进行着。

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华中科技大学材料学院博士后武浩、博士生杨丽,在常海欣教授的指导下,成功首次验证合成了可以磁悬浮的LK-99晶体,该晶体悬浮的角度比Sukbae Lee等人获得的样品磁悬浮角度更大,有望实现真正意义的无接触超导磁悬浮。

另一个好消息是,早在2021年2月,广东省发布了《广东省国土空间规划2020-2035年》公众版,规划首次提出将预留建设沪(深)广高速磁悬浮通道。这不,万一室温超导成功,600公里每小时是保底速度,上海到深圳只需要2.5小时,到广州只需要3小时,这不比飞机香吗?

列车是怎么浮起来的

同性相斥、异性相吸,N极排斥N极,S极拉拢N极。

磁悬浮列车原理示意图

可以看到上面这幅图,中间是列车,左右是轨道,列车内用N极拉住S极,而列车的两侧则和两侧的轨道产生相斥的力,比如看上图的上面部分,左边轨道N极排斥N极,右边轨道S极排斥S极,当排斥的力量推动列车前进到一段距离之后,左右两侧的轨道则快速变换NS极,原本的N极变成了S极,而S极则变成了N极,从而在列车往前移动了一段距离之后,在新的位置上和刚变成的N极或者S极产生互斥力继续前进。

这不,听着挺好的,我们不是实现了吗?这个超导体有什么帮助吗?可能文科生听着懵逼,但是理科生,应该也懵逼。我们可能要说一些稍微高端一点的知识,就是麦斯纳效应:磁场不能穿过超导体,所以磁力线会把超导体托起来。可以理解成有一种无形的力扑面而来,但因为无法打穿我们的脸皮,所以这股力只能成为托住我们脸颊的力。所以,如果把超导体放在磁铁之上,则可以保持超导体的平稳。

当然尽管这个比喻很容易看懂,但这仅仅是一个比喻,严格来说磁场无法穿过超导体并不是说超导体有多结实,而是超导体里的电流产生磁场,而这个磁场与磁性车体的磁感应线方向相同,从而产生磁力排斥,使磁性车体上浮,之所以用超导体是因为电流在超导体里损失极小,所以耗能少。继续追问,为什么电流在超导体里损失极小?因为电阻极小(甚至为0)。为什么电阻极小?因为电子运转缓慢,超导体内形成了较大的电子空位,电压波畅通。为什么电子运转缓慢?终于来到了核心问题。

超导体的表现

先说我们现在科技所掌握的超导现象复现路径,基本是低温高压,温度降低能让电子运转缓慢,这便是最接近真相的解释,但是这个温度降低可不是一点点的低,而是-268.4℃,不是说这样的环境不能制造,而是,贵!无法商用。所以近百年来我们科学家研究的方向基本都是如何将这个温度打上来,各种技术层出不穷,但是仍然一个字,贵!而且温度离我们常温差距还极大。

但生活并不是完全没有希望,今年来掀起了两波室温超导的大潮,研究人员可能决定不再搞些花里胡哨的技术把温度打上来了,而是干脆直接创造一种材料,让这种材料天然拥有这种特性。今年3月,印度裔的一名研究人员说自己发现了室温超导的材料,当时在科学界掀起来巨大的轰动,但最后无法被复现,于是刚有的一点盼头又狠狠地落了下去,想着还是老老实实打工的好。但7月份,又有韩国研究人员发表论文声称自己发现了室温超导的材料,正所谓,狼来了,这是第二匹狼,没有第一匹那时的兴奋,但也不至于到第三匹的失落,于是,有了文章开头的那一幕。这回的原理是炼丹炉提炼出来的材料能产生库柏对。

看不懂也没关系,点到即止就好,咱又不是干这行的。

我国磁悬浮列车的现状

已在运营的有三条线路,分别是上海磁浮列车示范运营线、长沙磁浮快线和北京市郊铁路S1线,其中数上海的最为出名,也是全世界第一条正式意义的运营的磁悬浮列车,最高时速为431km/h,但现行运营时速为300km/h,这离我们开头说的600km/h,还有一倍的距离。

而在建或准备建的磁浮线路则多大十几条,但最出名和最有希望的要数沪深广磁悬浮列车,因为这些城市十分发达,且资金雄厚,是全村的希望。

可以看到,虽然我们有在运营的磁浮线路,但速度仍然未能达到我们的理想速度,和高铁相差无异,但造价等方面却要贵很多,并且在稳定性方面还有着很大的提高空间。

室温超导能带来什么

先说一个悲观的预期:就算室温超导成真,离商业化可能还有着很长的一段时间,我们这一代可能并不是它的主要受益者。建议大家注重健康,高低得撑到第四次革命的到来,就算享受不到中期,至少也要蹭一下初期。

室温超导能带来的变化是不可想象的,实在是太多太多了,在这里只讨论一下如何让我们的列车飞起来。当有一种材料,它天生就是可以在室温下超导,那么它是稳定的,可信任的,就像重力不会突然消失一样。在这种稳定的条件下,只需要耗费一点点的电力,即可让列车被悬浮起来,那将大大地降低成本,低成本和高稳定,这车想怎么飞都行


One More Thing

室温超导如果仅仅只想到让磁悬浮列车更快更省就显得格局小了,你有没有想过,一点点的能源,大大的利用率,极少的损失,地球之外的世界,可能才是我们更渴望去征服的未知。

对了,我们普通人怎么利用搞钱,那投资自然是离我们最近的一步,那投什么?你再想一下?


参考文献

<1> 热的本质是什么——热学(一)

<2> 没有电阻!韩国、美国接连宣称发现常压室温超导体:若大规模应用人类科技将直接跳入下一个阶段

<3> New superconductor claims could lead to progress even if they're wrong

<4> 超导体导电原理(导电七)

<5> Maglev Trains

<6> LK-99验证

<7> 中国磁悬浮线路全览

2023-10-11

2023-10-11