認識磁浮列車 - 臺灣網路科教館

磁浮列車利用磁極的同極相斥的原理，讓車子浮在軌道上行駛（圖二），它的磁極位於軌道的下方與軌道相對，電磁鐵通電時，鐵軌與電磁鐵相吸，把電磁鐵往上拉，保持一定的 ... 認識磁浮列車 瀏覽人次18158 加入最愛 資料來源科學研習月刊42-2 蔡學偉 圖一日本實驗中的磁浮列車 人類日常生活中所使用到的交通工具，有自行車、公車、電車、汽車、火車、船、飛機等，相當的繁多。

但是，在空氣污染口益嚴重的環境下，我們是不是也要想辦法製作出一個更快速、價格便宜、安全又不會製造污染的交通工具呢？ 磁浮列車－這個最近相當熱門的交通工具，正是符合以上我們所要求的最佳科技產品。

（圖一） 磁浮列車的基本原理 磁浮列車利用磁極的同極相斥的原理，讓車子浮在軌道上行駛（圖二），它的磁極位於軌道的下方與軌道相對，電磁鐵通電時，鐵軌與電磁鐵相吸，把電磁鐵往上拉，保持一定的間隙，因而使車身浮了起來（圖三）。

若行駛期間車身與鐵軌問的距離不能一直保持一樣的話，可能妨礙行車品質。

因此，裝有空隙感應器，不斷檢查車身及車軌間的空隙，並轉換成電訊傳送至控制中心，藉以調整電磁鐵的力量，也就是說，當車身太靠近電磁鐵時，就會加強吸引力以拉高車身；相反的，當車身抬得太高時，就減弱吸引力以降低車身。

如此不斷的控制其間的距離，便能使車身和鐵軌間保持一定的距離（圖四）最大的好處是沒有摩擦力，所以可以用很高的速度行駛，不會震動也沒有噪音。

也不會因為和軌道摩擦產生熱而損耗車體。

不過因為得用電力來產生磁力，所以發電還是會消耗能源。

由於速度很快，坐車的旅客都必須像搭飛機一樣繫上安全帶，才能確保安全。

圖二磁浮列車架構 圖三磁浮列車車身和軌道極性圖示 圖四磁浮列前進導引圖示 磁浮列車的優點 許多人知道磁浮車可以用來發展高速火車，因為輪軌車輛在高速的情形之下會有許許多多的技術性問題產生，而磁浮車不會。

然而，磁浮車不只可以用來發展高速火車，它用來做低速的捷運系統一樣可以有許多好處。

例如噪音的問題，相信居住在都市的小朋友們都有非常深刻的體認，每當捷運通過住家或學校附近時，所帶來的噪音真的很令人難以忍受。

所以台北木柵線的捷運系統才會採用較低噪音的橡膠輪胎，在聲音上比傳統的鐵軌輪胎低上許多。

而磁浮車輛可以說是噪音問題的良好解決方法，因為磁浮列車在行駛時並無鐵軌或輪胎和軌道摩擦的噪音出現。

在維修方面，磁浮車輛沒有任何轉動或摩擦的零件，於是就沒有了這方面的零件維修或定期更換費用。

磁浮車輛由於使用線型馬達，不需要一個大大的車輪在車輛底下，因此可以使車身降低，在製造費用的成本上也能降低。

此外線型馬達所提供的煞車作用乃完全來自於電磁力，因此其煞車性能不受路況影響。

不管路面是否溼滑仍然可以保持原來的煞車距離。

因此，磁浮列車在設計每班車的相差時間時，可以藉此縮短時間已增加開車的班數，如此一來可以大輻提高系統在尖峰時間的運量。

磁浮太空船（Magneticallylevitatedspacecraft） 美國太空總署（NASA）現正研究利用磁力浮動（magneticlevitation）的科技，製造下一代到太空的交通工具，可以大大減低飛行太空的成木，也許到那時，很多人都可負擔得起，到太空的平價觀光團。

（圖五、六） 科學家認為，推動太空船到太空，環繞地球運行，最昂貴的部份是將太空船推動到高空，離開地球的地心吸力。

科學家計劃建造類似太空高速公路，利用磁力浮動技術，像磁力浮動火車一般，將太空船推動至六百英里，直飛高空。

上圖所見是科學家構思中的磁力浮動系統。

由於不需要很多零件，磁力浮動火箭維修方便，操作成本比較低，科學家預算，每九十分鐘便可發射一輛磁力推動太空船，因此旅行太空的費用，便會大為減低。

圖五磁力浮動太空船 圖六磁力浮動太空船模型 磁浮玩具 古人的智慧：早期的磁浮玩具 磁浮玩具原理：利用磁石同性相斥的原理特性，當軸承放入座台上方中央時，軸承會因為本身的極性和座台的極性不同而產生相斥的作用而懸浮於空中，如此當我們旋轉軸承時，因為軸承在半空中並未接觸座台或任何物體，所以可減少許多不必要的接觸摩擦而快速且持續的旋轉。

（圖七、八） 圖七、八以正反兩極造成磁浮的原理製成的科學玩具，可以讓小朋友邊玩邊學習喔 安培右手定理 在瞭解了磁浮列車運作的原理後，我們也來試試看利用這樣的原理做一個小型的電磁車！在製作之前，告訴大家製作電磁鐵的重要定理－安培右手定理。

在螺旋形的導線上通電，就會在螺旋形導線的中間產生感應磁場，而此感應磁場的大小和導線圈數及電流成正比，當電流斷路時感應磁場也會同時消失。

磁場方向可由安培右手定理決定：右手四指的方向依照導線電流方向握起，則姆指方向則為感應磁場的N極。

（圖九） 而利用這樣的原理，我們就可以來製作電磁車的重要元件－電磁鐵。

準備材料 電池、電池槽、電線漆、包線、砂紙、螺釘、細吸管（或透明膠帶）、迴紋針、長條磁鐵、空肥皂盒。

圖九安培右手定理－電流影響磁場方向圖片來源：http://www.ishm.idv.tw/transport/MegTrain.html 活動過程 製作電磁鐵 1.在螺釘上先套上吸管（也可用膠帶纏繞） 2.用漆包線在螺釘鈍端打結，並順著打結方向繞50圈漆包線。

3.如果繞的圈數增加，需迴繞第二層時，可先用膠帶固定，再繼續繞即可，但方向須一致。

4.把漆包線兩頭的漆用刀刮去，分別接電池的兩極，則電磁鐵即成。

（圖十） 測試電磁鐵 1.將製作好的電磁鐵通電，看看會不會吸迴紋針。

2.中斷電流，看看會不會吸迴紋針。

3.製作線圈圈數不同，粗細不同，或電流強弱不同的電磁鐵，看看吸力會不會有所不同。

磁浮砲彈 測試完電磁鐵之後，現在就利用它來製作我們的磁浮砲彈！（圖十一） 製作步驟： 1、將肥皂盒沿對角線切半成兩個V型的溝槽形狀軌道。

2、將電磁鐵置於溝槽軌道的一端，並儘量靠近溝槽軌道。

3、將長條磁鐵放置在溝槽軌道內，並儘量接觸到電磁鐵端。

4、調整砲彈所要發射的角度，調整完後打開電磁鐵開關電磁鐵就會產生與吊車同極的磁場而將砲彈推出去。

5、設計一個表格記錄你的試驗結果。

想想看： 1、發射的角度不同會有什麼影響？ 2、增加電磁鐵上漆包線的圈數會增加砲彈發射的距離嗎？ 圖十、十一利用電磁鐵吸迴紋針磁浮砲彈簡圖