11:12 ICT Thứ hai, 22/09/2014

Trang nhất » Vật lý phổ thông » Vật lý phổ thông

Tàu chạy đệm từ

Thứ sáu - 12/10/2012 20:24
Tàu Maglev Thượng Hải

Tàu Maglev Thượng Hải

Maglev là một từ chuyên dụng, ghép tắt hai từ tiếng Anh Magnetic Levitation nghĩa là từ nổi, tiếng Việt thường gọi là đệm từ. Gọi như vậy là vì có một loại tàu nhanh đặc biệt, rất hiện đại, tiếng Anh là Maglev Train...

 

VẬT LÝ & ĐỜI SỐNG

MAGLEV

Nguyễn Xuân Chánh

 

            Maglev là một từ chuyên dụng, ghép tắt hai từ tiếng Anh Magnetic Levitation nghĩa là từ nổi, tiếng Việt thường gọi là đệm từ. Gọi như vậy là vì có một loại tàu nhanh đặc biệt, rất hiện đại, tiếng Anh là Maglev Train, khi chạy có một lực từ tác dụng làm cho tàu nổi lên trong không khí trên mặt đường, như là tàu chạy trên đệm không khí, ma sát lăn giữa bánh xe và bề mặt đường không còn nữa. Nhờ vậy tàu chạy cực nhanh và êm.

            Tàu maglev là một thành tựu ứng dụng rất lớn của vật lý vào lĩnh vực giao thông trên bộ, có người dự đoán rằng đó là xu thế chính của thế kỷ 21 là ưu việt hơn và có thể thay thế cho phần lớn các phương tiện giao thông trên bộ, trên không và trên sông, biển hiện nay.

            Tuy nhiên maglev còn len lỏi được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác, mới nghe không có gì to tát nhưng không phải là không có ý nghĩa lớn. Thí dụ Trung Quốc tuyên bố rằng bắt đầu từ năm 2008 sẽ đưa vào sản xuất hàng loạt quạt gió phát điện maglev, gió nhỏ quạt vẫn quay phát điện được và hiệu suất phát điện tăng lên nhiều so với loại quạt phát điện với trục quay thông thường luôn bị ma sát lớn. Đây có thể sẽ là đóng góp lớn cho xu hướng sử dụng năng lượng tái tạo. Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu tàu maglev và máy phát điện gió maglev.

TÀU MAGLEV

1. Tàu maglev Thượng Hải

            Ý tưởng chế tạo tàu maglev đã có từ hơn 100 năm trước đây nhưng do khó khăn về kỹ thuật nên đến nay chỉ có một số ít nước có tiềm lực mới thử nghiệm thiết kế chế tạo tàu maglev. Nhưng tàu maglev được đưa vào sử dụng thực sự, có tính thương mại thì mới chỉ có ở Thượng Hải. Hệ thống tàu và đường tàu này bắt đầu xây dựng từ tháng 3 năm  2001, theo kỹ thuật Transrapid của Đức và đến tháng 1 năm 2004 bắt đầu đưa vào khai thác. Tốc độ chạy thử nhanh nhất là 501 km/ giờ. Đường tàu ở trên cao, chỉ có hai ga cách nhau 30km, một ga là ở trung tâm thành phố Thượng Hải (Đại lộ Longyang), một ga là ở sân bay quốc tế Pudong. Hành trình 30km từ ga nọ đến ga kia hết 7 phút 20 giây (nếu đi taxi mất 1 giờ). Bắt đầu khởi hành, sau 2 phút tàu có tốc độ 350km/giờ, sau đó tàu đạt tốc độ khai thác lớn nhất là 431 km/ giờ. Cứ 15 phút là có một chuyến, giá vé một chiều là 50 nhân dân tệ (7,25 đô la) còn giá vé khứ hồi là 80 nhân dân tệ (11,50 đô la).

Hình 1. Tàu Maglev Thượng Hải

2. Tàu maglev hoạt động như thế nào

            Có ba yếu tố kỹ thuật quan trọng đối với tàu maglev : làm cho tàu "nổi" lên, đẩy cho tàu chạy, dẫn đường giữ cho tàu chạy ổn định an toàn.

            Để làm cho tàu nổi lên trong không khí phải dùng từ trường mạnh tác dụng lên tàu. Có hai cách chính : cách treo điện từ EMS (electromagnetic suspension) và cách treo điện động EDS (electrodynamic suspension).

            Ở cách treo điện từ, thường bố trí cho tàu chạy trên một đường dẫn dạng thanh dầm hình chữ T dưới thanh dầm có gắn hai đường ray sắt (hình 1). Đáy tàu có hai cái ngàm ngậm vào thanh dầm chỗ đường ray. Ở chỗ ngàm của tàu có bố trí các nam châm điện cũng như dọc theo đường dẫn có bố trí ngầm các nam châm điện. Các nam châm điện này tạo ra lực hút mạnh vào thanh sắt dưới thanh dầm, tàu bị kéo lên, cao độ 10 milimet tạo ra đệm không khí. Các nam châm điện cũng làm nhiệm vụ đẩy tàu tiến về phía trước nhờ thay đổi nhịp nhàng chiều dòng điện trong các cuộn dây liên tiếp để tàu bị nam châm điện hút về phía trước và đẩy ở phía sau (hình 2). Các nam châm điện cũng được dùng để tự động chỉnh cho con tàu khi chạy luôn nổi cách mặt thanh dầm một khoảng cách nhất định là 10 milimet và luôn cân xứng ở giữa đường dẫn, không bao giờ để cho va chạm.

Hình 2. Tàu maglev kiểu EMS

            Ở cách treo điện động EDS, người ta dùng các nam châm đặt trên tàu chuyển động để tạo ra dòng cảm ứng lên các cuộn dây ở trên đường dẫn. Kết quả là tạo ra lực đẩy, đẩy cho tàu nổi lên. Nam châm ở trên tàu phải là mạnh và nhẹ nên người ta dùng nam châm siêu dẫn, thực chất chỉ là cuộn dây điện làm bằng chất siêu dẫn, lúc làm lạnh ở nhiệt độ rất thấp, điện trở của cuộn dây bằng không. Nhờ vậy có thể cho dòng điện cực lớn chạy qua mà không sợ nóng lên do hiệu ứng Joule. Cuộn dây siêu dẫn có dòng điện lớn chạy qua, không cần lõi sắt, vẫn cho từ trường rất mạnh y như là ở nam châm. Lực đẩy ở đây khá mạnh, tàu có thể nổi lên cao hơn mặt đường dẫn  100mm (10 lần cao hơn so với tàu EMS) nhờ đó tàu chạy được nhanh hơn tàu EMS. Tàu maglev kiểu treo điện động EDS phải có chuyển động thì nam châm của tàu mới tạo ra dòng cảm ứng ở các cuộn dây dưới đường tàu. Do đó tàu phải có các bánh xe cao su để tiếp xúc với mặt đường dẫn lúc đứng yên. Ngoài ra phải có những hệ khác để đẩy tàu chạy về phía trước, hệ tự động đảm bảo khoảng cách, chạy theo đường dẫn v.v...

Hình 3. Từ trường vừa dùng để nâng vừa dùng để nâng

 vừa dùng để đẩy tàu maglev

3. Đưa tàu maglev vào ứng dụng thực tế

            Tàu maglev Thượng Hải là tàu kiểu treo EMS theo mẫu tàu Transrapid của Đức. Tàu maglev kiểu treo EDS do các kỹ sư Nhật thiết kế chế tạo thử, chưa đưa vào ứng dụng thương mại. Nam châm siêu dẫn nhẹ hơn nam châm điện rất nhiều song lại phức tạp do phải có hệ làm lạnh sâu mới hoạt động được.

            Gần đây người ta hy vọng làm được siêu dẫn nhiệt độ cao chịu được dòng điện lớn, nếu vậy thì chỉ cần làm lạnh đến nitơ lỏng là cuộn dây nam châm siêu dẫn làm việc được.

            Ở Đức, Nhật, Mỹ, Anh, Canada và cả Hàn Quốc nữa đều đang có nhiều cơ sở nghiên cứu và chế tạo thử tàu maglev.

            Giao thông vận tải bằng tàu maglev là một dạng giao thông rất sạch và kinh tế vì hoàn toàn không dùng nhiên liệu làm ô nhiễm môi trường. Tuy phải làm đường dẫn tốn kém nhưng xét chung lại về mặt tiết kiệm thời gian tốc độ tàu maglev bằng một nửa tốc độ máy bay vận tải hành khách nhanh nhất còn giá thành vận tải bằng tàu maglev cũng chỉ bằng một nửa của máy bay. Với những tiến bộ của kỹ thuật có thể trong những thập kỷ tới, tàu maglev sẽ phát triển mạnh, là phương tiện giao thông phổ biến ở nửa cuối thế kỷ 21.

            

           

Tác giả bài viết: Thầy Nguyễn Xuân Chánh

Nguồn tin: Tạp chí Vật lý và tuổi trẻ

Tổng số điểm của bài viết là: 4 trong 1 đánh giá
Click để đánh giá bài viết
Từ khóa: n/a

Theo dòng sự kiện

Xem tiếp...

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

 

Thống kê truy cập

Đang truy cậpĐang truy cập : 33


Hôm nayHôm nay : 228

Tháng hiện tạiTháng hiện tại : 10798

Tổng lượt truy cậpTổng lượt truy cập : 446879

Đăng nhập thành viên