|
اگر سوار هواپيما شده باشيد، احتمالا متوجه شده‌ايد كه سفر هوايي بيشتر و بيشتر شلوغ مي‌شود. باوجود تأخيرهايي كه در هواپيماها وجود دارد سريع‌ترين راه براي سفر صدها يا هزاران كيلومتر است. در قرن گذشته اين نوع سفرها انقلابي در صنعت حمل و نقل محسوب مي‌شدند، چراكه مردم را به جاي چند روز و چند ماه، ظرف چند ساعت به مقصد مي‌رساندند.
ديگر انتخاب‌ها مانند پياده‌روي، ماشينها، قايق‌ها و قطارهاي بين شهري در حالي كه در دنياي سرعتي امروز بسيار كُند هستند. با اين حال شكل جديدي از حمل و نقل اتقلابي را در قرن 21 به‌وجود آورده است.
 |
|
تصوير1 |
چند كشور در دنيا هستند كه از آهنرباي الكتريكي قوي براي توسعه‌ي قطارهاي سريع‌السير به‌نام «قطارهاي ماگلِو» (Maglev trains) استفاده مي‌كنند. ماگلو براي شناوري الكتريكي بسيار كوتاه است. به اين معني كه اينها قطارها بالاي ريل شناور مي‌مانند. در واقع از اصل آهنربا به جاي ريلهاي استيل استفاده مي‌شود. در اين جا با طرد الكترومغناطيسي و سه نوع قطار ماگلو آشنا مي‌شويم و اينكه شما هم مي‌توانيد يكي از اينها را برانيد.
|
آويز الكترومغناطيسي (EMS) |
اگر با آهنربا كار كرده باشيد مي دانيد كه قطب‌هاي مخالف هم‌ديگر را قطب‌هاي مشابه هم‌ديگر را دفع مي‌كنند. اين اصلي است كه طرد مغناطيسي را هدايت مي‌كند. آهنرباي الكتريكي مشابه ديگر آهنرباها هستند كه در جذب اجسام فلزي نقش دارند، كشش مغناطيسي موقتي است. مي‌توانيد آهنرباي‌الكتريكي كوچكي با اتصال انتهاي يك سيم مسي با انتهاي مثبت و منفي باطري معمولي درست كنيد.
اين باطري يك ميدان مغناطيسي كوچك درست كند. اگر انتهاي سيم را از باطري قطع كند، ميدان مغناطيسي از بين مي‌رود. ميدان مغناطيسي در اين آزمايش سيم – باطري درست مي‌شود كه اين ايده‌ي ساده پشتوانه‌ي قطارهاي ماگلو است. به راه براي طراحي اين سيستم وجود دارد:
|
 منبع تغذيه‌ي الكتريكي بزرگ |
|
سيم‌پيچ‌هاي فلزي يك ريل |
|
آهنرباي راهنماي بزرگ كه به بخش داخلي قطار |
اختلاف بزرگ بين قطار ماگلو و قطارهاي معمولي اين است كه قطارهاي ماگلو موتور ندارند (حداقل آنها از نوع موتورهاي قابل استفاده در قطارهاي معمولي نيستند). موتور ماگلو تقريبا مشخص نيست. به‌جاي استفاده از سوخت‌هاي فسيلي، اين سيم‌پيچ‌هاي الكتريكي در ديواره و ريل طرد قطار است.
 |
|
تصوير2- خط «ياماناشي» در ژاپن |
سيم‌پيچ‌هاي مغناطيسي در طول ريل «خط راهنما» ناميده مي‌شوند. مغناطيس‌هاي بزرگي بر قسمت زيرين قطار وارد مي‌شود. قطار بين 39/0 تا 93/3 اينچ (1 تا 10 سانتي‌متر) بالاي اين خط راهنما معلق مي‌شود. وقتي قطار معلق مي‌شود، منبع تغذيه سيم‌پيچ‌هاي درون ديوار‌هاي خط راهنما را فراهم مي‌آورد كه يك سري از ميدان‌هاي مغناطيسي درست مي‌كند كه قطار را به طور دائم مي‌كشد و هل مي‌دهد.
جريان الكتريكي پشتيبان سيم‌پيچ‌هاي داخل ديواره است كه به طور ثابت قطب سيم پيچ‌هاي مغناطيسي را تغيير مي‌دهد. اين تغيير قطب باعث مي‌شود كه ميدان مغناطيسي پشت قطار آن را به سمت پشت كشيده مي‌شود، كه ميدان مغناطيسي پشت قطار به آن اضافه مي‌شود.
 |
|
تصوير3 |
قطارهاي ماگلو بر پيچه‌ي هوا و اصطكاك قابل صرف نظر كردن شناور است. اين فقدان اصطكاك و آيروديناميك قطار اجازه مي‌دهد كه اين قطارها به شكل غيرقابل باوري حمل و نقل را سريع انجام مي‌دهد. اين سرعت بيش‌از 310 كيلومتر در ساعت يا دوبرابر سريع ترين قطارهاي آمتراك (Amtrak) است. در مقايسه با هواپيماهاي مسافري بوئينگ 777 كه براي مسافت‌هاي زياد مورد استفاده قرار مي‌گيرد مي‌تواند به سرعت 562 مايل در ساعت (905كيلومتر در ساعت) دست يابد. طراحان قطار مي گويند خطي را تا بيش از 1000 مايل (1609 كيلومتر) خواهند كشيد. با 310 كيلومتر در ساعت مي‌توانيد از پاريس تا رم را فقط در 2 ساعت طي كنيد.
آلمان و ژاپن هردو از اين فناوري سود مي‌برند و پيش‌طرحي را از اين قطارها آزمايش مي‌كنند. اگرچه با مشابه همين فناوري قطارهايي در اين دو كشور كار هستند. در آلمان مهندسين روي دستگاه تعليق الكترومغناطيسي (EMS) را به‌نام ترانس رپيد (Transrapid) كار مي‌كنند. در اين دستگاه، در انتهاي قطار سيم‌پيچ دور خط راهنماي استيل پيچيده شده است. آهنرباي الكتريكي در زير قطار كار گذاشته شده كه مستقيماً با خط راهنما در ارتباط است. در اين حالت قطار 3/1 اينچ (1 سانتي متر) با سطح ريل فاصاه دارد و قطار حتي وقتي حركت نمي‌كند معلق است. ديگر راهنماهاي مغناطيسي در بدنه‌ي قطار تعبيه شده‌اند و آن را در طول سفر حفظ مي‌كند. آلمان نشان داد كه قطار ترانس رپيد ماگلو مي‌تواند به سرعت‌هاي بالاي 300 ... با مسافر دست يابد.
|
آويز االكترومغناطيسي (EDS) |
مهندسين ژاپني در حال كار روي قطارهايي تكميل‌تر هستند كه از يك دستگاه آويز مغناطيسي استفاده مي‌كند. اساس كار همان طرد مغناطيسي است. اختلاف كليدي بين قطارهاي آلمان و ژاپن در آهنرباي الكتريكي ابرسردكننده‌ي ابررسانايي كه است كه ژاپني ها استفاده كرده‌اند. در اين نوع برق حتي بعد از خاموشي هم در جريان است (به زنگ تفريح قبلي مراجعه كنيد). در دستگاه EDS كه از آهنرباي الكتريكي استانداردي هم استفاده مي‌كند، سيم‌پيچ ها فقط برق را زماني كه دستگاه روشن است منتقل مي‌كنند. به‌وسيله‌ي سردكننده‌هاي سيم‌پيچ‌ها در دماي انجماد، دستگاه‌هاي ژاپني انرژي را ذخيره مي‌كنند. با اين حال دستگاه برودتي براي سرمايش گران است.
ديگر اختلاف بين دستگاه ها اين‌است كه قطارهاي ژاپني نزديك 4 اينچ (10 سانتي متر) بالاي خط راهنما قرار مي‌گيرد. يكي از دلايل اصلي استفاده از دستگاه EDS اين است كه قطارهاي ماگلو بايد تا رسيدن به سرعت 100 كيلومتر در ساعت روي لاستيك‌هاي مدوري حركت كنند. مهندسين ژاپني مي‌گويند كه اين چرخ‌ها اگر برق قطع شود يك مزيت محسوب مي‌شوند. قطار آلماني به باطري هاي اضطراري مجهز هستند. همچنين مسافرين مي توانند با دستگاه تنظيم ضربان قلب خود را از ميدان هاي مغناطيسي توليد شده توسط آهنرباهاي الكتريكي ابررسانا حفاظت كنند.
«اينديوس تراك» (القاي خطي) نوع جديدي از EDS هستند كه آهنربايي با دماي اتاق را مصرف مي‌كنند تا ميدان هاي مغناطيسي به جاي آهنرباهاي الكتريكي تغذيه شده و آهنرباهاي ابررساناي سرد استفاده كنند. القاي خطي منبع تغذيه‌اي استفاده مي‌كنند كه قطار را تا قبل از معلق شدن شتاب مي‌دهد. اگر برق قطع شود، قطار به تدريج سرعت قطار كم مي‌شود و چرخ‌هاي آن با منبع كمكي شروع به توقف مي‌كنند.
ريل هم آرايه‌اي از مدارهاي كوتاه الكتريكي با سيم‌هاي عايق شده هستند. در يك طرح اين مدارها مانند پله‌ي نردبان است. وقتي قطار حركت مي‌كند، ميدان مغناطيسي باعث دفع آهنربا مي‌شود كه قطار معلق مي‌ماند.
دو نوع طرح ريل القايي وجود دارد: نوع اول و نوع دوم؛ نوع اول براي سرعت‌هاي بالا و نوع دوم براي سرعت‌هاي پايين طراحي شده است. به‌طور كُلي اين نوع قطارها در طول سفر خود (چند كيلومتر در ساعت) حدود 45/2 سانتي متر بالاي ريل معلق بوده و حركت مي‌كنند. فاصلهي بيشتر از ريل به اين معناست كه قطار نياز به سيستم‌هاي پيچيده‌اي براي ثبات در حركت خود ندارند.
آهنرباي دائمي نبايد قبلا استفاده شده باشد، زيرا دانشمندان بيان مي‌كنند كه نيروي كافي براي معلق ماندن ندارند. اين قطارها اين مشكل را با آرايه‌ي آهنرباها به نام «آرايه‌ي هال‌باخ» مرتفع مي‌كنند. آهنرباها طوري ساخته مي‌شوند كه شدت ميدان به جاي اينكه پايين آرايه باشد بالاي آن تمركز يافته است. آنها از مواد جديدتري ساخته شده‌اند كه شامل آلياژ نئوديميم-آهن-بورون است كه ميدان قوي‌تري توليد مي‌كند. نوع دوم تركيبي است از دو «آرايه‌ي هال‌باخ» تا ميدان قوي‌تري در سرعت‌هاي پايين‌تر توليد كند.
اولين حمل و نقل ماگلو بيش از يك قرن پيش پايه‌گذاري شد ولي اولين استفاده‌‌ي تجاري از آن در شانگهاي (چين) به سال 2002 مورد بهرهبرداري قرار گرفت. اين طرح را كشور آلمان به عهده داشت. حط مشابهي يك سال بعد (2003) مورد بهرهبرداري قرار مي‌گيرد. خط شانگهاي در حال حاضر تا ايستگاه لوونگ‌يانگ در مركز شهر و فرودگاه پودونگ كشيده شده است. اين سفر با سرعتي حدود 430 كيلومتر در ساعت، 10 دقيقه طول مي كشد، در حالي كه اين فاصلهي 30 كيلومتري با ماشين يك ساعت طول مي‌كشد. تا سال 2010 اولين خط بين شهري توسط چين ساخته خواهد شد.
|
|
|
تصوير4 - ترانس رپيد محصول كشور آلمان |
كشورهاي متعددي در حال بهرهبرداري از اين نوع قطارها هستند، ولي چين همچنان تنها كشوري است كه اين طرح را به‌صورت تجاري مورد استفاده قرار مي‌دهد. طرحي نيز توسط دانشجويان دانشگاه ويرجينيا در ايالات متحده در حال انجام است.
|
تصادفات ماگلو
در 11اوت 2006 قطار هوايي شانگهاي در خط آتش مي‌گيرد كه صدمه ي جاني در بر نداشت. علت آن چندان مشخص نيست ولي به نظر مي‌رسد كه يك مشكلي در شبكه‌ي برق وجود داشته.
در 22سپتامبر 2006 در آلمان يك اتومبيل روي خط قطار زميني شهر اِمسلند خراب مي‌شود كه موجب كشته شدن اكثر مسافران قطار مي‌شود. | |