قطار برقی

امروزه تقریباً تمام قطارها (به غیر از چند نیرو محرکه بخار) به وسیله موتور الکتریکی یا دیزلی حرکت می کنند. قطار های برقی انرژی شان را در طول مسیر از سیم های برق هوایی یا ریل های برق دار به دست می آورند. قطار های دیزلی (و قطارهایی که هر دو موتور دیزلی و الکتریکی دارند) انرژی شان را با خود حمل می کنند و می توانند بر روی ریل های غیر برق دار حرکت کنند. قطارهای سریع السیر و سیستم ناوبری کارآمد باعث شده که راه آهن، ایمن ترین و سریع ترین شکل مسافرت زمینی باشد. طرح دیگری، که البته در مرحله آزمایش است، عبارت از سیستم تعلیق مغناطیسی (مَگلِو) است که باعث می شود قطار بر روی ریل معلق باشد. با سرعت بیشینه ٥٠٠ کیلومتر بر ساعت، این وسیله سریع تر تمام وسایل حمل و نقل امروزی خواهد بود.

دو نوع قطار مغناطیسی را در شکل زیر می بینید.

                 

ساخت مدل قطار مغناطیسی معلق

این نوع قطارها از میدان مغناطیسی برای بلند کردن خودشان بهره می برند و روی مسیر شناور می مانند. از آنجا که هیچ جزء از آنها با مسیر در تماس نیست، اصطکاک حداقل است، و در نتیجه قطار می تواند بسیار سریع حرکت کند. قطار مدل بوسیله نیروی پیشرانش مغناطیسی کار می کند. آهن ربا دو قطب دارد (قطب شمال و جنوب). دو قطب هم نام که در کنار هم قرار دارند یکدیگر را می رانند. در اینجا، آهن ربای داخل قطار توسط آهن ربای روی ریل رانده شده و در نتیجه قطار به بالا رانده می شود.

توصیه می شود برای این فعالیت پژوهشی اولیاء محترم نیز کمک کنند.

وسایل مورد نیاز

حدود ٥٠ گرم خمیر مجسمه سازی، ١٠ آهن ربای مکعب مستطیل شکل - اجازه دهید طول آهن ربا را با L ، عرض آن را باw و ارتفاع آن را با h نشان دهیم، تکه های مقوای چندلایه به ضخامت ٥ میلیمتر و به ابعاد: دو وجه کناریA به ابعاد 11 L * 2 L، دو صفحه انتهاییB به ابعاد 2 L * 2 L، ریلC به ابعاد 9 L * (w+5mm)، دو فاصله اندازD به ابعادL*w ، کف قطار به ابعاد 1.5 L * (w+2cm)، مداد، کاتر، چاقو، چسب، قیچی، نوار چسب دوطرفه، خط کش فلزی، دو جانبی به ابعاد1.5 L * L

١- دو شکاف به فاصله w+5mm قطعه B ایجاد کنید. هر شکاف به پهنای ٥ میلیمتر و طول L باشد. دو شکاف دیگر به فاصله 9L از یکدیگر در قطعه A ببرید.

٢- به کمک نوار چسب دوطرفه، نه آهن ربا را به طور طولی و در وسط ریل C بچسبانید، دقت کنید قطب های هم نام به سمت بالا باشند. ٢.٥ میلیمتر روی هر کناره خالی بگذارید.

٣- با نوار چسب لبه های ریلC را ما بین شیار های وجهA بچسبانید، به طوری که روی آهن رباها (2d + 1cm) زیر لبه وجهA باشد.

٤- فاصله اندازه های D را به یکدیگر بچسباند. آنها را به میانه کف ترنE بچسبانید. ببینید کدام قطب آخرین آهن ربا، جذب آهن رباهای روی ریل می شود. همین طرف را روی فاصله انداز بچسبانید.

٥- کناره هایF را به کف قطار بچسبانید به طوری که آهن ربا بین آنها قرار گیرد. روی قسمت پایین طرفین قطار و از بیرون (به مقدار مساوی) خمیر مجسمه سازی بچسبانید.

٦- رویه قطار را به کف آن اضافه کنید. قطار را روی ریل قرار دهید. آنقدر از خمیر مجسمه سازی برداشته یا اضافه کنید تا قطار به طور پایدار روی ریل معلق بماند. قطار را به انتهای ریل ببرید و به آرامی هل دهید. ببینید چقدر راحت حرکت می کند.

قطارهای مگلو

این قطارها از آهن ربای الکتریکی استفاده می کنند، به عبارت دیگر جریان الکتریکی بر اثر عبور از سیم پیچ میدان مغناطیسی تولید می کند. در مدل نمونه اولیه ژاپنی که در شکل زیر نشان داده شده است، میدان های بوجود آمده بوسیله سیم پیچ قطار و سیم پیچ های دیواره کناری مسیر، قطار را معلق می کند و همچنین قطار را به جلو می رانند. برای حفظ و صرفه جویی انرژی، این نوع قطارها آهن ربای ابر رسانا دارند. این قطار ها تقریباً نصف انرژی هواپیما را مصرف می کنند اما می توانند با همان سرعت حرکت نمایند.

سیستم قطار مگلو ژاپنی

هنگامی که قطار در حال عبور است سیم پیچ های داخل دیوارها با جریان مغناطیسی تغذیه می شوند. در حین عبور قطار، این جریان باعث می شود قطب های هر سیم پیچ معکوس شود، به طوری که هر سیم پیچ متناوباً سیم پیچ قطار را جذب و دفع می کند و بر اثر آن قطار به جلو رانده می شود. سیم پیچ های دیگر در دیوار متقابلاً به سیم پیچ قطار اثر می گذارند و آن را بلند نموده و در مسیر هدایت می کنند.

                        

قطارهای سریع السیر

سریع ترین قطارTGV (در کشور فرانسه) است. این یک قطار الکتریکی است که انرژی اش از سیم برق هوایی تأمین می گردد. موتور های الکتریکی این قطار در ابتدا و انتهاء قرار دارد. TGV مسافرین را در فرانسه با سرعت ٣٠٠ کیلومتر بر ساعت جابجا می کند و به رکورد ٥١٥ کیلومتر بر ساعت (برای قطار های الکتریکی) دست یافته است.

در بریتانیا، قطارهای دیزل - الکتریک سرویس های پر سرعت را در اختیار دارند. در این قطارها، موتورهای قدرتمند دیزل، ژنراتورهای الکتریکی را به کار می اندازند، و برق حاصل از آنها موتور حرکتی قطار را فعال می کند. قطار "درون شهری ١٢٥ بریتانیا" برای حمل و نقل مسافر تا سرعت ٢٠٠ کیلومتر بر ساعت طراحی شده است، و رکورد ٢٣٠ کیلومتر بر ساعت را در قطارهای دیزلی در اختیار دارد.