قطار برقی

امروزه تقریباً تمام قطارها (به غیر از چند نیرو محركه بخار) به وسیله موتور الكتریكی یا دیزلی حركت می كنند. 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 كه هر دو موتور دیزلی و الكتریكی دارند) انرژی شان را با خود حمل می كنند و می توانند بر روی ریل های غیر برق دار حركت كنند. قطارهای سریع السیر و سیستم ناوبری كارآمد باعث شده كه راه آهن، ایمن ترین و سریع ترین شكل مسافرت زمینی باشد. طرح دیگری، كه البته در مرحله آزمایش است، عبارت از سیستم تعلیق مغناطیسی (مَگلِو) است كه باعث می شود قطار بر روی ریل معلق باشد. با سرعت بیشینه ٥٠٠ كیلومتر بر ساعت، این وسیله سریع تر تمام وسایل حمل و نقل امروزی خواهد بود.

دو نوع قطار مغناطیسی را در شكل زیر می بینید.

ساخت مدل قطار مغناطیسی معلق

این نوع قطارها از میدان مغناطیسی برای بلند كردن خودشان بهره می برند و روی مسیر شناور می مانند. از آنجا كه هیچ جزء از آنها با مسیر در تماس نیست، اصطكاك حداقل است، و در نتیجه قطار می تواند بسیار سریع حركت كند. قطار مدل بوسیله نیروی پیشرانش مغناطیسی كار می كند. آهن ربا دو قطب دارد (قطب شمال و جنوب). دو قطب هم نام كه در كنار هم قرار دارند یكدیگر 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 كمك كنند.

وسایل مورد نیاز

حدود ٥٠ گرم خمیر مجسمه سازی، ١٠ آهن ربای مكعب مستطیل شكل - اجازه دهید طول آهن ربا را با L ، عرض آن را باw و ارتفاع آن را با h نشان دهیم، تكه های مقوای چندلایه به ضخامت ٥ میلیمتر و به ابعاد: دو وجه كناریA 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 ، كف قطار به ابعاد 1.5 L * (w+2cm)، مداد، كاتر، چاقو، چسب، قیچی، نوار چسب دوطرفه، خط كش فلزی، دو جانبی به ابعاد1.5 L * L

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

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

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

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

٥- كناره هایF را به كف قطار بچسبانید به طوری كه 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 كف آن اضافه كنید. قطار را روی ریل قرار دهید. آنقدر از خمیر مجسمه سازی برداشته یا اضافه كنید تا قطار به طور پایدار روی ریل معلق بماند. قطار را به انتهای ریل ببرید و به آرامی هل دهید. ببینید چقدر راحت حركت می كند.

قطارهای مگلو

این قطارها از آهن ربای الكتریكی استفاده می كنند، به عبارت دیگر جریان الكتریكی بر اثر عبور از سیم پیچ میدان مغناطیسی تولید می كند. در مدل نمونه اولیه ژاپنی كه در شكل زیر نشان داده شده است، میدان های بوجود آمده بوسیله سیم پیچ قطار و سیم پیچ های دیواره كناری مسیر، قطار را معلق می كند 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 كنند اما می توانند با همان سرعت حركت نمایند.

سیستم قطار مگلو ژاپنی

هنگامی كه 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 معكوس شود، به طوری كه هر سیم پیچ متناوباً سیم پیچ قطار را جذب و دفع می كند 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 كنند.

قطارهای سریع السیر

سریع ترین قطارTGV (در كشور فرانسه) است. این یك قطار الكتریكی است كه انرژی اش از سیم برق هوایی تأمین می گردد. موتور های الكتریكی این قطار در ابتدا و انتهاء قرار دارد. TGV مسافرین را در فرانسه با سرعت ٣٠٠ كیلومتر بر ساعت جابجا می كند و به ركورد ٥١٥ كیلومتر بر ساعت (برای قطار های الكتریكی) دست یافته است.

در بریتانیا، قطارهای دیزل - الكتریك سرویس های پر سرعت را در اختیار دارند. در این قطارها، موتورهای قدرتمند دیزل، ژنراتورهای الكتریكی را به كار می اندازند، و برق حاصل از آنها موتور حركتی قطار را فعال می كند. قطار "درون شهری ١٢٥ بریتانیا" برای حمل و نقل مسافر تا سرعت ٢٠٠ كیلومتر بر ساعت طراحی شده است، و ركورد ٢٣٠ كیلومتر بر ساعت را در قطارهای دیزلی در اختیار دارد.

بازگشت