자기 부상 열차의 원리를 알려주세요.
자기 부상 열차의 원리를 알고 싶습니다.
거대한 전자석인가요?
현재 개발 단계은 어디까지 왔는지
상용화는 언제쯤 가능할지도 궁금해요.
안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.
네, 거대한 자석이 맞습니다.
이미 2016년 2월, 우리나라에서는 인천공항 자기부상철도가 개통했습니다.
자기부상열차는 그 이름에서도 알 수 있듯 자력을 이용해 객실을 띄워서 운행하는 열차입니다.
자력 양극의 흡인력과 반발력을 이용해 열차를 궤도에서 1㎝ 정도 띄우고, 궤도의 리액션 플레이트와 리니어모터에 1초당 4000회 이상 극이 바뀌는 자력을 발생시켜 추진력을 만듭니다.
즉, 1초에 4000번 이상 자력에 의한 객차를 밀고 당기기가 반복되며 부상하고 추진력을 얻는 것입니다.
안녕하세요. 박재민 과학전문가입니다.
자기부상열차는 전기로 발생된 자기력으로 레일에서 낮은 높이로 부상해서 바퀴를 사용하지 않고 직접 차량을 추진시켜 달리는 열차입니다. 자기부상열차가 움직이기 위해서는 열차를 선로에서 띄우는 자석의 반발력과 열차를 진행하게 하는 선형유도전동기의 힘을 이용합니다.
안녕하세요. 형성민 과학전문가입니다.
자기 부상열차는 전자기장을 이용하여 레일과 열차 사이에 자기장을 생성하여 열차가 부상하도록 만들어지는 고속철도로, 레일과의 마찰이 없으므로 더 높은 속도로 움직일 수 있고, 진동과 소음이 적으며, 에너지 효율성이 뛰어납니다. 구현 방식에는 펄스형, 유도형, 전동자형 등이 있습니다.
안녕하세요. 조인철 과학전문가입니다.
자기 부상열차는 자기장을 이용하여 전기적으로 부상하면서 이동하는 철도 차량으로 일반 철도 차량과는 달리 바퀴와 레일의 마찰이 없기 때문에 매우 빠른 속도로 운행될 수 있습니다. 자기 부상열차의 원리는 전기적인 힘을 이용하여 차량을 끌어올리는 방식으로 이루어집니다. 자기 부상열차의 차량 하부에는 전자기파를 방출하는 전자장 발생기가 있습니다. 그리고 철도 선로 아래에는 전원선이 배치되어 있습니다. 전원선에서 전류가 흐르면 그 주위에는 자기장이 형성되는데 이 자기장과 차량 하부의 전자기파가 상호작용하면서 차량이 부상하게 되는 원리입니다.
상용화에 있어서 자기 부상열차는 기존의 철도 구조와 매우 다르기 때문에 새로운 철도 노선을 건설해야 하며 이를 위해서는 막대한 투자가 필요합니다. 또한 자기 부상열차의 운행에 필요한 인프라와 시스템이 많이 발전해야 하기 때문에 이러한 기술적인 문제들을 해결해 나가는 것이 중요합니다. 현재 일부 국가에서는 상용화를 위한 시범운행을 하고 있습니다.
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.
자기부상열차는 자력을 이용하여 열차를 공중에 띄워서 달리는 열차입니다. 보통 열차는 바퀴와 선로사이의 마찰력을 이용하여 열차를 앞으로 밀어서 달립니다.
하지만 열차의 속도가 빨라지면 이 마찰력이 저항으로 작용하여 더 빠른 속도를 낼 수 없게 됩니다.
그렇기 때문에 열차를 공중에 띄워서 달리게 한다면 보다 적은 힘으로 더 빠른 속도를 낼 수 있습니다.
이것을 실현하기 위해서는 우선 열차를 공중에 띄워야 하고 마찰력이 아닌 다른 힘으로 열차를 달리게 해야 합니다.
자기부상열차는 자석의 N(S)극과 N(S)극이 반발하는 것을 이용해 열차 아래에 N(S)극의 자석을 달고 선로에 N(S)극이 위로 오도록 자석을 깔아서 열차가 공중에 뜨게 합니다.
그런데 천연자석은 열차를 띄울 만큼 자력이 충분히 강력하지 않기 때문에 전자석을 사용합니다.
전자석의 세기는 전자석에 흐르는 전류의 양에 비례하기 때문에 전자석에 아주 많은 전류를 흘려주면 열차를 띄울 만큼 강한 자력을 얻을 수 있습니다.
이때 전자석에 저항이 있는 전선을 사용하면 저항 때문에 충분히 강한 전류를 흘릴 수도 없고 열에너지로 바뀌는 전기에너지를 계속 보충해야 하는 불편함이 생깁니다. 이를 해결하기 위해서 전자석의 전선을 초전도체로 만듭니다.
초전도체는 저항이 없기 때문에 한번 전류를 흘려주면 전류가 계속 흐르게 되고 강한 전류를 쉽게 흘릴 수 있습니다.
또 전자석을 사용하면 마찰력을 사용하지 않고 열차를 달리게 할 수 있습니다.예를 들어 열차의 밑부분에 N극이 있고 열차 아래 밑부분의 선로가 N극이고 그 앞 부분의 선로가 S극이면 열차의 N극과 선로의 S극이 서로 끌어당겨 열차가 앞으로 나가게 됩니다. 이때 S극을 재빨리 N극으로 바꾸고 선로의 앞부분을 S극으로 만들면 열차는 계속 앞으로 나아가게 됩니다.
이미 상용화 되었읍니다.
안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.
자기 부상열차는 마그네틱 리빙스원리를 이용하여 운행되는 열차입니다. 이 원리는 전기자기학의 원리 중 하나로, 전기를 통과하는 전선에 자기장을 만들어내면 그 주변에는 자기장이 생기게 됩니다. 이때, 전선과 마찬가지로 자기장을 만들어내는 물체가 움직이면, 주변에 생기는 자기장이 움직이는 물체를 밀어내는 힘을 발생시키게 됩니다. 이를 이용하여 자기 부상열차는 도로가 아닌 특수한 철도 위에서 운행됩니다.
자기 부상열차는 열차 아래에 있는 마그네틱 리빙스와 열차 상부에 있는 전선 사이에서 자기장을 발생시켜 운행합니다. 열차가 움직이면, 마그네틱 리빙스 아래에 있는 자기장이 움직이는 열차를 밀어내는 힘을 발생시키게 되어, 마치 공중에 떠 있는 것처럼 운행됩니다. 이러한 원리로 인해 자기 부상열차는 마찰이 없으므로, 기존의 철도보다 빠른 속도로 운행할 수 있으며, 속도와 가속도 조절이 용이하다는 장점이 있습니다.
안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.
자기부상열차는 자력 양극의 흡인력과 반발력을 이용해 열차를 궤도에서 1㎝ 정도 띄운 상태에서 궤도의 리액션 플레이트와 리니어모터에 자력을 발생시켜 추진력을 만듭니다. 핵심기술은 1초당 4000번 정도 전기를 넣었다 뺐다 해서 자력의 극을 바꿔주는 것입니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.
자석의 자기력인데요.
자석의 같은 힘끼리 밀러내고(척력), 다른 극끼리는 잡아당기죠.(인력)
이런 힘은 자선 주위의 보이지 않는 자기력 때문입니다.
쇳가루 뿌리고 자석을 갖다 대면 볼 수 있지요.
이처럼 자식의 힘이 미치는 영역을 자기장이라고 하는데요.
이런 자기장은 전기가 흐르는 곳에서도 볼 수 있는데요.
이점을 이용해서 자기장 흐름을 자석을 돌려서 변화시켜서 전기를 만들기도 합니다.
그래서 도체에 전선을 감고 전류를 흘리면 전류의 세기에 따라 자기장이 발생합니다. (전자기력)
즉, 강한 전류가 흐르면 그만큼 강한 자석이 되는 것이죠.
자기부상열차는 이런 자식의 힘으로 열차를 들어 올리는 것입니다.
이때 부상시키는 방식으로 인력을 이용한 흡인식, 척력을 이용한 반발식이 있는데요.
척력을 우리가 잘 알다시피 같은 극끼리 밀어내는 힘입니다.
다만 열차같이 무거운 물체를 띄울 만큼 강한 힘을 가지게 하려면
코일을 많이 감거나 전류를 많이 흘러주어야 하는데,
그러면 무거워지거나 전류가 많이 흘러서 뜨거워질 수 있는데,
지금은 저항이 없는 초전도체를 이용한 전자석 덕분에 어느 정도 해결된 상태입니다.
