자기부상열차에 숨어있는 과학원리가 궁금합니다.
안녕하세요. 자기부상열차에 과학원리가 숨어져있는것같은데 무엇인지 궁금합니다. 그리고 요즘에 초전도체라는 물질을 발견했다고하는데 자기부상열차에 쓰일 수 있다고하더라구요. 그것도 궁금합니다!
2개의 답변이 있어요!안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.
자기부상열차는 자기력에 의한 반발력을 이용하였습니다. 자기력은 같은 극을 띠면 서로 밀어내는데, 이 밀어내는 척력을 이용하 열차를 띠워 지면과의 마찰력을 없애서 운행합니다. 이때 자석을 사용할 수도 있지만 전자석을 사용할 수도 있습니다. 전자석은 도선이나 코일에 전류를 흘려줌으로써, 전류가 흐를때 자기장이 발생하는 현상을 이용하여 만든 자석입니다. 이를 이용하여 자기 반발력을 내 공중에 뜰 수 있는 것이죠.
또한 초전도체로도 가능합니다. 초전도체는 특정 온도이하로 떨어지게 되면 전기저항이 0이 되며, 저항에 의한 열이 없어 전력 손실이 최소화 됩니다. 또한, 자기장의 차단하는 특징(마이스너 효과)이 있어 자석을 가져다 대면 자석이 뜨는 특징을 가지고 있습니다. 마이스너 효과를 이용해 열차를 띄워 마찰을 없애 아주 빠른 속력으로 운행이 가능하게 되는 것입니다.
기부상열차, 일반적으로 "마그리브" 또는 "마그레브" 라고도 불리는 자기 부상 (Maglev) 열차는 전통적인 철도 기술과는 다른 원리를 사용하여 운행하는 현대적인 고속열차입니다. 자기 부상열차의 동작 원리는 자기력과 반발력을 활용합니다.
주요 동작 원리는 다음과 같습니다:
자기 부상 (Magnetic Levitation): 자기 부상열차는 자기 부상 원리를 이용하여 지상과 접촉하지 않고 공중에 떠다니도록 설계되어 있습니다. 열차와 레일 사이에 자기력을 발생시켜 열차를 레일에서 떠오르게 만듭니다. 이를 위해 열차 아래에는 마그네트가 장착되어 있으며, 레일 위에는 반대 방향으로 자기장을 만드는 또 다른 마그네트가 내장되어 있습니다. 이렇게 열차와 레일 사이에 발생하는 자기력에 의해 열차가 지상에서 일정 높이를 유지하며 부상하는 것이 가능합니다.
리니어 모터 (Linear Induction Motor): 자기 부상열차는 리니어 모터를 사용하여 움직입니다. 리니어 모터는 전통적인 회전형 전동기와 비슷하지만, 회전 축이 없이 선형 움직임을 만들도록 설계되었습니다. 레일 위에 설치된 코일을 통해 전류가 흐르면, 열차의 마그네트가 자기장과 상호작용하면서 앞으로 나아가게 됩니다. 이와 같은 원리로 열차가 전진하며, 리니어 모터는 전기 에너지를 직접 운동 에너지로 변환하는 역할을 합니다.
자기 부상열차는 고속과 부드러운 운행, 에너지 효율성 등의 장점을 가지고 있어서 미래의 교통 수단으로 많은 관심을 받고 있습니다. 그러나 현실적인 구현에는 인프라 구축 비용과 안전 문제 등의 과제가 있기 때문에 아직까지 상용화는 제한적입니다. 하지만 기술의 발전과 확대 시스템 구축에 따라 앞으로 더 많이 활용될 가능성이 있습니다.