TÓQUIO - JR Tokai, operadora ferroviária da região central do Japão, está programado para começar a construção neste outono na linha Linear Chuo Shinkansen. A linha de levitação magnética ou maglev, trens será o mais rápido do mundo, rodando a até 500kph.
O trem atinge velocidades mais comuns a aviões por meio de um sistema maglev supercondutores que o impulsiona para a frente em um campo magnético entre a pista e o carro, eliminando o atrito. O segredo é a tecnologia de supercondutividade do Japão, que tem melhorado ao longo de muitos anos.
A nova linha está programada para entrar em operação entre Tóquio e Nagoya em 2027, reduzindo o tempo de viagem entre as duas cidades em mais da metade, de 90 minutos em trens de hoje bala Shinkansen a 40 minutos.
Pole position
O trem de levitação magnética corre ao longo de uma "faixa" chamado uma guia, que tem uma secção transversal em forma de U. Bobinas de propulsão correr em circuitos elípticas ao longo de ambas as paredes do trilho guia, gerando força magnética quando a eletricidade passa por eles.
Levitação e orientação bobinas, por sua vez, são formados em oitos que criam a sua própria força magnética quando ímãs supercondutores do trem passar por cima deles. Estas bobinas estão dispostas em casos medindo cerca de 1 metro quadrado ao longo do trilho.
Quando uma corrente eléctrica flui através das bobinas de propulsão, um campo magnético é produzido. As forças de atração e repulsão entre as bobinas e os magnetos supercondutores no trem impulsionar o carro para a frente.
A velocidade do trem é ajustado alterando o momento da mudança de polaridade do campo magnético das bobinas de propulsão entre o norte eo sul. O trem tem uma velocidade máxima registrada de 581kph, embora seja tecnicamente possível aumentar esse número muito mais elevado.
Para criar levitação e balanço lateral no trem, um fenômeno chamado de indução eletromagnética é usado. À medida que o comboio passa ao longo da guia, uma corrente eléctrica é induzida nas bobinas de levitação e de orientação, criando pólos magnéticos opostos nas alças superiores e inferiores dos oitos.
Os laços superiores tornam-se o oposto de ímãs do trem, produzindo atração, que puxa o trem. Os laços mais baixos têm o mesmo pólo, como os ímãs. Isso gera repulsão, que empurra o trem na mesma direção - para cima. As duas forças se combinam para levitar o trem, mantendo seu equilíbrio lateral entre as paredes do trilho.
Deslizamento-deslizando afastado
Os carros dianteiros e traseiros pesam 35 toneladas cada, e os carros entre pesam 25 toneladas cada. Apesar da carga pesada, os ímãs supercondutores produzir uma força de cerca de 1 tesla, forte o suficiente para empurrar o trem aproximadamente 10cm acima da pista. Em teoria, o caminho de guia não requer nenhuma parte inferior, uma vez que a força de levitação é criada pelas bobinas nas paredes.
Os magnetos supercondutores gerar força, da mesma forma como eletroímãs comuns, mas eles são menores e mais leves para uma quantidade equivalente de força. Porque eles não têm a resistência eléctrica, uma corrente que passa através deles continuam a fluir, e pode ser convertido inteiramente em uma forte força magnética.
Para ímãs comuns para produzir a mesma quantidade de força, mais corrente elétrica tem de ser aplicado, o que os torna 100 vezes mais pesado do que os ímãs supercondutores, disse Ken Nagashima, chefe da divisão de tecnologia de sistemas maglev do Instituto de Pesquisa Técnica de Ferrovias. Isto torna-os pouco práticos para utilização em trens de levitação magnética.
Uma liga de nióbio-titânio tem sido usado para criar ímãs supercondutores para os trens maglev desde que foram desenvolvidos pela primeira vez em 1962. Mas, para chegar a supercondutividade, eles devem ser mantidos frios. Muito frio. A liga é arrefecida com hélio líquido a uma temperatura de menos de 269 C. Embora a liga mantém a supercondutividade a temperaturas de até menos 263 C, o sistema de levitação magnética opera a seis graus mais baixa para produzir a força magnética suficiente.
O pensamento crítico
Supercondutividade foi descoberto em mercúrio a uma temperatura de menos 269 C por Heike Kamerlingh Onnes, físico da Universidade de Leiden, na Holanda, mais de 100 anos atrás.
Como os cientistas desenvolveram novos materiais, a temperatura à qual ocorre a supercondutividade, conhecida como a temperatura crítica, aumentou gradualmente. A liga de nióbio e titânio desenvolvido em 1950 era fácil de processar e adequado para uso industrial.
Antes do sistema de trens maglev foi desenvolvido, dispositivos de imagem de ressonância magnética, utilizando ligas de nióbio-titânio foram desenvolvidas em os EUA eo Reino Unido na segunda metade da década de 1970.
Máquinas de ressonância magnética são agora comuns em hospitais. Mas porque o hélio líquido é caro, aplicações industriais para a supercondutividade não ter se espalhado amplamente para além das máquinas de ressonância magnética e os trens maglev.
Em 1986, uma equipe de pesquisa suíço descobriram um óxido de cobre, que tem a supercondutividade a uma temperatura relativamente elevada de uma forma que não pode ser explicado pela teoria convencional. Embora a temperatura crítica é ainda frio, a menos 243 C, o fenômeno foi apelidado de supercondutividade de alta temperatura porque excedeu o limite da teoria.
Óxidos de cobre que se tornam supercondutores quando resfriado com nitrogênio líquido (menos 196 C) foram descobertos em os EUA em 1987 e no Japão em 1988. Estes são chamados do tipo ítrio eo tipo de bismuto, respectivamente, com base na sua composição química. Eles são potencialmente valiosa, porque o nitrogênio líquido é mais barato do que o hélio líquido.
JR Tokai fez testes por um trem maglev equipado com tipo de bismuto de alta temperatura ímãs supercondutores, em 2005, com vista a utilizá-los em trens no futuro. A empresa constatou que o trem foi capaz de manter uma velocidade máxima de cerca de 554kph usando ímãs supercondutores arrefecidos a menos 253 C, 16 graus mais elevados os resfriados com hélio líquido.
Além disso, os ímans podem ser arrefecido directamente pelo refrigerador, sem a utilização de qualquer um de hélio líquido ou azoto líquido.
Essas geladeiras têm uma estrutura simples e são mais fáceis de manter do que aqueles que utilizam líquidos refrigerantes. Com base nos resultados dos ensaios na JR Tokai é o desenvolvimento de um magneto supercondutor de alta temperatura.
O Santo Graal para a supercondutividade é produzir o fenômeno à temperatura ambiente. Até agora, a maior temperatura crítica é de menos 138 C. Se um material supercondutor pode ser comercializado, que funciona à temperatura ambiente, as perdas de energia em equipamento eléctrico seria reduzida e seria necessário menos usinas, resultando em muito menos dióxido de carbono é bombeado para dentro a atmosfera e um menor risco de aquecimento global.
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