Tàu đệm từ (tiếng Anh: Magnetic levitation transport, hay maglev) là một phương tiện chuyên chở được nâng lên, dẫn lái và đẩy tới bởi lực từ hoặc lực điện từ. Phương pháp này có thể nhanh và tiện nghi hơn các loại phương tiện công cộng sử dụng bánh xe, do giảm ma sát và loại bỏ các cấu trúc cơ khí. Tàu đệm từ có thể đạt đến tốc độ ngang với máy bay sử dụng động cơ cánh quạt hay phản lực; tức là tới khoảng 500 đến 580 km/h. Tàu đệm từ đã được sử dụng trong thương mại từ 1984. [9]
II/ Cơ chế vận hành [10]
Nguyên lý vận hành của nó khá đơn giản, vận dụng tính chất hút-đẩy từ tính “đồng tính đẩy nhau, dị tính hút nhau”, làm cho tàu lướt trên không theo hướng nhất định nhờ sự vận chuyển điện cơ tuyến tính.
Các nam châm từ kéo đoàn tàu về phía cuộn dây tĩnh đặt phía trước trên đường dẫn. Lại có 1 hệ thống từ phụ nâng tàu cách cuộn dây tĩnh 10 mm. Nam châm dẫn có cả ở hai bên sườn tàu và đảm bảo cho tàu bám sát đường tàu.
Do không có ma sát với đường ray, tàu đệm từ có thể chạy nhanh gấp đôi tàu hoả thông thường.
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
39
Cơ chế nâng tàu lên bằng lực từ Cơ chế đẩy tàu đi bằng lực từ Hiện tại trên thế giới có hai hướng phát triển tàu lướt đệm từ.
Hướng thứ nhất gọi là thường đạo hình mà Đức là đại biểu: lợi dụng lực hút điện từ thông thường theo đường thẳng mà nâng tàu lên không. Loại tàu này có khoảng cách trên không nhỏ, thường là khoảng 10 mm, tốc độ 400-500 km/h.
Hướng thứ hai gọi là siêu đạo hình mà Nhật Bản là đại biểu: tạo ra lực đẩy cực mạnh nâng tàu lên không. Loại tàu này có khoảng cách trên không lớn, khoảng 100 mm, tốc độ đạt đến trên 500 km/h. Hiện Nhật, Đức, Pháp, Hàn Quốc, Nga và Trung Quốc đều đã nghiên cứu chế tạo thành công tàu lướt đệm từ.
III/ Tiện ích: [11]
Các tàu truyền thống của đường sắt ngày nay thường chạy với tốc độ 100 - 150km/h phổ biến khắp nơi. Các tàu tốc độ cao đạt tới 200 - 300km/h. Việc nghiên cứu thực tiễn cho thấy tốc độ tối ưu của tàu siêu tốc đối với tàu truyền thống là 300km/h.
Tàu đệm từ chỉ cần một phần ba năng lượng mà xe bus tiêu tốn, hoặc 1/5 năng lượng mà máy bay cần đến trong điều kiện tương tự. Đó là nhờ khối lượng nhẹ, lực cản do ma sát thấp và các ứng dụng thiết bị điện tử hiện đại.
Quả thật, đây là sự kết hợp hoàn hảo giữa các tính năng ưu việt của các loại phương tiện giao thông: tốc độ, tiết kiệm năng lượng, ổn định, an toàn, ít ô nhiễm, dễ bảo trì, vì thế tàu lướt đệm từ có sức hấp dẫn rất lớn trong tình hình thiếu nhiên liệu, ô nhiễm môi trường trầm trọng như hiện nay.
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
40
IV/ Tình hình sử dụng tàu đệm từở các nước phát triển: ở các nước phát triển:
Mô hình tàu cao tốc đang được ứng dụng và mở rộng do tính tiện lợi và ưu thế so với máy bay trong việc lưu thông giữa các thành phố, giữa các nước lân cận ở khoảng cách dưới 1.000km. Sau Pháp, Nhật Bản, Đức, Tây Ban Nha và Hàn Quốc, nhiều nước khác cũng đang tiến hành xây dựng nhiều hệ thống tàu điện tốc hành.
1) Tàu tốc hành ởĐài Loan
2) Eurostar ở Anh-Pháp:
Đây là TGV Pháp được thiết kế đặc biệt chạy trên đất liền lẫn trong đường hầm dưới lòng biển Manche (gọi là Channel Tunnel, tắt là Chunnel) nối Paris (nhà ga Gare du Nord) với Anh (nhà ga Waterloo lnternational) và Bỉ.
Khởi hành sau mỗi 60 phút, kể từ khi khánh thành năm 1994, Eurostar thực sự nối liền hai miền đất châu Âu từng có một thời là kẻ thù không đội trời chung. Từ năm 2003 Eurostar đã đạt vận tốc nhanh hơn nên hành trình dài này chỉ còn 2 tiếng 35 phút. Sắp tới đây điểm đi/đến ở London sẽ chuyển sang nhà ga St.Pancras.
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
41
● Tàu Tgv-Est tốc độ 320 km/h nối thủ đô Paris (Pháp) với thành phố Strasbourg ở miền Đông
Tàu cao tốc V150 của Pháp (TGV) đã phá kỷ lục thế giới về tốc độ đối với tàu chạy trên đường ray thông thường, đạt vận tốc 574,8 km/h, tức ngang chiếc máy bay chiến đấu Spitfire thời Thế chiến II bay ở tốc độ tối đa.
Tàu TGV phiên bản V150 của Pháp vừa lập kỷ lục với hai đầu máy kéo đẩy.
3) AVE ở Tây Ban Nha:
Ở Tây Ban Nha, đường sắt cao tốc có tên là AVE (Alta velocidad espadola, tức Cao tốc Tây Ban Nha) tuy cũng sử dụng công nghệ mà công ty Alstom đã phát triển sử dụng cho TGV của Pháp.
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
42
2007 khánh thành tuyến Madrid-Barcelona rồi nối tiếp đến Pháp. Mục tiêu của AVE là đạt vận tốc 350 km/giờ.
4) ICE ởĐức:
Được phát triển bởi gã khổng lồ Siemens, ICE (Inter City Express, tức tàu điện tốc hành liên thành phố) là “TGV Đức” có tuổi đời không thua kém TGV Pháp.
Theo dòng thời gian, hình dáng của hai loại hình vận chuyển cao tốc này cũng đã trở nên rất giống nhau. Hiên nay các đoàn ICE lăn bánh nối kết rất nhiều thành phố lớn ở Đức, từ Hamburg đến Munich. ICE thế hệ thứ 3 cũng có công nghệ trục kéonhư AVE của Pháp, đạt vận tốc 300 km/giờ.
5) TAV ở Ý:
Hệ thống xe điện cao tốc ở Ý có tên gọi là TAV (Treno alto velocita) và gồm hai loại tàu: Pendolino ứng dụng công nghệ như tàu ICE Đức với vận tốc 250 km/giờ và ETR 500 (Eletto treno, tức tàu điện) đạt vận tốc 300 km/giờ.
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
43
6) Shinkansen ở Nhật:
Các tàu Shinkansen có tốc độ tối đa là 270km/h.
Tàu Shinkansen tốc độ nhanh nhất đang được sử dụng là tàu Shinkansen Nozomi, đạt tới 300km/h. Trong giai đoạn thí nghiệm, tàu Shinkansen 300X có tốc độ kỷ lục là 443km/h.
Sau 35 năm hoạt động, tàu Shinkansen của Nhật Bản nổi tiếng là hoạt động an toàn, nhanh chóng, vận chuyển nhiều hành khách và hết sức đúng giờ
7) Tàu KTX ở Hàn Quốc:
Với tốc độ 300 km/h, hệ thống tàu siêu tốc KTX đã mở ra thời kỳ tốc độ cao cho ngành đường sắt Hàn Quốc. Bắt đầu từ việc tiếp nhận công nghệ tiên tiến của tàu siêu tốc TGV của Pháp, nhưng chỉ 1 năm sau đó Hàn Quốc đã tiến hành nâng cấp bằng công nghệ trong nước. Qua việc đổi mới công nghệ như vậy Hàn Quốc đã trở thành nước thứ 4 trên thế giới thực hiện thành công đổi mới công nghệ tàu siêu tốc.
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
44 V/ Khuyết điểm của tàu siêu tốc: [12]
Một nhà nghiên cứu Hà Lan Joos Vos thuộc Viện Các nhân tố con người TNO, Soesterberg tiết lộ : Những con tàu lướt như bay trên đường ray dưới tác dụng của lực từ khiến người ta cảm tưởng chúng rất yên tĩnh và êm ả. Thực chất, tàu đệm từ gây ô nhiễm tiếng ồn hơn cả tàu hoả truyền thống. Nhưng cũng chỉ là mời ở mức độ thí nghiệm.Còn cụ thể hơn về vần đề này thì các nhà khoa học đang nghiên cứu sâu hơn
Chi phí xây dựng hệ thống tàu siêu tốc rất cao và đói hỏi một trình độ khoa học kỹ thuật tiên tiến, đó là lí do mà các nước có nền kinh tế kém phát triển , lạc hậu không thể xây dựng được. Và dẫn đến, tàu siêu tốc vẫn chưa thực sự trở thành phương tiện thong dụng trên mặt bằng giao thông chung của thế giới .
VI/ Hướng phát triển của tương lai: [13]
Công ty đường sắt Nhật Bản, JR Central, đã tuyên bố dự án xây dựng hệ thống tàu Maglev (chạy bằng đệm từ trường) nhanh nhất thế giới. Vận tốc con tàu này có thể đạt đến tốc độ 500km/h trên hệ tống đường ray dài 290km bắt đầu từ Tokyo đến miền Trung nước Nhật tại Nagoya. Sẽ hoàn thành vào năm 2025
Công ty đường sắt quốc gia Pháp đang nghiên cứu sản xuất loại tàu siêu tốc U 350 để có thể đưa vào sử dụng trong năm 2020. Tàu có thể đạt vận tốc 350 km/h với số lượng toa tàu dài 300 m tức là gấp đôi hiện nay. Khách đi tàu sẽ có cảm giác như ở nhà bởi các thiết bị làm giảm tiếng ồn và các dịch vụ tiện nghi như Internet không dây, bồn tắm…
Trung Quốc dự kiến chế tạo tàu siêu tốc nhanh nhất thế giới cho tuyến đường nối thủ đô Bắc Kinh và trung tâm tài chính Thượng Hải. Bộ Đường Sắt nước này nói tàu có thể đạt vận tốc 380km/giờ. Tuyến đường sắt có chiều dài 1300km theo dự kiến sẽ được hoàn tất vào năm 2012.
E- Ô NHIỄM ĐIỆN TỪ:
Như trên đã tìm hiểu, rõ ràng điện từ trường có lợi ích rất lớn để đáp ứng nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của con người. Nhờ có điện từ trường mà chúng ta có thể mang thông tin đi xa hơn để từ đó kết nối được mọi người dù là ở đâu trên Trái Đất
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
45
này, nhờ sự khéo léo vận dụng những tính chất của điện từ trường mà người ta đã cho ra những tàu điện siêu tốc để rút ngắn thời gian đi lại đến thấp nhất, hoặc sử dụng điện từ trường trong vật lý trị liệu để ngăn ngừa, khắc phục nhiều chứng bệnh nan y. Nói tóm lại, ngày nay hầu như không có lĩnh vực nào là không có mặt của điện từ trường. Tuy nhiên, với sự có mặt ngày càng dày đặc của các vùng điện từ trường chắc chắn sẽ có ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi sinh mà chúng ta thường gọi nôm na là sóng điện từ.
1) Định nghĩa:
Ô nhiễm điện từ là một dạng ô nhiễm môi trường vật lý, do sóng điện từ vượt quá giới hạn nhất định (10 V/m) gây ra, gây ra những ảnh hưởng vô hình đến sức khỏe con người và môi trường sống.
2) Tác hại của ô nhiễm điện từ:
Nếu sinh hoạt trong một thời gian dài ở môi trường bức xạ điện từ mạnh sẽ dẫn tới thần kinh suy nhược, thần kinh thực vật rối loạn, huyết áp không bình thường, công năng tim suy giảm, thậm chí còn có thể bị ung thư, dị dạng hoặc thay đổi tính di truyền v.v… Nguồn gốc điện từ trường mạnh rất nhiều, phát thanh, truyền hình, thiết bị thông vấn viba, lò cao tần dùng trong công nghiệp, máy hàn cao tần và các loại máy móc thiết bị có mang theo dụng cụ điện v.v… đều có khả năng trở thành nguồn ô nhiễm điện từ. Rung động cũng làm cho môi trường bị tổn hại, rung động của máy móc và thiết bị động lực lớn có thể thông qua mặt đất truyền đi bốn xung quanh, loại rung động này không chỉ làm cho chi tiết máy tổn hại, đồng hồ mất nhạy, công trình kiến trúc hư hỏng mà còn làm cho các cơ quan nội tạng trong người cũng bị tổn thương. Đó chính là nguyên nhân vì sao khi ngồi xa chạy bị xóc, hoặc làm việc bên cạnh máy móc đang rung động mạnh dễ bị mệt mỏi. Do năng lượng được tiêu dùng nhiều, nguồn nhiệt trong môi trường cũng theo đó tăng lên, nhà máy nhiệt điện, các loại máy nhiệt đều yêu cầu một lượng lớn nước làm mát, nước làm mát sau khi trở nên nóng được thải ra sông ngòi, nhiệt độ nước trong tự nhiên đang không ngừng nâng cao. Theo thống kê một nhà máy điện 1 triệu kilôwát, mỗi giây cần 30 - 50 m3 nước làm lạnh, sau khi thải ra có thể làm cho nhiệt
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
46
độ nước biển trong 1 vòng 1 km2 tăng 20C. Nhiệt độ nước nâng cao làm cho động vật, thực vật sống trong nước sinh sôi nẩy nở nhanh hơn, lượng ôxy yêu cầu tăng lên, làm cho nước thiếu ôxy dẫn tới tôm, cá chết hàng loạt, nó còn làm cho độc tính của các vật có chất độc trong nước tăng thêm, nguy hiểm đến sự sinh nở của các sinh vật trong nước.
TÁC HẠI CỦA CẢM ỨNG TỪ TRƯỜNG:
Đối với một đường dây 400 kV có dòng điện 2140 A chạy qua, sự phân phối cường độ của trường này ở hai đầu của trục đường dây trong khoảng cách 45 m sẽ như sau: 35 - 30 - 20 - 15 - 10 - 5 microteslas và trên đường dây 225 kV (895 A/phase) là: 20 - 15 - 10 - 5 - 1 microteslas (Các trị giá này được đo ở cách mặt đất 1,5m).
Đặt một dây dẫn điện bên cạnh, trường này sản sinh một dòng điện xoay chiều cùng đặc tính và cùng tần số với dòng điện cảm ứng vì vậy các đường cao thế và vô tuyến viễn thông không được đặt chung. Hiện tượng này sẽ gây nhiễu cho thiết bị liên lạc và gây biến chất cho các băng từ tính.
Các máy dùng trong nội trợ cũng như các máy điện đều phát sinh trường từ tính thường rất cao ở khoảng cách vài cm, giảm bớt nhanh chóng và biến mất trong vòng 1m.
ẢNH HƯỞNG VÀNHNGOÀI:
Quanh các dây điện cao thế, không khí bị ion hoá khiến các phân tử của nó biến thành ion. Từ đó không khí trở nên có tính dẫn điện và tạo quanh dây điện một màn bọc khí dẫn điện mà đường kính tùy thuộc vào nhiều yếu tố và bị hạn chế bởi dòng điện xoay chiều.
Dọc đường dây phát sinh những tia phóng điện vào không khí kèm tiếng nổ và ánh sáng tím thấy được trong đêm tối. Đó là hiện tượng phóng điện hào quang, sự phóng điện quanh dây điện tạo ảnh hưởng vành ngoài (effet corona). Cường độ của sự phóng điện này tùy thuộc vào điện thế, đường kính dây điện và bề mặt của chất dẫn. Mưa, sương mù và tuyết làm gia tăng đáng kể việc hình thành các điểm phóng điện hào quang. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra dọc các dây chuyền cách điện tốt,
Bài tập nghiên cứu khoa học GVHD: TS. Lê Văn Hoàng
47
nó sẽ mạnh thêm nếu có sự tiếp xúc xấu với thanh kim loại hay nếu các cách điện bị lỏng hoặc hư hỏng.
Ảnh hưởng vành ngoài này là nguyên nhân tạo ra tổn thất công suất điện, ô nhiễm khí quyển, các tiếng ồn và các nhiễu truyền tải.
- Tổn thất công suất tăng khi thời tiết ẩm ướt hay sương mù.
- Ô nhiễm môi trường gia tăng gấp đôi: tạo ra ozone và oxyde azote.
- Phóng điện hào quang giải phóng électron năng lượng cao biến oxygène trong không khí thành ozone
- Ozone là chất khí với năng lượng rất nhỏ trong thiên nhiên nhất là sau cơn dông. Ở thượng tầng khí quyển một lớp ozone lọc các tia cực tím của mặt trời. Một sự tập trung khoảng 50 ppb (50 phần tỷ) tạo héo úa cho cây cối. Đối với loài người đây là tác nhân làm sưng phổi.
- Các tia phóng điện nhỏ dọc theo đường dây tạo một tiếng động nhất định. Cường độ của nó mạnh nhất và như được khuếch đại lúc ở gần các chuỗi sứ cách điện. Cư dân sống cạnh đường dây cao thế thường nghe tiếng ồn này vào buổi tối. Ở chiều cao 25 đến 125m, tiếng ồn đường dây cao thế dao động giữa 40 và 50 décibel. Nếu khách vãng lai không nhận ra tiếng động này thì đối với cư dân việc lặp đi lặp lại tiếng động này trở thành cực hình cho cuộc sống.
- Cuối cùng, ảnh hưởng vành ngoài là tác nhân của các nhiễu trong những máy thu thanh, thu hình mà tần số nằm trong khoảng vài mégahertz và trải dài khá xa ở đầu này cũng như đầu kia.
CÁC ẢNH HƯỞNG THỨ CẤP:
Các ion tự nhiên của không khí bị phá hủy hoàn toàn cạnh các đường dây cao