高鐵剎車的奧秘

安志強(qiáng) 畢建軍

?高鐵因其快捷舒適、安全穩(wěn)定，成為國(guó)人中長(zhǎng)途出行的首選。高鐵在獲得高速的過程中，會(huì)消耗大量的電能，電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；在剎車（制動(dòng)）過程中，又會(huì)將獲得的巨大動(dòng)能，轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。那么，在制動(dòng)過程中能不能回收部分動(dòng)能，從而減少能源消耗呢？讓我們通過實(shí)驗(yàn)，一起探究高鐵剎車的奧秘吧。

細(xì)繩、電動(dòng)機(jī)、發(fā)光二極管

實(shí)驗(yàn)步驟1

將發(fā)光二極管正負(fù)極分別接在電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)電極上。

實(shí)驗(yàn)步驟2

將細(xì)繩纏在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上?？焖倮瓌?dòng)細(xì)繩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子快速轉(zhuǎn)動(dòng)。觀察發(fā)光二極管，能夠看到發(fā)光二極管閃光（注意：若發(fā)光二極管未閃光，可以將發(fā)光二極管的正負(fù)極對(duì)調(diào)，再次實(shí)驗(yàn)）。

電動(dòng)機(jī)、重物塊（用于增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣性）、電池組、單刀雙擲開關(guān)、導(dǎo)線、發(fā)光二極管

實(shí)驗(yàn)步驟1

按照電路圖所示組裝電路，先將單刀雙擲開關(guān)撥到S1處與電源連接。此時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)重物塊快速轉(zhuǎn)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)步驟2

待轉(zhuǎn)動(dòng)速度提升到最大（可通過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)出聲音的高低，判斷轉(zhuǎn)速），快速將單刀雙擲開關(guān)撥到S2處與發(fā)光二極管連接。此時(shí)可以看到發(fā)光二極管短暫發(fā)光，然后逐漸熄滅。

我國(guó)高鐵除了普通的剎車系統(tǒng)之外，還有一套再生制動(dòng)（電制動(dòng)）系統(tǒng)，用于在剎車過程中回收動(dòng)能、減少能耗。

實(shí)驗(yàn)一用到的是物理學(xué)中的原理：閉合電路的一部分導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種現(xiàn)象叫作電磁感應(yīng)現(xiàn)象，是由英國(guó)物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)的。

如下圖所示，一個(gè)閉合線框與電流表串聯(lián)，當(dāng)閉合線框切割蹄形磁鐵的磁感線時(shí)，電流表有示數(shù)，說明產(chǎn)生了感應(yīng)電流。

當(dāng)高鐵進(jìn)站減速時(shí)，因?yàn)閼T性，車輪依然會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并可以帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。若此時(shí)將電動(dòng)機(jī)的電源正負(fù)極反接，或者接到某種大電容上，就會(huì)將這部分電能儲(chǔ)存起來，并在高鐵重新啟動(dòng)時(shí)再次利用。這類再生制動(dòng)系統(tǒng)也被大量應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，達(dá)到節(jié)約電能、增加續(xù)航里程的效果。

（責(zé)任編輯 / 高琳 美術(shù)編輯 / 韋英章）