Maglev

HERŞEY MIKNATISLARDA GİZLİ

 

 

İlkan Kavlak* ,  Kıvılcım Beriat, Emine Ergovan , Yrd.Doç.Dr.Ömer Özbaş

 

Eskişehir Osmangazi Üniversite Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü Meşelik kampusü 26020 Eskişehir.

 

ÖZET

Bu çalışmada; “Maglev” (Magnetic Levitation - Magnetik Kaldırma) Trenlerinin yapısı ve çalışma prensipleri incelendi. Günümüzde kullanılmakta olan hızlı trenlerle, Maglev’ lerin özellikleri karşılaştırıldı. Maglev trenlerinin daha da geliştirilmesiyle oluşacak teknoloji,  geleceğimizi nasıl etkiler, konusu üzerinde çalışıldı.

 

Anahtar Kelimeler:    maglev,meissner,hızlı tren,levitasyon, TGV,

 

   1 Giriş

Çağımızdaki en büyük problem enerji ve zamandır hızla küreselleşen dünyada şirketler uluslararası hale gelmiş ve küçük sermaye ile belirli bir bölgede kurulan şirketler kapanarak yerlerini büyük holdinglere bırakmıştır. Durum böyle olunca şirketler yan kuruluşlarını ve şubelerini denetleme ihtiyacı duymuşlardır. Bu yüzden şirketler represantlarını teftiş için birbirinden uzak bölgelere gönderme ihtiyacı duymaktalardır. Buda zaman kaybına neden olmakta ve çalışanların göreve konsantrasyonunda azalmalara yol açmıştır. Dünya küreselleştikçe ülkeler arasındaki sınırlar kalkmış ve insanlar toplu taşıma vasıtaları ile bir yerden bir yere gitmeye başlamıştır. Böyle bir trafik başlangıçta rekabeti oluşturmuş ve trenler yerlerini yavaş yavaş hızlı trenlere, hızlı trenlerde bırakmıştır. Fakat burada önemli olan husus bir yerden bir yere hızlı bir şekilde değil güvenli bir şekilde gitmektir. Maalesef Türkiye ilk hızlı tren denemesinden rayların alt yapılarının yetersiz olması nedeniyle başarısız ayrılmış ve ne yazık ki bunun faturası demir yollarına çıkarılmıştır. Ama aslında toplu taşıma araçlarından en güvenli olan vasıtalar trenlerdir fakat bu vasıtaların rayları güvenli olması açısından sürekli kontrol edilmeli ve belirli bölgelerde hız sınırlandırılmaları uygulanmalıdır.

Standart trenler günümüzde Türkiye’de iki çeşitlidir birincisi elektrikle çalışan çelik ray trenleridir bu tren hattı çok yaygın olmamakla birlikte özellikle İstanbul-Ankara hattı üzerinde faaliyettedir. Diğer bir türde Mazotlu çelik ray trenleridir bu trenler yaygın olarak kullanılmaktadır. Şimdi de inşaatı süren hızlı tren ray projesi vardır. Öncelikle hızlı tren ray projesi Ankara-İstanbul arasına inşa edilecek ve farklı bir demir yolu üzerinde hareket sağlanılacaktır. Ne yazık ki ülkemizdeki standart trenlerin yol aldığı raylar cumhuriyet döneminden beri kullanılan raylardır. Bu standart trenler 90–100 km/saat lik bir hızla hareket ederken hızlı trenlerin 150–200 km/saat hızla hareket edenleri mevcuttur. Hızlı trenler ortalama olarak süreyi yarıya indirmekle beraber toplu taşımada hava yolları ile mücadele edememektedir. Hava yolları günümüzde kullanılan en hızlı ulaşım araçlarıdır fakat uçak yakıtlarının pahalı olması ve her şehrimiz hava alanı yapımına müsait olmadığından dolayı trenlere nazaran oldukça pahalıdır. Son zamanlarda havayolu şirketleri arasındaki rekabetten dolayı bilet fiyatları düşse de standart trenlere göre yine ücretleri iki ya da üç kat kadar daha pahalıdır. Bu durumda standart trenler ve hava yolları ile rekabet edebilecek yeni bir kardeşin doğması gerekmektedir. Bu sistem magnetik levitasyon trenleridir ve üstüniletkenliğin mühendislik uygulamasında başka bir şey değildir. Bu yapı kullanılırken çelik raylar yerine üstüniletken mıknatıslar kullanılmaktadır ve Japonya’da şu anda denemeleri sürmektedir.

Bu trenlerin gelecekte standart trenlerin yerini alması öngörülmektedir ve hala denemeleri sürdürülmektedir.

 

 

2.1 MEISSNER OLAYI VE LEVITASYON

Üstüniletkenlerin magnetik özellikleri  de elektrik özellikleri gibi alışılmadıktır. Madde üstüniletken hale dönüşürken  içerisindeki atomların magnetik momentleri birbirlerini sıfırlar ve sadece yüzeydeki  atomların magnetik momentleri korunur. Sonuçta  üstüniletken maddede yüzey akımı oluşur. Normal durumda üstüniletken magnetik maddeler değillerdir. Bu yüzden magnetik alana konurlarsa magnetik alan difüz edebilir ve alan çizgileri kesilmeksizin içlerinden geçer fakat magnetik alanda iken kritik sıcaklığın altındaki sıcaklıklara kadar soğutulursa uygulanan magnetik alana karşı bu maddeler manyetize hale gelir ve magnetik indüksiyon çizgileri dışarı itilir. Yani metalin normal sıcaklığı kritik sıcaklığın üstündeyse içersinden magnetik alan geçen madde kritik sıcaklığın altın indiğinde magnetik alanı dışarı atar bu olay meissner olayı olarak bilinir. Üstüniletken maddeler ideal bir diyamagnet gibi davranırken her diyamagnet madde üstüniletken değildir. Üstüniletken bir maddeyi magnetik alan olmayan bir bölgeye koyup yanına bir mıknatıs getirelim. Başlangıçta üstüniletken içinde  B magnetik alan sıfır olduğuna göre B yine sıfır olmalıdır. Bunun sağlanacağını görmek kolaydır. Faraday yasasına göre yaklaşan mıknatıs üstüniletken içinde akımlar oluşturur ve bu akımların yol açtığı magnetik alan mıknatısın magnetik alanını sıfırlayacak büyüklükte ve yönde olur ve mıknatısı havada tutar. Üstüniletkenin direnci olmadığından akımlar hiç azalmaz ve mıknatıs sürekli havada durur.  Yani meşhur havada kalma deneyi böyle  açıklanır.  

3 MAGLEV TRENLERİ

Yüksek hız demiryolu sistemleri iki ana grup altında toplanabilir: Maglev’li (magnetik levitasyonlu) sistemler ve çelik tekerlekli-çelik raylı sistemler. Bunlardan çelik tekerlek-çelik ray sistemleri de yüksek hız için geliştirilmiş trenler ve yalpalı (tilted) trenler olarak iki sınıfa ayrılabilir.
Maglev sisteminde, yol boyunca sıralanan bobinlere değiştirilebilen frekansta alternatif akım verilir. Bu sayede, araçtaki mıknatısların kilitlendiği bir magnetik dalga oluşturulur. Trenin hızı ise, bobinlerdeki akım frekansına bağlıdır. Bu ilke etrafında iki farklı sistem geliştirilmiştir. Bunlardan birincisi ve Japonlar’ın geliştirmekte olduğu “itme modlu elektrodinamik” sistemde, trendeki üstüniletken mıknatıslar kullanılır. Bobinlerde etkileşim sonucu oluşan magnetik yastık, treni yaklaşık 15 cm havaya kaldırır. Trendeki üstüniletkenlik mıknatıslar, bobinlerin yol boyunca oluşturdukları magnetik dalganın çekme ve itme kuvvetlerinin etkisiyle hareket eder. Aracın yolu ortalaması da bu itme-çekme kuvvetlerinin yardımıyla olur. Eğer araç, yolun bir tarafına doğru kayarsa, yakınlaştığı kenardaki bobinde itme kuvveti, uzaklaştığı kenardaki bobinde de çekme kuvveti oluşur. Diğer sistem ise Almanya’da geliştirilen “çekme modlu elektromagnetik” sistemdir. Bu sistemde araçta üstüniletken olmayan demir çekirdekli mıknatıslar bulunur. Bu mıknatıslar yolun altından tutturulmuş ferromagnetik mıknatıslarca yukarı doğru çekilir. Oluşan magnetik yastık sayesinde trenle yol arasında yaklaşık 1,5 cm ‘lik bir açıklık ortaya çıkar.

Şekil 3.1 maglev trenlerinde farklı iki sistem Kaynak: Scientific American, Eylül 1995

 Maglev trenleri dünyanın hiçbir yerinde henüz ticari amaçlı işletime geçmemiştir. Ama maglev trenleri ile yapılan deneme sürüşlerinde daha şimdiden 517 km/saat’lik bir hıza ulaşılması bu trenleri cazip kılarken, tamamen farklı ve çok pahalı yepyeni bir sisteme gereksinim duyulması caydırıcı bir etken olmaktadır. Çelik tekerlek-çelik ray grubunun ilk ayağını oluşturan ve yüksek hız için geliştirilmiş trenler, 350 km/saat’e kadar hız yapabilmekte ve güç kaynağı olarak elektrikten yararlanmaktadır. Şu anda işletilmekte olan Fransız TGV’leri, Japon Şinkansen trenleri ve Alman ICE yüksek hız trenleri bu grupta yer alır. Bu sistem her ne kadar yüksek potansiyele sahipse de, bu kadar yüksek hıza uygun yeni yolların yapımını gerektirdiği için pahalıdır. Avrupa’da demiryolu taşımacılığının pazar payı hiç azımsanmayacak sayılara ulaşırken Türkiye’nin bu yarışın dışında kalması çok büyük bir kayıptır. 21. yüzyılın taşımacılığında demiryollarının başı çekeceği düşünülürken Türkiye treni kaçırmamalı ve bir an önce harekete geçmelidir.

4. MAGLEV TRENLERİ İLE ÖZEL ÜRETİMLİ ÇELİK RAY HIZLI TRENLERİN KARŞILAŞTIRILMASI

ÇELİK TEKERLEK - ÇELİK RAY

MAGLEV

Yakın gelecek için hız saatte 330 kilometre olarak planlanmıştır.

Ticari hizmetlerde hız 400 km/saat olarak düşünülmektedir.

Yüksek hız için yeni hatlar ve yol kullanım hakları gerekmektedir; yerleşim alanlarında daha düşük hızlarda mevcut hatlar kullanılabildiğinden inşaat maliyetleri daha düşüktür.

Tümüyle yeni altyapı gerekmektedir; inşaat maliyetleri daha yüksektir; bakım maliyetleri daha düşük olabilir.

260 km/saat hızda gürültü düzeyi hattan 25 metre mesafede 85-90 desibele ulaşmaktadır.

Gürültü aynı mesafede diğer yüksek-hız trenlerinde olduğundan daha az ya da aynıdır; sürtünme olmadığı için düşük hızlarda daha sessizdir.

31 yıldır gelir getiren bir geçmişe sahiptir.

İşletimde olan ticari hat mevcut değildir.

Yolcu-kilometre olarak enerji kullanımı maglev'in en yüksek hızındakiyle aynıdır.

Genel olarak az enerji kullanılmaktadır.

 

Diğer yüksek-hız trenlerinden daha hızlı ivme kazanmaktadır; daha dik yerlere tırmanabilmektedir.

TABLO 4.1 karşılaştırma
Kaynak:
Office of Technology Assessment, U.S. Congress

Sıralama

ülkeler

Kalkış istasyonu

Varış istasyonu

Mesafe  (km)

hız (km/saat)

1

Japonya

Kokura

Hiroshima

192.0

261.8

2

Fransa

Valence TGV

Avignon TGV

129.7

259.4

3

Dış hatlar

Brussels Midi

Valence TGV

831.3

242.1

4

Almanya

Frankfurt Flughafen

Siegburg/Bonn

143.3

232.4

5

İspanya

Madrid Atocha

Sevilla

470.5

209.1

6

İsviçre

Alvesta

Hassleholm

98.0

178.2

7

İngiltere

York

Darlington

71.0

177.5

8

İtalya

Roma Termini

Firenze SMN

261.0

166.6

9

Amerika

Wilmington

Baltimore

110.1

165.1

10

Finlandiya

Salo

Karjaa

53.1

151.7

11

Çin

Shenzhen

Guangzhou Dong

139.0

151.6

Tablo 4.2 yolcuların kullanımında olan en hızlı tren hatları : (2003)

Türkiyedeki son hızlı tren projesini düşünecek olursak,

şekil 4.1 Türkiye’ de uygulamaya girmesi beklenilen hızlı tren projesi. (Ankara- İstanbul) hattı

şekil 4.2 Ankara Konya Hızlı tren hattı

Hızlı Trenlerin Avantajları 

·  Hızlı Tren ile uçak yolculuğuna göre daha çabuk ulaşım sağlanabilir. Tren istasyonlarının şehiriçinde yer almaları nedeniyle erişim daha kolaydır.

·  Hızlı Tren'lerde gecikme ve ertelemeler çok nadir görülmektedir. Hava olayları aşırı etki göstermediği sürece trenler için bir gecikmeye neden olmamaktadır. Örneğin Japonyada, Hızlı Tren seferlerinde ortalama gecikme 24 saniyedir!

·  Hızlı Tren'ler diğer ulaşım araçlarına göre çok daha güvenlidir.

·  Hızlı Tren'ler elektrik enerjisi ile çalışırlar, bu nedenle çevreye zarar vermedikleri gibi sessiz çalışarak gürültü kirliliği de üretmezle

Türkiyedeki hızlı Tren Projesi

 İspanya'da yerleşik CAF firmasından temin edilecek hızlı tren setleri saatte 250 km hıza sahip. Bir set, 419 yolcu kapasiteli ve 6 vagondan oluşuyor.

Yolcu güvenliği ve konforu açısından her türlü donanıma sahip olan hızlı tren setlerinde;

Arkadaşların Burada !
Arkadaşların Burada !