超電導リニアのひみつ

リニア中央新幹線の授業テキスト対象学年 : 中学生 1 2 時間超電導リニアのひみつ歴史をつなぎ未来をつくる 1 新しい新幹線 P1~2 6 リニアの安全性 P10~11 2 超電導ってなに 12 P3~4 7 リニア開発の歴史と車両 P12 3 リニアモーターの仕組み P5 8 リニアの種類 P13 4 リニアが進む仕組み P6 9 リニアを調べよう P14 5 リニアが浮く仕組み P7~9 年組名前

新しい新幹線 1 このイラストは超電導リニアの車両ですイラストを見て分かったこと気が付いたこと思ったことをできるだけたくさん書きましょう現在の新幹線 N700A と比べてみよう

車名型式 :LO 系編成 :( 試験時 ) 最長 12 両営業最高速度 : 時速 500km 編成長 :299m(12 両編成 ) 車体長 : 先頭車 28m 中間車 24.3m 車体幅 :2.9m 車体高 :3.1m 車体材質 : アルミニウム合金重さ : 約 25 トン ( 中間車 1 車両 ) ( 答え例 : 運転席はない車輪がないレールがないなど ) 超電導リニアは日本固有の技術で約 10cm 浮上し時速 500 kmで走行しますレールはなくガイドウェイと呼ばれる U 字型の構造物の中を磁石の力を使って走行します列車はすべて地上にある指令室から自動運転されており運転士はいませんしかし車内サービス異常時の対応などをおこなうために必要な乗務員を複数人乗務させることを予定しています

超電導ってなに? 1 2 電池に銅線を使い豆電球をつなげました銅線のなかに電気の流れを妨げる働きがありますこれを何というでしょうか電気の流れを妨げる働きを電気抵抗と言います解説電気の流れ (= 電流 ) を妨げる働きを電気抵抗といいますこの流れにくさを Ω( オーム ) という単位を使って数値で表します図のように電気抵抗が大きくなると回路を流れる電流が少なくなりますまた抵抗値はそれが何によってできているかで違ってきますなぜなら物質によって電流の流れやすさが異なるからです ( 答え : 電気抵抗 ) ミニ知識〇電気の流れやすさ主な金属の電気の流れやすさは銅金アルミ鉄です鉄道の架線に銅が使われているのは電気を流しやすいからなのです反対に電気を流しにくいのがニクロムですこの金属に電気を流すとたくさん熱が発生します

超電導ってなに? 2 3 超電導の説明です下の図を参考にしながらの中から文字を選んで文章を完成させましょう 1 超電導リニアは強力な磁石の力を利用して走行するため超電導現象を活用した ( ) を採用しています 2 超電導磁石は超電導材料として ( ) を使用し液体ヘリウムでマイナス ( ) まで冷やすことで電気抵抗がゼロとなり ( ) に電流を流すことができます 3 安定した超電導状態を保つことで ( ) によるエネルギーロスがなくより強力な磁石の力を発揮します超電導磁石永久磁石 269 186 半永久的一時的発熱発光ニオブチタン合金アルミニウム ( 答え :1 超電導磁石 2 ニオブチタン合金 269 半永久的 3 発熱 )

リニアモーターの仕組み 4 図を見ての正しい番号に〇をつけましょうリニアモーターとは従来の鉄道車両のモーターを 1 直線状 2U 字状に引き伸ばしたものです超電導リニアではこのリニアモーターの内側の回転子が 3 車両 4 地上に搭載される超電導磁石外側の固定子が地上のガイドウェイ ( 軌道 ) に設置される 5 推進コイル 6 走行路に相当しますリニアモーターの仕組み回転子固定子ガイドウェイ超電導磁石ミニ知識 1911 年オランダのヘイケカメルリングオンネスによって水銀を液体ヘリウムで冷却していったとき突然電気抵抗が下がりほぼゼロになる現象が報告されたヘリウムの液化と超伝導の発見によって 1913 年にノーベル物理学賞が授与された ( 答え :135)

リニアが進む仕組み 5 ( ) に入る言葉をの中から選び番号を書きましょう超電導磁石推進コイル車両の ( ) は N 極とS 極が交互に並べてあります地上の ( ) には変電所から電流を流してN 極と S 極を切り替えさせますすると車両とコイルの間で ( ) とS 極の ( ) 力 N 極どうしとS 極どうしの ( ) 力が起こり車両を前へ進ませます S N S N S N 1 電磁石 2 超電導磁石 3 推進コイル 4S 極 5N 極 6 ひきつけ合う 7 浮上させる 8 反発する 6 超電導リニアの進む方向の矢印をぬりましょう ( 答え 5 23568 6

リニアが浮く仕組み 7 通常鉄道は車輪とレールの何の力を利用して走行できるのでしょうか? 摩擦解説従来の鉄道は車輪とレールの摩擦の力を使って走りますが高速になると摩擦が少なくなり車輪が空転するため安定的な走行ができなくなってしまいます時速 500km で安定的に走るためには浮かせることが必要となってきます ( 答え : 摩 ( 擦 )) 8 超電導リニアはどれくらい車体が浮くのでしょうか 1 1cm 2 10cm 3 50cm 解説およそ時速 150km を超えるとゴムタイヤを格納し約 10cm 車体を浮かし高速で走行します ( 答え :2)

9 うすい文字をなぞりましょう 1. 浮上案内コイルは推進コイルと違って変電所から電気を流す必要はありません電磁誘導という現象により自然と電流が流れ磁石となります 2. これは磁石をコイルに近づけると磁場が乱されコイルに電流が流れるという現象です電流が流れたコイルには磁界が発生するので電源につながっていないコイルが一時的に電磁石になります 3. このときコイルが発する磁界の強さは同じ強さの磁石だとどれだけ速く動いているかで決まります速度が高いと磁場が強く乱され発生する磁力も大きくなるのです 4. 超電導リニアの場合車体の超電導磁石がガイドウェイの浮上案内コイルに作用します浮上案内コイルから発生する磁力の強さは磁石の移動する速さ (= 車体の移動速度 ) に応じて強くなるので車体の移動速度が増せばそれだけ浮上案内コイルが発揮する磁力が強くなりやがて車体が浮き上がるという仕組みです電磁誘導とは簡単に説明するとコイルに磁石を近づけるとコイルに電流が流れる現象だね導線に電流が流れるとその導線のまわりには磁場が発生します磁場の向きは電流が流れる方向に向かってぐるっと時計回り ( 右回り ) の方向です右ねじの法則だね N N S 超電導リニアの場合車体の超電導磁石がガイドウェイのコイルに作用するんだね

10 ( ) に反発するまたはひきつけ合うという言葉を入れましょう 1( ) 力 2( ) 力問題 3( ) 力 4( ) 力推進コイル浮上案内コイル車体を浮かせて走らせるために磁石の S 極と N 極がひきつけ合う力同じ極同士が反発する力を利用します車体にある超電導磁石とガイドウェイ ( 壁 ) にある浮上案内コイルで浮上させ推進コイルで移動させます ( 答え :12 ひきつけ合う 34 反発する )

11 リニアの安全性リニアの安全についての文章を読んで問題に答えましょう地震が起きた場合超電導リニアでは車両は浮上案内コイルの磁力の作用で常にガイドウェイ中央に安定して保持されるようになっているため脱線することはありません火災が起きた場合車両には不燃性難燃性の材料を使用しています万が一の火災時には原則として次の停車場又はトンネルの外まで走行して停車しますさらにトンネル内には避難通路を整備してあり地上までの安全な避難経路を確保してあります停電が起きた場合超電導リニアは車両が一定以上の速度で走行していれば浮上力が常に生じているため停電時にも車両は急に地面に落下することなく安全に停止します磁界の管理超電導リニアから生じる磁界は国際的なガイドラインの基準値以下に厳しく管理されているので健康への影響はありません 3 問題 1 問題 2 問題 3 地震が起きた場合車両は常にどこに安定して保持されるでしょうか中央火災が起きた場合原則として車両はどこに停車するでしょうか次のの外停電が起きた場合何が常に生じているため車両は急に落下しないのでしょうか問題 4 磁界は厳しく管理されているので何に影響はないのでしょうか

車両はガイドウェイの中央を走行します車両が一方の壁に近づいた場合でも超電導磁石と浮上案内コイルの間に働く磁力により車両は常にガイドウェイの中央を維持し続けます磁力により左右にぶつかることなく常に中央で安定して走行することができるのです ( 答え : 1 ガイドウェイ 2 停車場トンネル 3 浮上力 4 健康 ) 中心より左にずれた場合反発する力ひきつけ合う力早期地震警報システム ( テラス ) リニア中央新幹線の東京名古屋大阪のターミナル駅および路線の大半はトンネルや地下構造とする予定であり一般に地下空間は地震時の揺れが小さく災害に強いという特性があります更に東海道新幹線で実績のある早期地震警報システム ( テラス ) を導入し地震発生時には早期に列車を減速停止するため地震が起きても安全です

リニア開発の歴史と車両 12 リニアの開発の歴史です正しい文章になるように ( ) の番号をえらびましょう昭和 37 年 1962 年東京 ~ 大阪間を (1122) 時間を目指し新幹線の次の超高速鉄道としてリニアモーター推進浮上式鉄道の研究がスタートした昭和 47 年 1972 年国鉄鉄道技術研究所で ML100 が初めて浮上走行に成功した昭和 54 年 1979 年最初の実験車両 ML-500で無人走行で世界最高速度 (3317Km /h 4517km/h) を記録した昭和 55 年 1980 年ガイドウェイは逆 T 字型から U 字型に改造され人を乗せて走行ができる車両 (MLU001) により U 字型ガイドウェイ走行試験が始まった平成 9 年 1997 年 (5 山梨 6 長野 ) リニア実験線における本格的な走行試験がスタート低速度での走行試験を行い車両運動の安定性やブレーキ性能などを確認した平成 14 年 2002 年新しい先頭車 1 両中間車 1 両の計 2 両の試験車両を山梨リニア実験線に投入した平成 21 年 2009 年新型リニア車両の走行試験開始先頭部の長さを短縮するとともに車体上部の両側を従来の円形から (7 角形 8 円筒形 ) にし車両の形状を大きく変更し居住性の向上を目指した平成 25 年 2013 年解説山梨リニア実験線で営業線をみすえた新型車両 L0 < エルゼロ > 系での走行試験を開始リニアモーターカーは新幹線のぞみの約 2 倍の時速 500km リニアが実現すれば人の移動が今よりさらに速く行える ( 答え :1457)

リニアの種類 1 2 3 4 13 リニアモーターカーの種類と浮上高速度を線で結びましょうリニモ超電導リニアトランスラピッド ( 上海リニア ) アイウエ浮上高 :1.0cm 速度 : 時速 430km 浮上高 :0.8cm 速度 : 時速 100km 浮上高 :10cm 速度 : 時速 500km 浮上高 :0cm 速度 : 時速 70km 都営地下鉄大江戸線解説リニアモーターカーには超電導と常電導という二種類の方式がありますリニア新幹線は地震が多い日本で安全を考えて 10cm 浮かせる超電導方式を採用しています ( 答え :1 イ 2 ウ 3 ア 4 エ )

リニアを調べよう 14 リニアについて調べたことを書きましょう超電導リニアの技術をもっと詳しく学んでみよう! QR を読み込もう! 3 https://linear-chuo-shinkansen.jr-central.co.jp