磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng):__工程電磁場(chǎng)與波____指導(dǎo)老師:_____姚纓英_____實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):磁懸浮_實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:________同組學(xué)生姓名:____一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?必填)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理(必填)三、主要儀器設(shè)備(必填)四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析(必填)七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象;2、了解磁懸浮的作用機(jī)理及其理論分析的基礎(chǔ)知識(shí);3、在理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的基礎(chǔ)上,力求深化對(duì)磁場(chǎng)能量、電感參數(shù)和電磁力等知識(shí)點(diǎn)的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理(1)自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象由盤(pán)狀載流線圈和鋁板相組合構(gòu)成磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置,該系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)的扁平盤(pán)狀磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。線圈的激磁電流由自耦變壓器提供,從而在50hz正弦交變磁場(chǎng)作用下,鋁質(zhì)導(dǎo)板中將產(chǎn)生感應(yīng)渦流,最終表征為盤(pán)狀載流線圈自穩(wěn)定的磁懸浮現(xiàn)象。(2)基于虛位移法的磁懸浮機(jī)理的分析將盤(pán)狀載流線圈和鋁板組合看成一個(gè)磁系統(tǒng)。為簡(jiǎn)化分析,將鋁板看作為一半無(wú)限大完純導(dǎo)體。事實(shí)上當(dāng)激磁頻率為50hz時(shí),只有當(dāng)鋁板表面相對(duì)扁平盤(pán)狀線圈足夠大,而厚度b遠(yuǎn)大于該頻率下鋁板的透入深度d,才能作這一理想化假設(shè)。在此前提下,應(yīng)用鏡像法,可導(dǎo)得該磁系統(tǒng)的自感為式中,a——盤(pán)狀線圈被理想化為單匝圓形線圈時(shí)的平均半徑;n——線匝數(shù);r——導(dǎo)線被看作圓形導(dǎo)線時(shí)的等效圓半徑。當(dāng)通入盤(pán)狀線圈的激磁電流增大到使其與鋁板中感生渦流合成的磁場(chǎng),對(duì)盤(pán)狀載流線圈作用的電磁力足以克服線圈自重時(shí),線圈即浮離鋁板,呈現(xiàn)自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象。此時(shí),磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。作用于盤(pán)狀載流線圈的向上的電磁力必然等于該線圈的重量?，F(xiàn)應(yīng)用虛位移法來(lái)求取作用于磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。該磁懸浮系統(tǒng)的電動(dòng)推斥力。對(duì)盤(pán)狀載流線圈和鋁板組合的磁系統(tǒng),其對(duì)應(yīng)于力狀態(tài)分析的磁2場(chǎng)能量為wm=l*i/2。式中,i為激磁電流的有效值。其次,取盤(pán)狀載流線圈與鋁板之間相對(duì)位移h(即給定的懸浮高度)為廣義坐標(biāo),按虛位移法可求得作用于該系統(tǒng)的電動(dòng)推斥力,也就是作用于盤(pán)狀載流線圈的向上的電磁懸浮力從而,由穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)下力的平衡關(guān)系,即式中,m——盤(pán)狀線圈的質(zhì)量(kg);g——重力加速度(9.8m/s2);即可得對(duì)于給定懸浮高度h的磁懸浮狀態(tài),系統(tǒng)所需激磁電流為三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象(2)實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)于不同懸浮高度的盤(pán)狀線圈的激勵(lì)電流磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。1、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象在給定厚度為14mm的鋁板情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)自耦變壓器以改變輸入盤(pán)狀線圈的激磁電流,從而觀察在不同給定懸浮高度h的條件下,起因于鋁板表面層中渦流所產(chǎn)生的去磁效應(yīng),而導(dǎo)致的自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象2、實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)于不同懸浮高度的盤(pán)狀線圈的激磁電流在厚度為14mm的鋁板情況下,以5mm為步距,對(duì)應(yīng)于不同的懸浮高度,逐點(diǎn)測(cè)量穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)下盤(pán)狀線圈中的激磁電流,記錄其懸浮高度h與激磁電流i的相應(yīng)讀數(shù)。3、觀察不同厚度的鋁板對(duì)自穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)的影響分別在厚度為14mm和厚度為6mm的兩種鋁板情況下,對(duì)應(yīng)于相同的激磁電流(如i=20a),觀察并讀取相應(yīng)的懸浮高度h的讀數(shù),且用手直接感覺(jué)在該兩種鋁板情況下鋁板底面的溫度五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論懸浮高度h與激磁電流i的響應(yīng)關(guān)系懸浮高度h激磁電流i仿真結(jié)果序號(hào)理論值(a)(cm)(a)(a)10.417.0磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。5.2315.720.818.57.4018.831.019.88.2819.341.720.010.7921.452.021.511.7122.162.823.813.8524.3仿真結(jié)果:磁場(chǎng)線圖當(dāng)懸浮高度為2.8cm時(shí)求解在懸浮高度與激勵(lì)電流關(guān)系中,實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論值的偏差很大,但是總體趨勢(shì)相同,都是隨著高度增加而增大。實(shí)測(cè)值與仿真結(jié)果比較接近。理論值的推導(dǎo)過(guò)程中在等效半徑的估計(jì)上,a取(r1+r2)/2是偏大的,而且懸浮高度越小偏大越明顯。實(shí)際磁場(chǎng)并不能忽略邊緣效應(yīng),而且漏磁不可忽略,也造成了一定的實(shí)測(cè)電流偏大。因此在實(shí)驗(yàn)中,電流比較小的情況下,理論值與真實(shí)值的誤差會(huì)變得非常大,也就會(huì)出現(xiàn)上表中的情況。附:命令流/clear!定義參數(shù),單位均采用國(guó)際制單位cr1=0.031!盤(pán)狀線圈內(nèi)半徑cr2=0.195!盤(pán)狀線圈外半徑磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。ch=0.0125!盤(pán)狀線圈高度n=250!線圈匝數(shù)lh=0.014!鋁板高度lr1=0.02!鋁板內(nèi)半徑lr2=0.25!鋁板外半徑pi=2*asin(1)!3.1415926xfh=0.008!線圈懸浮高度,分析中可改變參數(shù)w=lr2!場(chǎng)域外空氣范圍相關(guān)尺寸h=lh+xfh+ch!場(chǎng)域外空氣范圍相關(guān)尺寸im0=18.80!線圈電流,分析中需調(diào)整的參數(shù)js0=im0*n*sqrt(2)/((cr2-cr1)*ch)!線圈截面上的電流密度(幅值)!前處理/prep7!前處理et,1,plane53,,,1!指定單元類(lèi)型,軸對(duì)稱(chēng)場(chǎng)分析mp,murx,1,1!指定1號(hào)材料(空氣)的相對(duì)磁導(dǎo)率mp,murx,2,1!指定2號(hào)材料(線圈)的相對(duì)磁導(dǎo)率mp,murx,3,1!指定3號(hào)磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。材料(鋁板)的相對(duì)磁導(dǎo)率mp,rsvx,3,2.62e-8!指定3號(hào)材料(鋁板)的電阻率!建立幾何模型!鋁板rectng,0,lr1,0,lhrectng,0,lr2,0,lh!線圈rectng,0,cr1,lh+xfh,lh+xfh+chrectng,0,cr2,lh+xfh,lh+xfh+ch!外圍空氣區(qū)域及整個(gè)分析場(chǎng)域rectng,0,lr2,0,lh+xfh+chrectng,0,w+h,-h,2*hrectng,0,w+8*h,-5*h,6*haovlap,all!對(duì)幾何模型(即,面)設(shè)置屬性!選擇線圈所對(duì)應(yīng)的面,根據(jù)位置來(lái)選擇asel,s,loc,x,cr1,cr2asel,r,loc,y,lh+xfh,lh+xfh+chlsel,s,loc,x,cr1asll,raatt,2,,1,0,磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。!選擇鋁板磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。asel,s,loc,x,lr1,lr2asel,r,loc,y,0,lhlsel,s,loc,x,lr1asll,raatt,3,,1,0,!選擇空氣allselasel,u,mat,,2,3aatt,1,,1,0!剖分,建立網(wǎng)格!先劃分鋁板所在區(qū)域asel,s,mat,,3esize,0.003amesh,all!劃分線圈所在區(qū)域asel,s,mat,,2!根據(jù)材料號(hào)來(lái)選擇線圈磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。esize,0.003!定義單元尺寸為0.003mamesh,all!剖分線圈所對(duì)應(yīng)的面!劃分線圈外的空氣區(qū)域lsel,s,loc,y,0,hlsel,r,loc,x,0asllcm,airin,areamshape,1,2damesh,allesize,0.02!劃分線圈內(nèi)的空氣區(qū)域smrtsize,6mshape,1,2d!三角形單元mshkey,0!自由剖分asel,s,mat,,1cmsel,u,airinamesh,all!加載線圈電流密度磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。asel,s,mat,,2eslabfe,all,js,,,,js0!加載外邊界磁力線平行邊界條件allsellsel,s,ext!選擇外邊界處的線dl,all,,asym!磁力線平行allsel!加載求力邊界條件asel,s,mat,,2eslacm,ccoil,elemfmagbc,ccoilallselsavefinish/solu磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。antype,3harfrq,50!指定分析頻率為50hz.solve!求解finish/post1!后處理set,1,,1,0!讀實(shí)部結(jié)果plf2d,27,0,10,1!畫(huà)實(shí)部結(jié)果對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)線圖fmagsum,ccoil!求線圈所受力set,1,,1,1!讀虛部結(jié)果plf2d,27,0,10,1!畫(huà)虛部結(jié)果對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)線圖篇二:磁懸浮實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng):工程電子場(chǎng)與電磁波指導(dǎo)老師:________熊素銘實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):_磁懸浮_實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:動(dòng)手操作及仿真同組學(xué)生姓名:一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?必填)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理(必填)三、主要儀器設(shè)備(必填)五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理七、討論、心得四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析(必填)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟠艖腋?shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。1、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象;2、了解磁懸浮的作用機(jī)理及其理論分析的基礎(chǔ)知識(shí);3、在理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的基礎(chǔ)上,力求深化對(duì)磁場(chǎng)能量、電感參數(shù)和電磁力等知識(shí)點(diǎn)的理解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象2、實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)于不同懸浮高度的盤(pán)狀線圈的激磁電流3、觀察不同厚度的鋁板對(duì)自穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)的影響實(shí)驗(yàn)原理1、自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象由盤(pán)狀載流線圈和鋁板相組合構(gòu)成磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置,如圖2-6所示。該系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)的扁平盤(pán)狀線圈的激磁電流由自耦變壓器提供,從而在50hz正弦交變磁場(chǎng)作用下,鋁質(zhì)導(dǎo)板中將產(chǎn)生感應(yīng)渦流,渦流所產(chǎn)生的去磁效應(yīng),即表征為盤(pán)狀載流線圈自穩(wěn)定的磁懸浮現(xiàn)象。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。2、基于虛位移法的磁懸浮機(jī)理的分析在自穩(wěn)定磁懸浮現(xiàn)象的理想化分析的前提下,根據(jù)電磁場(chǎng)理論可知,鋁質(zhì)導(dǎo)板應(yīng)被看作為完純導(dǎo)體,但事實(shí)上當(dāng)激磁頻率為50hz時(shí),鋁質(zhì)導(dǎo)板僅近似地滿(mǎn)足這一要求。為此,在本實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)造中,鋁質(zhì)導(dǎo)板設(shè)計(jì)的厚度b還必須遠(yuǎn)大于電磁波正入射平表面導(dǎo)體的透入深度d(b)。換句話(huà)說(shuō),在理想化的理論分析中,就交變磁場(chǎng)的作用而言,此時(shí),該鋁質(zhì)導(dǎo)板可被看作為“透不過(guò)的導(dǎo)體”。對(duì)于給定懸浮高度的自穩(wěn)定磁懸浮現(xiàn)象,顯然,作用于盤(pán)狀載流線圈的向上的電磁力必然等于該線圈的重量。本實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)通入盤(pán)狀線圈的激磁電流增大到使其與鋁板中感生渦流合成的磁場(chǎng),對(duì)盤(pán)狀載流線圈作用的電磁力足以克服線圈自重時(shí),線圈即浮離鋁板,呈現(xiàn)自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象。現(xiàn)應(yīng)用虛位移法來(lái)求取作用于該磁懸浮系統(tǒng)的電動(dòng)推斥力。首先,將圖2-1所示盤(pán)狀載流線圈和鋁板的組合看成一個(gè)磁系統(tǒng),則其對(duì)應(yīng)于力狀態(tài)分磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。析的磁場(chǎng)能量磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。式中,i為激磁電流的有效值。其次,取表征盤(pán)狀載流線圈與鋁板之間相對(duì)位移的廣義坐標(biāo)為h(即給定的懸浮高度),則按虛位移法可求得作用于該系統(tǒng)的電動(dòng)推斥力,也就是作用于盤(pán)狀載流線圈的向上的電磁懸浮力(2-1)在鋁板被看作為完純導(dǎo)體的理想化假設(shè)的前提下,應(yīng)用鏡像法,可以導(dǎo)得該磁系統(tǒng)的自感為(2-2)式中,a——盤(pán)狀線圈被理想化為單匝圓形線圈時(shí)的平均半徑;n——線匝數(shù);r——導(dǎo)線被看作圓形導(dǎo)線時(shí)的等效圓半徑。從而,由穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)下力的平衡關(guān)系,即式中,m——盤(pán)狀線圈的質(zhì)量(kg);g——重力加速度(9.8m/s2);進(jìn)一步代入關(guān)系式(2-2),稍加整理,便可解出對(duì)于給定懸浮高度h的磁懸浮狀態(tài),系統(tǒng)所需激磁電流為三、主要儀器設(shè)備磁懸浮裝置磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。鋁板:b=14mm,b=2mm,γ=3.82e7s/m盤(pán)狀線圈:n=250,r1=31mm,r2=195mm,h=12.5mm,m=3.1kg自耦變壓器:0~100v,0~30a,磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。50hz電流表四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象在給定厚度為14mm的鋁板情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)自耦變壓器以改變輸入盤(pán)狀線圈的激磁電流,從而觀察在不同給定懸浮高度h的條件下,起因于鋁板表面層中渦流所產(chǎn)生的去磁效應(yīng),而導(dǎo)致的自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象2、實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)于不同懸浮高度的盤(pán)狀線圈的激磁電流在厚度為14mm的鋁板情況下,以5mm為步距,對(duì)應(yīng)于不同的懸浮高度,逐點(diǎn)測(cè)量穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)下盤(pán)狀線圈中的激磁電流,記錄其懸浮高度h與激磁電流i的相應(yīng)讀數(shù)。3、觀察不同厚度的鋁板對(duì)自穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)的影響分別在厚度為14mm和厚度為6mm的兩種鋁板情況下,對(duì)應(yīng)于相同的激磁電流(如i=20a),觀察并讀取相應(yīng)的懸浮高度h的讀數(shù),且用手直接感覺(jué)在該兩種鋁板情況下鋁板底面的溫度五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論2、鋁板的透入深度d磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。d=1.883e-2m六、實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果1.磁場(chǎng)分布圖像(1)需部結(jié)果對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)圖x方向磁場(chǎng)y方向磁場(chǎng)篇三:磁懸浮實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng):__工程電磁場(chǎng)與波____指導(dǎo)老師:_____姚纓英_____實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):磁懸浮_實(shí)驗(yàn)類(lèi)型:________同組學(xué)生姓名:____一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?必填)二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理(必填)三、主要儀器設(shè)備(必填)四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析(必填)七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象;2、了解磁懸浮的作用機(jī)理及其理論分析的基礎(chǔ)知識(shí);磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。3、在理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的基礎(chǔ)上,力求深化對(duì)磁場(chǎng)能量、電感參數(shù)和電磁力等知識(shí)點(diǎn)的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理(1)自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象由盤(pán)狀載流線圈和鋁板相組合構(gòu)成磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置,該系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)的扁平盤(pán)狀線圈的激磁電流由自耦變壓器提供,從而在50hz正弦交變磁場(chǎng)作用下,鋁質(zhì)導(dǎo)板中將產(chǎn)生感應(yīng)渦流,最終表征為盤(pán)狀載流線圈自穩(wěn)定的磁懸浮現(xiàn)象。(2)基于虛位移法的磁懸浮機(jī)理的分析將盤(pán)狀載流線圈和鋁板組合看成一個(gè)磁系統(tǒng)。為簡(jiǎn)化分析,將鋁板看作為一半無(wú)限大完純導(dǎo)體。事實(shí)上當(dāng)激磁頻率為50hz時(shí),只有當(dāng)鋁板表面相對(duì)扁平盤(pán)狀線圈足夠大,而厚度b遠(yuǎn)大于該頻率下鋁板的透入深度d,才能作這一理想化假設(shè)。在此前提下,應(yīng)用鏡像法,可導(dǎo)得該磁系統(tǒng)的自感為磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。式中,a——盤(pán)狀線圈被理想化為單匝圓形線圈時(shí)的平均半徑;n——線匝數(shù);r——導(dǎo)線被看作圓形導(dǎo)線時(shí)的等效圓半徑。當(dāng)通入盤(pán)狀線圈的激磁電流增大到使其與鋁板中感生渦流合成的磁場(chǎng),對(duì)盤(pán)狀載流線圈作用的電磁力足以克服線圈自重時(shí),線圈即浮離鋁板,呈現(xiàn)自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象。此時(shí),作用于盤(pán)狀載流線圈的向上的電磁力必然等于該線圈的重量?，F(xiàn)應(yīng)用虛位移法來(lái)求取作用于該磁懸浮系統(tǒng)的電動(dòng)推斥力。對(duì)盤(pán)狀載流線圈和鋁板組合的磁系統(tǒng),其對(duì)應(yīng)于力狀態(tài)分析的磁2場(chǎng)能量為wm=l*i/2。式中,i為激磁電流的有效值。其次,取盤(pán)狀載流線圈與鋁板之間相對(duì)位移h(即給定的懸浮高度)為廣義坐標(biāo),按虛位移法可求得作用于該系統(tǒng)的電動(dòng)推斥力,也就是作用于盤(pán)狀載流線圈的向上的電磁懸浮力磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。從而,由穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)下力的平衡關(guān)系,即式中,m——盤(pán)狀線圈的質(zhì)量(kg);g——重力加速度(9.8m/s2);即可得對(duì)于給定懸浮高度h的磁懸浮狀態(tài),系統(tǒng)所需激磁電流為三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象(2)實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)于不同懸浮高度的盤(pán)狀線圈的激勵(lì)電流四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象在給定厚度為14mm的鋁板情況下,通過(guò)調(diào)節(jié)自耦變壓器以改變輸入盤(pán)狀線圈的激磁電流,從而觀察在不同給定懸浮高度h的條件下,起因于鋁板表面層中渦流所產(chǎn)生的去磁效應(yīng),而導(dǎo)致的自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象2、實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)于不同懸浮高度的盤(pán)狀線圈的激磁電流在厚度為14mm的鋁板情況下,以5mm為步距,對(duì)應(yīng)于不同的懸浮高度,逐點(diǎn)測(cè)量穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)下盤(pán)狀線圈中的激磁電流,記錄其懸浮高度h與激磁電流i的相應(yīng)讀數(shù)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。3、觀察不同厚度的鋁板對(duì)自穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)的影響分別在厚度為14mm和厚度為6mm的兩種鋁板情況下,對(duì)應(yīng)于相同的激磁電流(如i=20a),觀察并讀取相應(yīng)的懸浮高度h的讀數(shù),且用手直接感覺(jué)在該兩種鋁板情況下鋁板底面的溫度五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論懸浮高度h與激磁電流i的響應(yīng)關(guān)系懸浮高度h激磁電流i仿真結(jié)果序號(hào)理論值(a)(cm)(a)(a)10.417.05.2315.720.818.57.4018.831.019.88.2819.341.720.010.7921.452.021.511.7122.162.823.813.8524.3仿真結(jié)果:磁場(chǎng)線圖當(dāng)懸浮高度為2.8cm時(shí)求解在懸浮高度與激勵(lì)電流關(guān)系中,實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論值的偏差很大,但是總體趨勢(shì)相同,都是隨著高度增加而增大。實(shí)測(cè)值與仿真結(jié)果比較接近。理論值的推導(dǎo)過(guò)程中在等效半徑的估計(jì)上,a取(r1+r2)/2是偏大的,而且懸浮高度越小偏大越明顯。實(shí)際磁場(chǎng)并不能忽略磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。邊緣效應(yīng),而且漏磁不可忽略,也造成了一定的實(shí)測(cè)電流偏大。因此在實(shí)驗(yàn)中,電流比較小的情況下,理論值與真實(shí)值的誤差會(huì)變得非常大,也就會(huì)出現(xiàn)上表中的情況。附:命令流/clear!定義參數(shù),單位均采用國(guó)際制單位cr1=0.031!盤(pán)狀線圈內(nèi)半徑cr2=0.195!盤(pán)狀線圈外半徑ch=0.0125!盤(pán)狀線圈高度n=250!線圈匝數(shù)lr1=0.02!鋁板內(nèi)半徑lr2=0.25!鋁板外半徑pi=2*asin(1)!3.1415926xfh=0.008!線圈懸浮高度,分析中可改變參數(shù)w=lr2!場(chǎng)域外空氣范圍相關(guān)尺寸h=lh+xfh+ch!場(chǎng)域外空氣范圍相關(guān)尺寸im0=18.80!線圈電流,分析中需調(diào)整的參數(shù)磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。js0=im0*n*sqrt(2)/((cr2-cr1)*ch)!線圈截面上的電流密度(幅值)!前處理/prep7!前處理et,1,plane53,,,1!指定單元類(lèi)型,軸對(duì)稱(chēng)場(chǎng)分析mp,murx,1,1!指定1號(hào)材料(空氣)的相對(duì)磁導(dǎo)率mp,murx,2,1!指定2號(hào)材料(線圈)的相對(duì)磁導(dǎo)率mp,murx,3,1!指定3號(hào)材料(鋁板)的相對(duì)磁導(dǎo)率mp,rsvx,3,2.62e-8!指定3號(hào)材料(鋁板)的電阻率!建立幾何模型!鋁板rectng,0,lr1,0,lhrectng,0,lr2,0,lh!線圈rectng,0,cr1,lh+xfh,lh+xfh+chrectng,0,cr2,lh+xfh,lh+xfh+ch!外圍空氣區(qū)域及整個(gè)分析場(chǎng)域rectng,0,lr2,0,lh+xfh+chrectng,0,w+h,-h,2*h磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。rectng,0,w+8*h,-5*h,6*haovlap,all磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第22頁(yè)。!對(duì)幾何模型(即,面)設(shè)置屬性!選擇線圈所對(duì)應(yīng)的面,根據(jù)位置來(lái)選擇asel,s,loc,x,cr1,cr2asel,r,loc,y,lh+xfh,lh+xfh+chlsel,s,loc,x,cr1asll,raatt,2,,1,0,!選擇鋁板asel,s,loc,x,lr1,lr2asel,r,loc,y,0,lhlsel,s,loc,x,lr1asll,raatt,3,,1,0,!選擇空氣allselasel,u,mat,,2,3aatt,1,,1,0!剖分,建立網(wǎng)格!先劃分鋁板所在區(qū)域磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第23頁(yè)。esize,0.003amesh,all!劃分線圈所在區(qū)域asel,s,mat,,2!根據(jù)材料號(hào)來(lái)選擇線圈esize,0.003!定義單元尺寸為0.003mamesh,all!剖分線圈所對(duì)應(yīng)的面!劃分線圈外的空氣區(qū)域lsel,s,loc,y,0,hlsel,r,loc,x,0asllcm,airin,areamshape,1,2damesh,all篇四:物理演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告(磁懸浮列車(chē)演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告)磁懸浮列車(chē)演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.利用超導(dǎo)體對(duì)永磁體的排斥作用演示磁懸浮;【實(shí)驗(yàn)器材】1.超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)演示儀,如圖70-1所示。由二部分組成:磁導(dǎo)軌支架、磁導(dǎo)軌。其磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第24頁(yè)。中磁導(dǎo)軌是用550×240×3橢圓形低碳鋼板作磁軛,按圖70-2所示的方式鋪以18×10×6mm的釹鐵硼永磁體,形成磁性導(dǎo)軌,兩邊軌道僅起保證超導(dǎo)體周期運(yùn)動(dòng)的磁約束作用。2.高溫超導(dǎo)體,是用熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)工藝制備的,含ag的ybacuo系高溫超導(dǎo)體。之所以稱(chēng)為高溫超導(dǎo)體是因?yàn)樗谝旱獪囟?7kc(-196℃)下呈現(xiàn)出超導(dǎo)性,以區(qū)別于以往在液氦溫度42k(-269℃)以下呈現(xiàn)超導(dǎo)特性的低溫材料。樣品形狀為:圓盤(pán)狀,直徑18mm左右,厚度為6mm,其臨界轉(zhuǎn)變溫度為90k左右(-183℃)。3.液氮。上圖:實(shí)驗(yàn)裝置圖下圖:磁導(dǎo)軌【實(shí)驗(yàn)原理】實(shí)驗(yàn)原理:超導(dǎo)是超導(dǎo)電性的簡(jiǎn)稱(chēng).它是指金屬或合金在極低溫度下(接近絕對(duì)零度)電阻變?yōu)榱愕拇艖腋?shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。性質(zhì).它是一種宏觀量子現(xiàn)象,只有依據(jù)量子力學(xué)才能給與正確的微觀解釋.這就是bcs理論.磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第25頁(yè)。這是一臺(tái)高臨界溫度超導(dǎo)磁懸浮的動(dòng)態(tài)演示裝置.該裝置為一個(gè)盛放高臨界溫度超導(dǎo)體的簡(jiǎn)易列車(chē)模型,在具有磁束縛的封閉磁軌道上方,利用超導(dǎo)體對(duì)永磁體的排斥作用,演示磁懸浮;;并可在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)加速裝置作用下,沿軌道以懸浮或倒掛懸浮狀態(tài)無(wú)磨擦地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn).當(dāng)將一個(gè)永磁體移近釔鋇銅氧ybacuo超導(dǎo)體表面時(shí),磁通線從表面進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi),在超導(dǎo)體內(nèi)形成很大的磁通密度梯度,感應(yīng)出高臨界電流,從而對(duì)永磁體產(chǎn)生排斥,排斥力隨相對(duì)距離的減小而逐漸增大,它可以克服永磁體的重力使其懸浮在超導(dǎo)體上方一定的高度上;高溫超導(dǎo)體是用熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)工藝制備的含ag的ybacuo系高溫超導(dǎo)體,所以稱(chēng)為高溫超導(dǎo)體是因?yàn)樗谝旱獪囟?7k(-196°c)下呈現(xiàn)出超導(dǎo)性,以區(qū)別于以往在液氦溫度42k(-269°c)下呈現(xiàn)出超導(dǎo)性的低溫材料.它的形狀為圓盤(pán)形,其臨界轉(zhuǎn)變溫度為90k(-183°c).超導(dǎo)體樣品放在一鋁制的磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第26頁(yè)。列車(chē)模型中,四周包有起熱屏蔽作用的鋁箔,這樣可使超導(dǎo)體在移開(kāi)液氮后仍能在一段時(shí)間內(nèi)磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第26頁(yè)。保持自身溫度在其臨界溫度以下,以延長(zhǎng)演示時(shí)間.磁性軌道是用鋼板加工成橢圓形軌道用作磁軛,上面鋪以釹鐵硼(ndfeb)永磁塊(表磁為0.4t)形成磁性導(dǎo)軌.兩邊軌道起保證超導(dǎo)體周期運(yùn)動(dòng)的磁約束作用.加速裝置是使永磁體繞水平軸旋轉(zhuǎn)在豎直面內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的.在扁圓柱形的尼龍輪上,鑲有四塊釹鐵硼(ndfeb)磁塊,尼龍輪固定在玩具電機(jī)軸上,電機(jī)又固定在磁軌道面的正上方.當(dāng)電機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在此導(dǎo)軌面的上方產(chǎn)生一繞水平軸旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng).若磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向與超導(dǎo)體在軌道面上前進(jìn)的方向同向時(shí),則當(dāng)超導(dǎo)體通過(guò)磁旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的下方時(shí)便產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)超導(dǎo)塊加速前進(jìn)的磁驅(qū)動(dòng)力,從而起加速作用.【實(shí)驗(yàn)操作與現(xiàn)象】1.演示磁懸浮將超導(dǎo)體樣品放入液氮中浸泡約3—5分鐘,然后用竹夾子將其夾出放在磁體的中央,使磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第27頁(yè)。其懸浮在高度為10mm,以保持穩(wěn)定。再用手沿軌道水平方向輕推樣品(導(dǎo)體),則看到樣品磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第27頁(yè)。將沿磁軌道做周期性水平運(yùn)動(dòng),直到溫度高于臨界溫度(大約90k),樣品落到軌道上?！咀⒁馐马?xiàng)】1、樣品放入液氮中,必須充分冷卻、直至液氮中無(wú)氣泡為止;2、演示時(shí),樣品一定用竹夾子夾住,千萬(wàn)不要掉在地上,以免樣品摔碎;3、演示時(shí),沿水平方向輕推樣品,速度不能太大,否則樣品將沿直線沖出軌道;4、演示倒掛時(shí),當(dāng)樣品運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,由于溫度生高,樣品失去超導(dǎo)性而下落,這時(shí)應(yīng)用手接住它,否則,樣品將摔壞;5、超導(dǎo)塊最好保存在干燥箱內(nèi),防止受潮脫落。【實(shí)驗(yàn)心得】在這次的物理演示實(shí)驗(yàn)中我受益良多,看到許多有趣的物理現(xiàn)象,并且充分認(rèn)識(shí)到了物理學(xué)的奇妙之處。以前學(xué)習(xí)物理總感覺(jué)雖然學(xué)的理論知識(shí)很多,但卻很難讓我們看到它的實(shí)際用處,而經(jīng)過(guò)這次物理演示實(shí)驗(yàn)我才充分看到了原來(lái)學(xué)的物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用是很廣泛的,感受到了物理的獨(dú)特魅力。在這次實(shí)驗(yàn)中給我印象深刻的就是磁懸浮列車(chē)演示實(shí)驗(yàn),磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第28頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第28頁(yè)。因?yàn)檫@是已經(jīng)應(yīng)用的高科技,它使列車(chē)的速度再次達(dá)到了一個(gè)質(zhì)的飛躍。而其中所應(yīng)用的物理知識(shí)確是我們都知道的,所以物理學(xué)是很神奇的,如果能把所有的物理知識(shí)全都轉(zhuǎn)化為實(shí)際的技術(shù),那我們的生活就會(huì)發(fā)生天翻地覆的變化?？傊?經(jīng)過(guò)這次物理演示實(shí)驗(yàn),讓我對(duì)物理有了新的認(rèn)識(shí):物理是一門(mén)既實(shí)用又有趣的學(xué)科。篇五:磁懸浮列車(chē)演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告磁懸浮列車(chē)演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.利用超導(dǎo)體對(duì)永磁體的排斥作用演示磁懸浮;【實(shí)驗(yàn)器材】1.超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)演示儀,如下圖所示。由兩部分組成:磁導(dǎo)軌支架、磁導(dǎo)軌。其中磁導(dǎo)軌是用550×240×3橢圓形低碳鋼板作磁軛,按圖70-2所示的方式鋪以18×10×6mm的釹鐵硼永磁體,形成磁性導(dǎo)軌,兩邊軌道僅起保證超導(dǎo)體周期運(yùn)動(dòng)的磁約束作用。2.高溫超導(dǎo)體,是用熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)工藝制備的,含ag的ybacuo系高溫超導(dǎo)體。之所以磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第29頁(yè)。磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第29頁(yè)。稱(chēng)為高溫超導(dǎo)體是因?yàn)樗谝旱獪囟?7kc(-196℃)下呈現(xiàn)出超導(dǎo)性,以區(qū)別于以往在液氦溫度42k(-269℃)以下呈現(xiàn)超導(dǎo)特性的低溫材料。樣品形狀為:圓盤(pán)狀,直徑18mm左右,厚度為6mm,其臨界轉(zhuǎn)變溫度為90k左右(-183℃)。3.液氮。上圖:實(shí)驗(yàn)裝置圖下圖:磁導(dǎo)軌【實(shí)驗(yàn)原理】實(shí)驗(yàn)原理:超導(dǎo)是超導(dǎo)電性的簡(jiǎn)稱(chēng).它是指金屬或合金在極低溫度下(接近絕對(duì)零度)電阻變?yōu)榱愕男再|(zhì).它是一種宏觀量子現(xiàn)象,只有依據(jù)量子力學(xué)才能給與正確的微觀解釋.這就是bcs理論.這是一臺(tái)高臨界溫度超導(dǎo)磁懸浮的動(dòng)態(tài)演示裝置.該裝置為一個(gè)盛放高臨界溫度超導(dǎo)體的簡(jiǎn)易列車(chē)模型,在具有磁束縛的封閉磁軌道上方,利用超導(dǎo)體對(duì)永磁體的排斥作用,演示磁磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第30頁(yè)。懸浮;;并可在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)加速裝置作用下,沿軌道以懸浮或倒掛懸浮狀態(tài)無(wú)磨擦地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn).磁懸浮實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告全文共34頁(yè)，當(dāng)前為第30頁(yè)。當(dāng)將一個(gè)永磁體移近釔鋇銅氧ybacuo超導(dǎo)體表面時(shí),磁通線從表面進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi),在超導(dǎo)體內(nèi)形成很大的磁通密度梯度,感應(yīng)出高臨界電流,從而對(duì)永磁體產(chǎn)生排斥,排斥力隨相對(duì)距離的減小而逐漸增大,它可以克服永磁體的重力使其懸浮在超導(dǎo)體上方一定的高度上;高溫超導(dǎo)體是用熔融結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)工藝制備的含ag的ybacuo系高溫超導(dǎo)體,所以稱(chēng)為高溫超導(dǎo)體是因?yàn)樗谝旱獪囟?7k(-196°c)下呈現(xiàn)出超導(dǎo)性,以區(qū)別于以往在液氦溫度42k(-269°c)下呈現(xiàn)出超導(dǎo)性的低溫材料.它的形狀為圓盤(pán)形,其臨界轉(zhuǎn)變溫度為90k(-183°c).超導(dǎo)體樣