實(shí)驗(yàn)二磁懸浮

實(shí)驗(yàn)二磁懸浮第一頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.盤狀線圈

1個(gè)規(guī)格：N=250匝，內(nèi)徑R1=31mm，外徑R2=195mm，厚度h=12.5mm，質(zhì)量M=3.1kg

2.鋁質(zhì)導(dǎo)板2個(gè)規(guī)格：（1）厚度b=14mm（2）厚度b=2mm 電導(dǎo)率γ=3.82107S/m

3.自耦變壓器1個(gè)

規(guī)格：0~100V，0~30A，50Hz一、實(shí)驗(yàn)儀器電子信息工程學(xué)院第二頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.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)?zāi)康碾娮有畔⒐こ虒W(xué)院第三頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、實(shí)驗(yàn)原理（1）自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象

由盤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1所示。該系統(tǒng)中可調(diào)節(jié)的扁平盤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)，即表征為盤狀載流線圈自穩(wěn)定的磁懸浮現(xiàn)象。電子信息工程學(xué)院第四頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、實(shí)驗(yàn)原理圖1

磁懸浮裝置(b)盤狀線圈截面圖R2R1N匝(a)磁懸浮系統(tǒng)示意圖盤狀線圈b鋁板hA220V~電子信息工程學(xué)院第五頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、實(shí)驗(yàn)原理（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（bd）。換句話說(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”。電子信息工程學(xué)院第六頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二對(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?？捎锰撐灰品▉?lái)求作用于該磁懸浮系統(tǒng)的電動(dòng)推斥力。三、實(shí)驗(yàn)原理電子信息工程學(xué)院第七頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二首先，將圖中所示盤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)分析的磁場(chǎng)能量三、實(shí)驗(yàn)原理式中，I為激磁電流的有效值。取表征盤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，也就是作用于盤狀載流線圈的向上的電磁懸浮力為：

(1)

電子信息工程學(xué)院第八頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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)的自感為三、實(shí)驗(yàn)原理—盤狀線圈被理想化為單匝圓形線圈時(shí)的平均半徑；式中:—線匝數(shù)；

—導(dǎo)線被看作圓形導(dǎo)線時(shí)的等效圓半徑。

(2)

電子信息工程學(xué)院第九頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二從而，由穩(wěn)定磁懸浮狀態(tài)下力的平衡關(guān)系，即三、實(shí)驗(yàn)原理式中，M——盤狀線圈的質(zhì)量(kg)；

g——重力加速度(9.8m/s2)；進(jìn)一步代入關(guān)系式(2)，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(3)電子信息工程學(xué)院第十頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

1.觀察自穩(wěn)定的磁懸浮物理現(xiàn)象四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在給定厚度為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，由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；電子信息工程學(xué)院第十一頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二

2.實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)于不同懸浮高度的盤狀線圈的激磁電流四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在厚度為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)。電子信息工程學(xué)院第十二頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二基于厚度為14mm的鋁板情況下懸浮高度h與激磁電流I的相應(yīng)讀數(shù)，給出實(shí)測(cè)值與理論分析結(jié)果之間的比較，并討論其相互印證的合理性。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)測(cè)值計(jì)算式：理論值計(jì)算式：電子信息工程學(xué)院第十三頁(yè)，共十四頁(yè)，編輯于2023年，星期二（1）本實(shí)驗(yàn)中采用的是N=250匝的扁平盤狀線圈，而不是單匝的圓形線圈；（2）線圈內(nèi)外半徑從R1=31mm到R2=195mm變化很大，故關(guān)于近似電感計(jì)算式(2)中參數(shù)L0=μ0aN2的計(jì)算，其中平均半徑a可取為(R1+R