磁懸浮物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

磁懸浮物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告篇一：磁懸浮實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：__工程電磁場(chǎng)與波____指導(dǎo)老師：_____姚纓英_____實(shí)驗(yàn)名稱：磁懸浮_實(shí)驗(yàn)類型：________同組學(xué)生姓名：____一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?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)步驟數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）五、實(shí)驗(yàn)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。1二、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，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，最終表征為盤狀載流線圈自穩(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。此時(shí)，作用于盤狀載流線圈的向上的電磁力必然等于該線圈2的重量?，F(xiàn)應(yīng)用虛位移法來求取作用于該磁懸浮系統(tǒng)的電動(dòng)推斥力。對(duì)盤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?。?）實(shí)測(cè)對(duì)應(yīng)于方法和實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察自穩(wěn)定的磁懸浮鋁板情況下，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)定物理現(xiàn)象不同懸浮高度的盤狀線圈的激勵(lì)電流四、操作物理現(xiàn)象在給定厚度為14mm的通過調(diào)節(jié)自耦變壓器以改變輸入盤狀線圈的激磁電流，從而的磁懸浮物理現(xiàn)象32、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)。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)過程中在等效半徑的估計(jì)上，a?。≧1+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4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)變得非常就會(huì)出現(xiàn)上表中的情況。大，也附：命令流/clear!定義參數(shù)，單位均采用國(guó)際制單位cr1=0.031!盤狀線圈內(nèi)半徑cr2=0.195!盤狀線圈外半徑ch=0.0125!盤狀線圈高度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，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)尺寸分析中可改變參數(shù)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5et,1,plane53,,,1!指定單元類型，軸對(duì)稱場(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*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)位置來選擇asel,s,loc,x,cr1,cr2asel,r,loc,y,lh+xfh,lh+xfh+chlsel,s,loc,x,cr16asll,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7lsel,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8allsel!加載求力邊界條件asel,s,mat,,2eslacm,ccoil,elemfmagbc,'ccoil'allselsavefinish/soluantype,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!畫虛部結(jié)果對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)線圖篇二：磁懸浮列車演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告磁懸浮列車演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告9【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??；【實(shí)驗(yàn)器材】1．超導(dǎo)磁懸浮列車演示儀，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。之所以稱為高溫超導(dǎo)體是因?yàn)樗谝旱獪囟?7KC（-196℃）下呈現(xiàn)出超導(dǎo)性，以區(qū)別于以氦溫度42K（-269℃）以下盤狀，直徑18mm左右，往在液呈現(xiàn)超導(dǎo)特性的低溫材料。樣品形狀為：圓厚度為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.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10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列車模型中,四周包有起熱屏蔽作用的鋁箔,這樣可使超導(dǎo)體在移開液氮后仍能在一段時(shí)間內(nèi)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11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。【注意事項(xiàng)】1、樣品放入液氮中，必須充分冷卻、直至液氮中無氣泡為止；2、演示時(shí)，樣品一定用竹夾子夾住，千萬不要掉在地上，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12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?！緦?shí)驗(yàn)心得】如果說蘋果砸在牛頓頭上是一種偶然，而他由此發(fā)現(xiàn)萬有引力定律更是一種機(jī)遇，那么大學(xué)物理演示演實(shí)驗(yàn)室，則將這種偶然化為了平凡，然而誰會(huì)撞上牛頓般的機(jī)遇呢？與其說我的演示實(shí)驗(yàn)室一行是為了完成老師給的任務(wù)不如說是為了尋秘世間眾多復(fù)雜事物背后的淺顯真理，但大自然的奇跡早已偷走了我欲思考的心，而僅僅留下一種沉迷與忘我。還未來得及走出眾多新奇現(xiàn)象，老師的催促聲就已阻斷了我通往現(xiàn)象背后簡(jiǎn)短原理的解釋之路。于是我只能收尋斑駁的記憶，更多的是加上自己的一點(diǎn)拙見，算是探究了一番。物理演示實(shí)驗(yàn)的種種奇觀早已超出了美學(xué)的領(lǐng)地上升到了神秘而又新奇惹人愛慕的境界。我無法抗拒它奇秘的誘惑，因而僅僅漂浮在其表象，未能來得及深入其內(nèi)臟以一探究竟。加之我本粗陋的知識(shí)儲(chǔ)備，更無緣其美了。對(duì)此我感到深深遺憾。但我相信，我的虔誠(chéng)是在揭示一個(gè)真理：我們真正應(yīng)做的不是去思考這現(xiàn)象背后已被揭穿的真理，而是去尋找這些現(xiàn)象的良佳去處，即怎樣才能把它們更多的應(yīng)用到13實(shí)踐中去，以利于人們的生活。盡管我給它們物色的對(duì)象是如此粗陋。此行與其說是獲得了知識(shí)