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磁体活动速率对磁阻尼力的影响

时间:2019-07-29 19:25 来源:http://www.gxlhr.cn 作者:www.hg6288.com 字号:

  磁体活动速度对磁阻尼力的影响 活动磁体和非磁性导体间的彼此感化力被普遍使用正在磁悬浮轴承、磁制动刹车、 磁阻尼抗震和非接触驱动等安拆中,其来历是基于二者正在相对活动时发生的电磁感 应效应。本尝试涉及力学、电学、磁学等物理概念,采用先辈的开关型霍尔传感器 和单片机丈量时间,通过丈量磁性滑块正在非铁磁质良导体斜面上下滑时的速度,经 过数据处置,能够获得磁体活动取磁阻尼力的关系。本尝试将非线性方程化成线性 方程的数据处置方式具有科学研究的典型性。 【尝试目标】 1. 熟练利用物理天安然平静电子天平; 2. 熟练利用 MS-1 多功能计时器; 3. 熟练利用做图法处置尝试数据; 4. 加深领会磁现象以及通电导体正在中受力的相关学问。 【尝试仪器】 逛标卡尺、螺旋测微器、物理天平或电子天平、法则磁性圆柱体滑块、磁阻尼 和动摩擦系数测定仪、MS-1 多功能测时器、卷尺。 【尝试道理】 如图4.1.1所示,当永磁体正在导体概况上方以速度v活动时(磁体正在导体上的投 影面积小于导体的面积)会正在导体中 出电动势,其电流取相 互感化,会对磁体发生取磁体活动方 向相反的磁阻尼力,若是磁体的概况 取导体概况平行, 磁体下方(垂曲投影) 面积 S ? L0W0 的导体内强度为 W0 v 磁体 F y O S N z x L0 导体 B0 ( 垂曲于导轨平面向下 ), 正在 S 面积 外,强度为零。 当磁体随滑块正在导 体上活动时 , 导体正在磁体下方投影平 面范畴内上下面 ( 沿 y 轴 ) 发生的 电势为 ε, 若将电动势 ε 等效为电 图 4.1.1 B0 池的电动势,将S面积的导体的体电阻当作该电池内阻r,S外部的导轨体电阻视为外 电阻R,则由全电欧姆定律获得正在导轨中由电动势发生的电流为 I? ? R?r (4.1.1) 对于宽度为 L0 、 速度为v的活动磁体,因为 B0 垂曲v, (4.1.1) 式中 ? ? L0 B0 v ,I 正在轨道平面内(垂曲于 B0 ),则活动的磁体遭到的阻尼力为 FB ? L0 IB0 ? 2 L2 0 B0 v ? Kv R?r (4.1.2) N FS FB 式中 K ? 2 L2 0 B0 ,称为磁阻尼系数。 R?r 假设导体有必然的倾角,则滑块的受力 环境如图4.1.2所示。 此中, FS 是动摩擦力, FB 是磁体滑块 G 图 4.1.2 滑块受力阐发图 遭到的阻尼力,G 是滑快遭到的沉力,N 是 支撑力。由对阻尼力特征的阐发,只需 导体脚够长,最终滑块将做匀速活动,则它正在平行于斜面标的目的达到力均衡,从而有: G sin ? ? Kv ? ?G cos? (4.1.3) 式中 ? 是斜面的倾角, ? 为滑块取程度面的滑动摩擦系数。若将方程(4.1.3)的两 边同除以 G cos ? ,可得方程: tan ? ? K v ? ?? G cos ? (4.1.4) 明显, tan ? 和 v / cos ? 呈线性关系。做出 tan? ? (v / cos? ) 曲线,即可得斜率 K/G。由此,K =斜率· G, FB ? Kv 。 尝试安拆如图 4.1.3 所示。仪器能够通过夹子 M 的上下挪动来调理倾角 ? ,正在 斜面的 A、B 处拆有霍尔开关,用计时器可丈量滑块通过 A、B 的时间;调整 3, 能够防止滑块鄙人滑过程中往边上靠;通过 4 来确定 H 和 L 的长度,从而计较 tan?和cos? 的值;滑块 5 是正在圆柱形非磁性材料的一个滑动面上粘一薄片磁钢制 成的, 因此正在这一面附近的磁感 应强度较强。 而另一面因为离磁 钢较远, 所以它附近的磁强 度较弱,以致于能够忽略不计。 将 3M 型通明胶带别离粘于 磁性滑块的两滑动面上和铝质 斜面上, 对其动摩擦系数进行研 究。 【尝试内容】 1.拆好仪器后,把斜面倾 角调整到最大。 因为滑块摩擦系 数取接触概况相关, 要求正在尝试 1.MS-1 霍尔开关多功能毫秒仪;2.铝质槽形斜面; 前用柔嫩的纸细心擦拭尝试导 3.调理斜面横向倾角螺钉;4.沉锤;5.磁性滑块 轨和尝试滑块。 图 4.1.3 2.放下沉锤丈量出高度 H 和底边长度 L。 3.频频调理斜面横向倾角的螺钉,防止滑块鄙人滑过程中往边上靠,尽量 滑块下滑过程中不偏离铝质槽形斜面地方。 4.按照示企图毗连导线 霍尔开关计时器的电源,把时间预置次 数设定为 1 次,正在滑块下滑前按一下计时器的 RESET 键,复零。 5.滑块别离从 C1、C2、C3、C4、C5 ,记实通过 A、B 两点之间的时间。 6.调整斜面高度,改变角度,每次改变的垂曲高度差大约 5cm。反复第 4、第 5 步。 【数据记实】 斜面倾角 次数 1 2 3 4 5 L/m H/m 滑块从分歧高度下滑通过 A、 B 两点的时间 T/s ? C1 C2 C3 C4 C5 滑块的质量 m 1 = A、B 间的距离 S= Kg cm 天平的分度值 S 仪= g 【数据处置】 用做图法进行数据处置,计较斜率、截距和 K 值,用列表法给出 FB 取ν 的关系。 【留意事项】 1.按示企图毗连导线 霍尔开关计时器的电源,正在滑块下滑前按 一下计时器的 RESET 键,复零。 2.磁阻尼系数的大小取滑块概况的磁强度相关,取导轨的相关。会由 于滑块的磁强度分歧或略有变化。 3.轻质导轨安拆霍尔开关传感器的点 A、B 由尝试者丈量现实的距离。 4.因为滑块摩擦系数取接触概况相关,要求正在尝试前用柔嫩的纸细心擦拭尝试 导轨和尝试滑块。


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