工程电磁场实验讲义2015.11.18.doc

THQXF-1型磁悬浮实验仪实验
一、实验目的
观察磁悬浮物理现象。
深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解。
二、实验仪器
THQXF-1型磁悬浮实验仪及配件。
三、实验原理
根据法拉第电磁感应定律,闭合导体回路中的磁通量变化时,回路中就会产生感应电动势,如果回路的电阻较小,则感应电动势将使回路中产生很大的感应电流。在大块导体中,因感应电流呈涡漩状,故称为电涡流。电涡流可使导体发热,也可以产生电磁力效应。
本实验装置中,如图所示利用扁平盘状线圈在调压器提供的50Hz交变电流激励下产生交变磁场。铝板自身构成闭合回路,在励磁磁场的作用下铝板中感生涡流。励磁线圈产生的磁场与铝板中涡流产生的感应磁场存在相互斥力,当电流增大到使两磁场间的作用力大于线圈自身的重力时,线圈便会浮起呈现磁悬浮状态。
图1 磁悬浮示意图
图2 线圈驱动电流与涡流的对应关系
当线圈中通过电流时,
ω为驱动电流的角频率;
则铝盘中涡流可以表示为
式中M为涡流的感应系数,其值与线圈与导电铝板之间的距离相关;为涡流与线圈驱动电流之间的相位差。
取驱动电流与感生涡流之间的相互作用系数为M',则线圈与铝板之间的作用力可表示为
令A=M’M,由可得
由上式可知,作用力F分为两部分,一部分为交变力,其频率为驱动电流的两倍(100Hz),另一部分为常量,表示为平均斥力,当平均斥力与重力平衡时,导体即可悬浮于空中振动。
四、实验步骤
电磁悬浮实验
将铁质圆立柱安装在塑料底座上。
将线圈放置于塑料底座上。
将调压器调节手柄逆时针旋到底,使指针指向0V。
将10mm厚铝板放置于线圈之上。
将电源输出接于线圈两接线柱上。
打开电源开关,顺时针旋转调压器调节手柄,使输出电压缓慢增加,铝板随之浮起。
按表1记录线圈通过的电流及铝板悬浮的高度(输出电流不要超过10A)。
将调压器调节手柄逆时针旋到底,使指针指向0V,关闭电源。
表1 选择13mm铝板时线圈悬浮高度与线圈驱动电流间的关系
电流(A)
0
6

7

8

9
高度(mm)
铝板厚度对悬浮高度的影响实验
改用塑料圆柱安装在塑料底座上。
将13mm铝板固定于塑料底座上,线圈放于铝板之上。
检查调压器调节手柄是否逆时针旋到底,使指针指向0V。
将电源输出接于线圈两接线柱上。
记下线圈上表面所处的高度。
打开电源开关,顺时针旋转调压器调节手柄,使输出电压缓慢增加。
按表2记录线圈通过的电流及线圈悬浮高度(输出电流不要超过10A)。
将调压器调节手柄逆时针旋到底,使指针指向0V,关闭电源。
表2 选择13mm铝板时线圈悬浮高度与线圈驱动电流间的关系
电流(A)
0
6

7

8

9
高度(mm)
(9)用6mm铝板替换13mm铝板,重复步骤(3)~(8)并将数据记入表3。
表3 选择6mm铝板时线圈悬浮高度与线圈驱动电流间的关系
电流(A)
0
6

7

8

9
高度(mm)
介质材料对悬浮高度的影响实验
将铁质圆柱安装在塑料底座上。
将13mm铝板固定于塑料底座上,线圈放于铝板之上。
将调压器调节手柄逆时针旋到底,使指针指向0V。
将电源输出接于线圈两接线柱上。
记下线圈上表面所处的高度。
打开电源开关,顺时针旋转调压器调节手柄,使输出电压缓慢增加。
按表4记录线圈通过的电流及悬浮高度(输出电流不要超过10A)。
将调压器调节手柄逆时针旋到底,使指针指向0V,关闭电源。
表4 选择铁质圆柱时线圈悬浮高度与线圈驱动电流间的关系
电流(A)
0
6

7

8

9
高度(mm)
五、数据处理
根据表1,做出铝板悬浮高度与线圈驱动电流间关系的曲线
根据表2和表3中的数据,做出铝板厚度不同时线圈悬浮高度与线圈驱动电流间关系的曲线。
根据表2和表4中的数据,做出有无铁柱两种情况下线圈悬浮高度与线圈驱动电流间关系的曲线。以此了解铁质材料对电磁场分布的影响。
六、注意事项
。实验过程中应遵守以下两点:
开始做实验时,先将线路连好,然后打开电源开关。
实验完毕后,先关闭电源开关,然后将连接导线拆除。
,当温度达到120℃时温度保护开关会自动断开(以免将线圈烧坏),冷却到80℃时会自动闭合。
,线圈温度较高,不要让皮肤接触到线圈,以免烫伤。
THQHC-1型静电除尘实验仪实验
概述
静电除尘作为一种经典的物理现象,已经成为各类实验教学中重要的一部分。通过对静电除尘技术的了