实验二磁悬浮

实验二磁悬浮第一页，共十四页，编辑于2023年，星期二1.盘状线圈

1个规格：N=250匝，内径R1=31mm，外径R2=195mm，厚度h=12.5mm，质量M=3.1kg

2.铝质导板2个规格：（1）厚度b=14mm（2）厚度b=2mm 电导率γ=3.82107S/m

3.自耦变压器1个

规格：0~100V，0~30A，50Hz一、实验仪器电子信息工程学院第二页，共十四页，编辑于2023年，星期二1.观察自稳定的磁悬浮物理现象2.了解磁悬浮的作用机理及其理论分析的基础知识3.在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解

二、实验目的电子信息工程学院第三页，共十四页，编辑于2023年，星期二三、实验原理（1）自稳定的磁悬浮物理现象

由盘状载流线圈和铝板相组合构成磁悬浮系统的实验装置，如图1所示。该系统中可调节的扁平盘状线圈的激磁电流由自耦变压器提供，从而在50Hz正弦交变磁场作用下，铝质导板中将产生感应涡流，涡流所产生的去磁效应，即表征为盘状载流线圈自稳定的磁悬浮现象。电子信息工程学院第四页，共十四页，编辑于2023年，星期二三、实验原理图1

磁悬浮装置(b)盘状线圈截面图R2R1N匝(a)磁悬浮系统示意图盘状线圈b铝板hA220V~电子信息工程学院第五页，共十四页，编辑于2023年，星期二三、实验原理（2）基于虚位移法的磁悬浮机理的分析在自稳定磁悬浮现象的理想化分析的前提下，根据电磁场理论可知，铝质导板应被看作为完纯导体，但事实上当激磁频率为50Hz时，铝质导板仅近似地满足这一要求。为此，在本实验装置的构造中，铝质导板设计的厚度b还必须远大于电磁波正入射平表面导体的透入深度d（bd）。换句话说，在理想化的理论分析中，就交变磁场的作用而言，此时，该铝质导板可被看作为“透不过的导体”。电子信息工程学院第六页，共十四页，编辑于2023年，星期二对于给定悬浮高度的自稳定磁悬浮现象，显然，作用于盘状载流线圈的向上的电磁力必然等于该线圈的重量。本实验中，当通入盘状线圈的激磁电流增大到使其与铝板中感生涡流合成的磁场对盘状载流线圈作用的电磁力足以克服线圈自重时，线圈即浮离铝板，呈现自稳定的磁悬浮物理现象。可用虚位移法来求作用于该磁悬浮系统的电动推斥力。三、实验原理电子信息工程学院第七页，共十四页，编辑于2023年，星期二首先，将图中所示盘状载流线圈和铝板的组合看成一个磁系统，则其对应于力状态分析的磁场能量三、实验原理式中，I为激磁电流的有效值。取表征盘状载流线圈与铝板之间相对位移的广义坐标为h（即给定的悬浮高度），则按虚位移法可求得作用于该系统的电动推斥力，也就是作用于盘状载流线圈的向上的电磁悬浮力为：

(1)

电子信息工程学院第八页，共十四页，编辑于2023年，星期二

在铝板被看作为完纯导体的理想化假设的前提下，应用镜像法，可以导得该磁系统的自感为三、实验原理—盘状线圈被理想化为单匝圆形线圈时的平均半径；式中:—线匝数；

—导线被看作圆形导线时的等效圆半径。

(2)

电子信息工程学院第九页，共十四页，编辑于2023年，星期二从而，由稳定磁悬浮状态下力的平衡关系，即三、实验原理式中，M——盘状线圈的质量(kg)；

g——重力加速度(9.8m/s2)；进一步代入关系式(2)，稍加整理，便可解出对于给定悬浮高度h的磁悬浮状态，系统所需激磁电流为(3)电子信息工程学院第十页，共十四页，编辑于2023年，星期二

1.观察自稳定的磁悬浮物理现象四、实验内容在给定厚度为14mm的铝板情况下，通过调节自耦变压器以改变输入盘状线圈的激磁电流，从而观察在不同给定悬浮高度h的条件下，由于铝板表面层中涡流所产生的去磁效应，而导致的自稳定的磁悬浮物理现象；电子信息工程学院第十一页，共十四页，编辑于2023年，星期二

2.实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激磁电流四、实验内容在厚度为14mm的铝板情况下，以5mm为步距，对应于不同的悬浮高度，逐点测量稳定磁悬浮状态下盘状线圈中的激磁电流，记录其悬浮高度h与激磁电流I的相应读数。电子信息工程学院第十二页，共十四页，编辑于2023年，星期二基于厚度为14mm的铝板情况下悬浮高度h与激磁电流I的相应读数，给出实测值与理论分析结果之间的比较，并讨论其相互印证的合理性。五、实验报告要求实测值计算式：理论值计算式：电子信息工程学院第十三页，共十四页，编辑于2023年，星期二（1）本实验中采用的是N=250匝的扁平盘状线圈，而不是单匝的圆形线圈；（2）线圈内外半径从R1=31mm到R2=195mm变化很大，故关于近似电感计算式(2)中参数L0=μ0aN2的计算，其中平均半径a可取为(R1+R