磁性滑块受到的磁阻尼力与移动速率成正比关系,两者之间的系数就是磁阻尼系数。磁阻尼是电磁学中必不可少的一部分,也是应用于工业、生活等领域的重要概念。
相关知识大块金属与磁场有相对运动或处于变化磁场中时,会出现电磁感应现象,金属块内部产生感应电流。根据楞次定律,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因,所以金属会受到与运动方向相反的安培力,阻碍其相对运动,这种由感应电流生成的机械效应称为磁阻尼现象。
磁阻尼是电磁学中必不可少的一部分,也是应用于工业、生活等领域的重要概念。从磁电式仪表、电磁制动机械甚至磁悬浮列车的应用可以看出,磁阻尼在工业生产中的机械效应具有很广泛的应用价值,并且与我们的生活息息相关。
磁阻尼系数简介设磁性滑块在斜面处产生的磁感应强度为B;滑块与斜面接触的截面不变,其长度为l。当滑块以匀速率v下滑时,可看作斜面相对于滑块向上运动而切割磁感应线。由电磁感应定律,在斜面上的切割磁感应线部分将产生动生电动势 。如果把由于磁感应产生的电流流经斜面部分的等效电阻设为R,则感应电流应与速度v成正比,即。此时斜面所受的安培力F正比于电流I。而滑块受到的磁阻尼力 就是斜面所受安培力F的反作用力,方向与滑块运动方向相反。由此推出:应正比于v,可表达为 (k为常数,将它称为磁阻尼系数)。
测量原理小滑块在非磁性良导体斜面上以恒定的速度V运动时,斜面方向上达到受力平衡。斜面方向上受到的阻力有滑动摩擦力和磁阻尼力,可列方程为:
W为小滑块的重力, 为斜面倾斜角, 为斜面和滑块间的滑动摩擦系数。
两边同时除以 ,可得
所以,根据图像求得斜率和截距,可以计算得到:磁阻尼系数k为斜率乘以W, 为截距。1
测量实验实验装置如图所示,1是HTM一2型霍尔开关计时仪,内部结构主要为量程为5V的直流电源和电子计时器;2是由非磁性良导体材质构成的槽型斜面,斜面的反面用螺丝钉固定着A、B两点,各安装有1个霍尔开关,用计时仪记录滑块在这两点间运动的时间。斜面顶部带有M,用于固定斜面的高度。斜面上靠近M处标有5个点,分别定为小滑块每次下滑的初始位置;3是调节斜面底端保持水平的螺丝钉,对它的调节可以保证滑块下滑时的不偏离;4是重锤,依据重锤的位置测量斜面的竖直高度日和水平距离,计算斜面倾斜角;5是非磁性材料制成的滑块,在它的一个滑动面上粘一层薄片磁钢使其获得磁性,另一面距磁钢的距离较远,磁性较弱。为了区分这两个滑动面,特别将磁性较弱的那一侧贴上白色小纸片。
实验步骤(1)调节M,使斜面达到的高度为最大。
(2)把小滑块无白色纸片的一端放在斜面上,调节3使小滑块下滑过程中不会靠近某一侧,而是沿着中间的透明隐形胶带下滑。
(3)让小滑块从斜面上的5个固定点分别滑下,记录每次通过AB两点的时间。
(4)依次调节M,即改变斜面的倾斜角,直到小滑块不能在斜面上完整下滑为止,重复记录数据。2
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张磊 - 副教授 - 西南大学