磁阻尼係數

磁阻尼係數

磁性滑塊受到的磁阻尼力與移動速率成正比關係,兩者之間的係數就是磁阻尼係數。磁阻尼是電磁學中必不可少的一部分,也是套用於工業、生活等領域的重要概念。

相關知識

大塊金屬與磁場有相對運動或處於變化磁場中時,會出現電磁感應現象,金屬塊內部產生感應電流。根據楞次定律,感應電流的效果總是反抗引起感應電流的原因,所以金屬會受到與運動方向相反的安培力,阻礙其相對運動,這種由感應電流生成的機械效應稱為磁阻尼現象。

磁阻尼是電磁學中必不可少的一部分,也是套用於工業、生活等領域的重要概念。從磁電式儀表、電磁製動機械甚至磁懸浮列車的套用可以看出,磁阻尼在工業生產中的機械效應具有很廣泛的套用價值,並且與我們的生活息息相關。

磁阻尼係數簡介

磁阻尼係數 磁阻尼係數
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設磁性滑塊在斜面處產生的磁感應強度為B;滑塊與斜面接觸的截面不變,其長度為l。當滑塊以勻速率v下滑時,可看作斜面相對於滑塊向上運動而切割磁感應線。由電磁感應定律,在斜面上的切割磁感應線部分將產生動生電動勢 。如果把由於磁感應產生的電流流經斜面部分的等效電阻設為R,則感應電流應與速度v成正比,即。此時斜面所受的安培力F正比於電流I。而滑塊受到的磁阻尼力 就是斜面所受安培力F的反作用力,方向與滑塊運動方向相反。由此推出:應正比於v,可表達為 (k為常數,將它稱為磁阻尼係數)。

測量原理

小滑塊在非磁性良導體斜面上以恆定的速度V運動時,斜面方向上達到受力平衡。斜面方向上受到的阻力有滑動摩擦力和磁阻尼力,可列方程為:

磁阻尼係數 磁阻尼係數
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W為小滑塊的重力, 為斜面傾斜角, 為斜面和滑塊間的滑動摩擦係數。

磁阻尼係數 磁阻尼係數
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兩邊同時除以 ,可得

磁阻尼係數 磁阻尼係數

所以,根據圖像求得斜率和截距,可以計算得到:磁阻尼係數k為斜率乘以W, 為截距。

測量實驗

實驗裝置

實驗裝置圖 實驗裝置圖

如圖所示,1是HTM一2型霍爾開關計時儀,內部結構主要為量程為5V的直流電源和電子計時器;2是由非磁性良導體材質構成的槽型斜面,斜面的反面用螺絲釘固定著A、B兩點,各安裝有1個霍爾開關,用計時儀記錄滑塊在這兩點間運動的時間。斜面頂部帶有M,用於固定斜面的高度。斜面上靠近M處標有5個點,分別定為小滑塊每次下滑的初始位置;3是調節斜面底端保持水平的螺絲釘,對它的調節可以保證滑塊下滑時的不偏離;4是重錘,依據重錘的位置測量斜面的豎直高度日和水平距離,計算斜面傾斜角;5是非磁性材料製成的滑塊,在它的一個滑動面上粘一層薄片磁鋼使其獲得磁性,另一面距磁鋼的距離較遠,磁性較弱。為了區分這兩個滑動面,特別將磁性較弱的那一側貼上白色小紙片。

實驗步驟

(1)調節M,使斜面達到的高度為最大。

(2)把小滑塊無白色紙片的一端放在斜面上,調節3使小滑塊下滑過程中不會靠近某一側,而是沿著中間的透明隱形膠帶下滑。

(3)讓小滑塊從斜面上的5個固定點分別滑下,記錄每次通過AB兩點的時間。

(4)依次調節M,即改變斜面的傾斜角,直到小滑塊不能在斜面上完整下滑為止,重複記錄數據。

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