涡电流试验.docx
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涡电流试验
渦電流實驗
eddycurrent
目的
觀察渦電流所引起的阻尼效應。
原理
經時變化的磁場中的導體上,因電磁感應產生渦狀的電流,稱為渦電流,由J.Foucault所發現。
因渦電流所產生的Joule熱為電能的損失。
例如變壓器上輸出端未接通時,仍然有能量損失,除了鐵心中的磁滯現象中損失的能量外,多經由渦電流轉為熱能。
為了減少渦電流,鐵心多以薄板相疊合,或以細線纏繞。
因為渦電流有減緩導體在磁場中運動的作用,也應用在制動裝置上。
滑車軌的實驗中即利用磁鐵作為阻力的來源。
儀器
Pasco的渦電流實驗組,包括三腳固定架、磁鐵組、鏟型單擺3種(梳型、多孔型、無孔鏟型)、單擺固定桿、計時器。
步驟
1.將單擺固定桿滑入單擺架上,並用螺絲固定於適當的高度。
2.在固定桿末端掛上1個鏟型單擺,如圖1.
圖1圖2圖3
3.調節磁鐵間的距離,使其間有足夠的寬度讓單擺通過而不接觸磁鐵,如圖2.
4.用手將單擺提起一個小角度後,釋放單擺使其擺動,觀察單擺振幅減小的情形,並測定擺動一次所需的平均時間
.
5.將磁鐵移走,重新測定周期T.
6.將單擺分別換成其他兩種,重覆步驟4.~5.比較振幅衰減的情形有無差異?
7.從有阻力時的頻率
及沒有阻力時的頻率
利用
的關係,試著計算振幅衰減的情形。
這裡的
是阻力與振動速率之間的比例常數。
電流鞦韆
magneticforceonacurrent-carryingwireswing
原理
磁場中的帶電物體移動時,會受到Lorentz力的影響,偏移其方向。
Lorentz力以SI單位寫作
.(若以Gaussiancgs單位要寫作
.)若將導線中的電流視為連續移動的電荷,則
.在導線與磁場垂直的情形下,可以寫作
其中
是導線的長度,而受力與電流大小、導線長度及磁場成正比。
本實驗利用簡易的器材,無法精確度量各物理量,以觀察現象為主。
儀器
Pasco的電流鞦韆實驗組,包括三腳固定架、磁鐵組、電流鞦韆、單擺固定桿、電源。
步驟
1.將單擺固定桿滑入單擺架上,並用螺絲固定於適當的高度。
2.在固定桿的兩個孔下方穿入電流鞦韆,懸掛如圖1.
3.確定磁鐵的極性。
將磁鐵組定並垂直放置如圖2.調整磁鐵間距使鞦韆恰能在磁鐵間擺動。
4.從電源以banana接頭插入固定桿上端的電極。
5.調節電源,使直流電流逐漸增加(在12V,6A以內)。
觀察鞦韆的移動。
6.更換電流的方向,重覆步驟5.
圖1
圖2
順磁性與反磁性
paramagnetismanddiamagnetism
原理
當磁場加到某物質時,該物質上產生與磁場方向相同的磁化,稱為順磁性,即正的磁化率。
順磁性通常由自旋或電子的軌道運動所引起。
當磁場加到某物質_時_場加到某物質_forceonacurrent-carryingwireswing_________________________________________________________________________________時,該物質上產生與磁場方向相反的磁化,稱為反磁性,即負的磁化率。
反磁性一般起因於電子的軌道運動,而總和的結果恰為負的情形,例如各層電子填滿的惰性氣體。
超導體則具備完全反磁性的特性。
儀器
Pasco的磁性實驗組,包括三腳固定架、單擺固定桿、玻璃棒及中空鋁棒。
步驟
將反磁性材料(玻璃)或順磁性材料(鋁)棒懸掛在磁鐵組中間,使其能自由轉動。
觀察棒狀材料受到吸引或排斥的情形。
鋁棒特殊的形狀是為了減小渦電流。
感應起電
Faraday’slaw
原理
通過封閉回路中的磁通量有變化時,會產生電流以抵消磁通量的變化,並且與變化率成正比,是謂感應起電。
磁通量的變化可由別的線圈上電流的變化引起,或是磁鐵的移動,封閉回路本身電流的變化亦可造成,以及封閉回路的移動。
這些現象在1831年由M.Faraday所發現,由F.E.Neumann寫為數學的形式。
以定磁場中為例,導體在其中以速度
移動時,其中的電荷q受到Lorentz力
作用,產生的起電力為
.
(1)
若考慮某一靜止回路,則在磁通量變化時,產生的起電力為
.
(2)
以磁通量來考慮,
(1),
(2)可以合併為同一個式子,所以在Maxwell方程式中以同一個方程式來表現。
渦電流即為感應起電的一種。
感應起電的方向與感應電流所受的力的方向,要滿足Lorentz力的關係。
步驟
1.將Pasco的Faraday定律實驗片(附發光二極體的線圈)的線圈部份置於磁鐵組的二個磁鐵間隙中,在磁鐵的連心線上來回移動。
注意磁極的方向。
觀察發光的情形,並注意發光的顏色,即可知電流的流動方向(紅色為逆時鐘,綠色為順時鐘)。
測出電流方向與移動方向的關係。
2.將Faraday定律實驗片以垂直連心線的方向切過磁鐵間隙,觀察發光的情形。
圖1
圖2
磁力線
lineofmagneticforce
原理
場線上任何一點的切線方向,就是位於該點時場的方向。
場線常需計算微分方程,在物體形狀不規則時不容易用代數方法解出,但電場與磁場可以用實驗方法畫出來。
儀器
指南針、磁鐵、白報紙。
步驟
1.將白報紙固定在桌上,將磁鐵固定放置在壁報紙的中央,方向與地磁約成45°.
2.將指南針放在磁鐵的N極附近,並沿著指針的方向慢慢移動,用鉛筆點出移動的軌跡,就是一條磁場線。
3.重覆步驟2.,每次從不同的地方出發,或由S極逆向溯回N極,畫上10條左右的磁力線。
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- 关 键 词:
- 电流 试验