差别

这里会显示出您选择的修订版和当前版本之间的差别。

course:demo:projects:2018:magnetic_acceleration [2018/05/18 01:24]
14307130027_fudan.edu.cn
course:demo:projects:2018:magnetic_acceleration [2018/05/22 23:19] (当前版本)
14307130027_fudan.edu.cn
行 4: 行 4:
本实验装置主要由三个部分组成:磁铁、小球和轨道。对于材料的选择和装置的设计,将在实验过程部分详细说明。 本实验装置主要由三个部分组成:磁铁、小球和轨道。对于材料的选择和装置的设计,将在实验过程部分详细说明。
===== 实验过程 ===== ===== 实验过程 =====
 +==== 实验原理 ====
 +
 +
 +实验中的小球由铁磁性材料制成。铁磁体材料在自发磁化的过程中为降低静磁能,微观上产生方向各异的小型磁化区域,每个区域内部包含大量原子,这些原子的磁矩都像一个个小磁铁那样整齐排列,但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同,称为磁畴(Magnetic Domain)。磁畴的磁矩方向各不相同,结果相互抵消,矢量和为零,整个物体的磁矩为零,也就不能与其它磁性材料之间产生磁力。而当铁磁性材料被外场磁化以后,它才能对外显示出磁性。
 +
 +实验中使用的钕铁硼磁铁是一种极强的永磁铁。在微观上,永磁铁内部所有磁畴的磁矩之和不为零,因此对外产生磁场,宏观上具有N、S两个磁极,磁铁外部的磁感线从N极出发指向S极。
 +
 +当处于磁铁所形成的磁场时,磁性材料被磁化,即磁性材料中磁畴的磁距方向倾向于一致,且磁性材料(在实验中即小球)因磁化形成的N极(或S极)正对着磁铁的S极(或N极)。磁铁产生的磁场是非均匀场,因此小球两极受到磁铁的吸引力和排斥力大小不同,吸引力总是大于排斥力,导致小球受到磁铁的净吸引力。
 +
 +被磁铁磁化的小球和磁铁之间的作用力随距离r变化关系可以参照两个磁铁之间作用力随距离r变化关系。经过推导,两个圆柱形磁铁同轴排列,且一个磁铁的N极与另一个磁铁的S极径直相对时,当距离r明显大于磁铁的圆底面半径R,两块磁铁之间的磁力满足r的-4次方关系。而当磁铁的形状不同时,关系也不同,但通常都为r的-2至-4次方关系(-2对应两个磁单极子之间的作用)。两个磁铁紧邻时的相互作用力较复杂,不在此处讨论,但由于距离很短,对总的做功的影响较小。
 +
 +在我们的实验中,由于磁铁和小球相互吸引的过程中,磁铁和小球的位置一直位于同一直线上,我们可以把系统视为一个一维模型。由于不存在二维或者三维中可以沿不同路径运动的问题,在一维情况下(从磁铁的某一侧直到无限远)磁力可以视为保守力,并建立对应的保守场。当然,如果不采用建立保守场的方法,我们也可以根据小球始末位置算出小球的受力和磁铁对小球所做的功。而本实验中之所以系统的机械能可以不断增大,就是因为磁铁的磁场对小球净做功为正所导致的。
 +
 +Refer:
 +https://en.wikipedia.org/wiki/Force_between_magnets#cite_note-tri-c-4
 +http://www.thefullwiki.org/Permanent_magnet
 +
 +
 +
==== 实验装置 ==== ==== 实验装置 ====
{{:course:demo:projects:2018:实验装置.png|}} {{:course:demo:projects:2018:实验装置.png|}}
 
course/demo/projects/2018/magnetic_acceleration.1526577869.txt.gz · 最后更改: 2018/05/18 01:24 由 14307130027_fudan.edu.cn
 
除额外注明的地方外,本维基上的内容按下列许可协议发布:CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Unported
Recent changes RSS feed Donate Powered by PHP Valid XHTML 1.0 Valid CSS Driven by DokuWiki