Дамир А. Максютов. Изучение колебаний в магнитной системе.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Физический факультет
Максютов Дамир Амирович
Курсовая работа
Изучение колебаний в магнитной системе.
Практикум по электродинамике. Второй курс, третий семестр, группа 8311
Преподаватель практикума:
_______________Б.А. Князев
« » 2009
Научный руководитель:
____________ А.Г. Харламов
« » 2009
Новосибирск, 2009 г.
Изучение колебаний в магнитной системе.
Дамир А. Максютов
Физический факультет нгу. Курс по электричеству и магнетизму. Третий семестр. Алексей г. Харламов. Научный руководитель. Кафедра физики элементарных частиц нгу. Аннотация
Работа посвящена изучению магнитной
левитации в магнитной системе, состоящей
из тороидального большого магнита и
множестве мелких цилиндрических
магнитов, нассаженых на него, а также
колебаний, возникающих при ее вращении.
Было выявлено отклонение от теории об
эквидестантности пиков в спектре Фурье
для данной системы. Измерена скорость
вращения, при которой магнит отлетает
от системы("вторая космическая
скорость") 8.9
0.25м/с,
а также сила 2.41
0.11Н
и энергия взаимодействия магнитов
0.052
0.003Дж.
Введение
Явление магнитной левитации можно в системе из двух постоянных магнитов, один из которых вращается с постоянной скростью[1]. Такое явление получило название “Вращательно стабилизированной магнитной левитации”. Наша работа посвящена наблюдению магнитной левитации в другой постановке эксперимента, более пригодной для практического применения в технических устройствах. Вокруг большого тороидального магнита вращается множество мелких цилиндрических. При этом наблюдается устойчивость траектории полета. Даже если в статическом положении, сместить один из маленьких магнитов в сторону, вверх, вниз или повернуть вокруг какой либо оси на небольшой угол, он вернется в свое положение и под действием магнитных сил со стороны других магнитов начнет колебаться, тем самым вызвав колебания других магнитов. Чтобы оторвать маленький магнит от центрального, нужно всего лишь раскрутить систему вокруг оси симметрии и центрабежная сила выведет магниты на геостационарную орбиту. Так как магниты движутся по "орбите" без трения и могут терять энергию только за счет сопротивления воздуха или электромагнитного взаимодействия, то они движутся достаточно долго и в больших магнитных полях могут накапливать и сохранять значительную энергию механического движения.
В системе из большого числа одинаковых магнитов находящихся на "геостационарной" орбите существует множество различных колебаний, которые могут существнно влиять на движение системы. Изучение таких колебаний, так же является предметом настоящей работы.
Рис.1. Левитрон.
Теоретическая часть Датчики Холла[2,3]
Рис.2. Эффект Холла.
1 –электроны. 2 –образец. 3 –магнит. 4-магнитное поле. 5 –источник тока.[4]
Датчики Холла основаны на одноименном эффекте. В простейшем случае эффект Холла состоит в том, что в проводнике по которому течет ток, под действием внешнего магнитного поля возникает разность потенциалов между боковыми гранями (рис.2), пропорциональное магнитному полю.
Объясняется эффект Холла тем, что на движущиеся электроны действует сила Лоренца и отклоняет их к боковым граням. Таким образом, на торцах образца накапливаются заряды противоположного знака, значит между этими гранями возникнет дополнительное электрическое поле Е. Сила Лоренца F = еE + е[v x B]. е - заряд, В - магнитное поле, v - скорость движения зарядов. Накапливаются заряды будут до тех пор, пока сила Лоренца не уравновесится этим дополнительным электрическим полем: eE = -evB , Скорость движения зарядов можно выразить через плотность тока: v = j/ne , j - плотность тока, n - концентрация носителей заряда, е - заряд одного носителя. Тогда E=-jB/ne, видно, что установившееся электрическое поле пропорционально току и магнитному полю, так же очевидно что это поле зависит от знака носителей заряда.