磁悬浮力的测量
磁悬浮系列实验
磁悬浮系列实验学生姓名:李函 学号U3 应物1002班一、实验目的：磁悬浮是一系列技术的通称，它包括借助磁力的方法悬浮、导引、驱动和控制等。
磁悬浮的主要方式分为电磁吸引悬浮EMS ，永磁斥力悬浮PRS ，感应斥力悬浮EDS ，其基本原理源于电磁感应。
本实验要求学生用电磁感应的基本定律，研究导体在磁场中运动而导致的磁悬浮力、磁牵引力等磁悬浮现象的规律性，通过数据拟合给出经验公式，并学会灵活运用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计。
二、实验原理：楞次定律：闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流本身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的磁通量的改变。
或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来的磁场的变化。
法拉第电磁感应定律：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与此通量对时间的变化率成正比， 即dt d i k φε-= （式中负号，表明了感应电动势的方向，k 为比例系数，其值决定于式中各物理量所用的单位。
如果使用国际单位制，则k=1。
如果感应回路是N 匝串联，那么在磁通量的变化时，每匝线圈都将产生感应电动势，若每匝中通过的磁通量相同，则有dt N d N dt d i )(φεφ-=-= （习惯上把N φ 称为线圈的磁通量匝数。
对本实验装置，在金属铝盘与永磁体做相对运动时，产生的“磁悬浮力”和“磁牵引力”可以理解为与通过铝盘单位面积内磁通量的大小有关。
请查阅相关资料和文献写出实验原理和实验方案。
三、实验仪器：本实验的基本装置由电磁感应与磁悬浮综合实验仪、力传感器，光电传感器，步进电机、步进电机控制器、铝盘、磁悬浮测试底座和传感器支架等组成。
四、实验内容程序：参照下图装配磁悬浮测试架，调节底座的水平。
根据实验装置的结构，先思考铝盘在永磁体产生的空间磁场中运动时，电磁相互作用力的大小和方向，若要测量磁悬浮力，力传感器和永磁体应如何装配？在粗略分析永磁体在空间的磁力线分布之后，再将力传感器和永磁体安装到立住上，并锁紧螺丝。
磁悬浮实验讲义
实验6-5 电磁感应与磁悬浮力实验目的、意义和要求电磁学之所以迅速发展为物理学中的一个重要学科，在于它的强大生命力，在于它在经济生活中有丰富的回报率。
电磁感应原理不但在传统的电机工程、变压器效应、无线通讯等领域中独领风骚，在现代医学、现代交通、信息产业等领域中也有许多应用。
本实验就是要通过一些电磁感应现象的揭示，悟出其中的原理和奥妙，并研究它的现象和磁力对各种材料的影响，探讨其在现实生活中的应用和发展，这对电磁感应从理论到实际的联系，对电磁感应的成因，性质、效应和规律的理解，都有很大的收益。
黄铜的电导率和磁导率分别为σ = 1.5 ⨯ 107 (S/m) 和 μ0 = 4π ⨯ 10-7 (H/m)趋腹深度(穿透深度)为(cm) 1072.21041029.22105.122579700--⨯=⨯π⨯⨯⨯π⨯⨯==μσωδ实验前应回答的问题1.什么是电磁感应？其产生的电流、电动势和电磁场如何定义？解答通过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生电流的现象叫电磁感应。
由电磁感应产生的电动势称感生电动势，由电磁感应产生的电流称感生电流。
电磁场是一种物理场，是相互依存的电场和磁场的总称。
电流随时间变化而引起磁场，磁场随时间变化产生电场，二者互为因果，形成电磁场。
2.楞次定律说明了什么？此实验中电能可能转化为何种能量？解答是确定感生电流方向的定律，即感生电流的方向，总是使其产生的磁场阻碍原来磁场的变化。
在此实验中电能有可能转化为热能和机械能等。
3.什么叫磁力？它和安培定律有什么关系？解答磁力也称为安培力它表述通电导线在磁场中受力的情况，其公式为F ＝BIL sin a 。
a 为磁场方向与电流方向的夹角B 为磁感应强度，I 为导线中的电流，L 为导线长度。
作用力F 的方向可用左手定则确定。
此公式也可称为安培定律。
4.说明磁场强度及其对电流的关系？解答磁场强度是描写磁介质中磁场的一个辅助量。
磁介质中的磁场不仅与磁介质中的磁化电流有关，更和场源的电流有关，磁场强度定义为。
磁悬浮实验原理磁悬浮实验实验报告范文
磁悬浮实验原理磁悬浮实验实验报告范文实验报告课程名称：__工程电磁场与波____指导老师：_____姚缨英_____实验名称：磁悬浮_实验类型：________同组学生姓名：____一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1、观察自稳定的磁悬浮物理现象；2、了解磁悬浮的作用机理及其理论分析的基础知识；3、在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解。
二、实验原理（1）自稳定的磁悬浮物理现象由盘状载流线圈和铝板相组合构成磁悬浮系统的实验装置，该系统中可调节的扁平盘状线圈的激磁电流由自耦变压器提供，从而在50hz正弦交变磁场作用下，铝质导板中将产生感应涡流，最终表征为盘状载流线圈自稳定的磁悬浮现象。
（2）基于虚位移法的磁悬浮机理的分析将盘状载流线圈和铝板组合看成一个磁系统。
为简化分析，将铝板看作为一半无限大完纯导体。
事实上当激磁频率为50hz时，只有当铝板表面相对扁平盘状线圈足够大，而厚度b远大于该频率下铝板的透入深度d，才能作这一理想化假设。
在此前提下，应用镜像法，可导得该磁系统的自感为式中，a——盘状线圈被理想化为单匝圆形线圈时的平均半径；n——线匝数；r——导线被看作圆形导线时的等效圆半径。
当通入盘状线圈的激磁电流增大到使其与铝板中感生涡流合成的磁场，对盘状载流线圈作用的电磁力足以克服线圈自重时，线圈即浮离铝板，呈现自稳定的磁悬浮物理现象。
此时，作用于盘状载流线圈的向上的电磁力必然等于该线圈的重量。
现应用虚位移法来求取作用于该磁悬浮系统的电动推斥力。
对盘状载流线圈和铝板组合的磁系统，其对应于力状态分析的磁2场能量为wm=l某i/2。
式中，i为激磁电流的有效值。
其次，取盘状载流线圈与铝板之间相对位移h（即给定的悬浮高度）为广义坐标，按虚位移法可求得作用于该系统的电动推斥力，也就是作用于盘状载流线圈的向上的电磁悬浮力从而，由稳定磁悬浮状态下力的平衡关系，即式中，m——盘状线圈的质量(kg)；g——重力加速度(9.8m/2)；即可得对于给定悬浮高度h的磁悬浮状态，系统所需激磁电流为三、实验内容（1）观察自稳定的磁悬浮物理现象（2）实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激励电流四、操作方法和实验步骤1、观察自稳定的磁悬浮物理现象在给定厚度为14mm的铝板情况下，通过调节自耦变压器以改变输入盘状线圈的激磁电流，从而观察在不同给定悬浮高度h的条件下，起因于铝板表面层中涡流所产生的去磁效应，而导致的自稳定的磁悬浮物理现象2、实测对应于不同悬浮高度的盘状线圈的激磁电流在厚度为14mm的铝板情况下，以5mm为步距，对应于不同的悬浮高度，逐点测量稳定磁悬浮状态下盘状线圈中的激磁电流，记录其悬浮高度h与激磁电流i的相应读数。
近代物理实验报告—高温超导材料的特性与表征
（1）混合态效应
先把磁块放到高温超导盘片上，然后慢慢注入液氮冷却它（场冷）。当高温超导盘片达到超导状态后，将塑料薄片抽走后，会发现磁块会被悬浮起来，并且超导体与磁块之间达到一种自稳定状态，很稳定的悬浮在超导样品上空，并且很难被移动。这是因为在磁场下冷却到超导临界温度以下后，高温超导体进入了混合态，部分磁力线被排斥，部分磁力线被钉扎。
1.50
104.63
276.69
0.029
2.90
41.50
127.43
0.015
1.50
102.51
271.68
0.028
2.80
40.5
265.75
0.028
2.80
39.50
122.70
0.015
1.50
97.50
259.83
0.027
2.70
38.50
0.00
47.50
141.62
0.016
1.60
根据实验数据作图得到超导转变曲线如下图所示：
从图10中以及表格1中可以看出，电阻从96.70K温度处开始急剧下降，而当温度降到90.79K时，其电阻也就变为零了。即超导的起始转变温度为 =96.70K，零电阻温度 =90.79K。超导转变的中点温度为 =93.75K，说明该样品的超导转变温度为93.75K。
对杂质半导体，其载流子有杂志电离与本征激发产生，且存在电离杂质散射和声子散射两种机制，故其温度关系较复杂，总体上可以理解为：极低温度下，几乎没有自由载流子，电导为“杂质能级电导”，电阻随温度的上升而迅速下降；低温下，本征激发可以忽略，载流子主要由杂质电离产生，浓度随温度上升而上升，迁移率随温度升高而增加，温度系数为负；温度再高的饱和区，本征激发还不明显，杂质已全部电离，载流子浓度也不再变化，由声子散射，温度系数为正；其后的本征区，载流子主要由本征激发提供，浓度随温度升高而迅速增加，其温度系数又为负。半导体锗电阻温度关系如图6所示。
超导材料磁悬浮力测量
2）场冷实验步骤
1、打开测试仪电源开关，预热5分钟。
2、用螺丝将样品固定在试样架中心；
3、按K3键使压力数值归零；
4、顺时针摇动手柄使磁体下行至样品附近，调整磁体位置使其与样品对中，至压力显示在10~20牛顿之间，然后按K7键将位移清零。
15、 实验结束后关闭测试仪电源，并将样品取出擦干后保存在干燥皿中。
三、实验记录与处理
图2零冷场
图3冷场
四、实验结果陈述与总结
通过实验，我了解了超导体的基本特性、什么是超导临界温度，以及掌握了超导体பைடு நூலகம்原理。经过对图像的分析，上行和下行所受到的力的大小都是一样的，因为在最高和最低点穿过超导体的磁通线是一样的，力的大小跟超导体与磁场的距离成指数关系，但因为磁滞的影响，上行和下行的图像不是完全重合的，他们的曲率不一样。场冷和零场冷比较，场冷磁悬浮效果更好，因为场冷比零场冷对超导体锁磁效果好。总体来说，实验过程较为顺利，图像没有非常美观，要提高我们自身的实验操作能力。
9、填写样品编号、尺寸、冷却方式和磁铁尺寸及表面磁场，数据是否存盘、采样周期（≥100ms）等。
10、 点击工具栏的压力-位移测试图。
11、填写最大压力、最小压力和位移量程和纵坐标位置以确定坐标轴。
12、点击 “开始绘图”框选择绘制曲线，顺时针摇动手柄使磁体下行或逆时针摇动手柄使磁体上行（只测吸引力），数据被记录在数据库中。测试过程完成后，点击“停止绘图”。根据需要，可点击右下角的“存贮”，将测试图存盘。如果用记录仪或绘图仪绘制测试曲线，则在测试前连接好测量仪与记录仪。测试仪后面板上的信号输出接口用于连接记录仪或绘图仪，其中1为绿线，位移负；2为红线，位移正；3为蓝线，压力负；4为黄线，压力正。后面板旋钮为电位补偿，可以将输出电压调整在记录仪量程范围内。
超导磁悬浮力测量
实验十七 超导磁悬浮力测量实验目的1、定性观察超导磁悬浮现象2、测量超导磁悬浮力与距离的关系3、了解传感器测力的原理及使用方法实验装置实验装置包括主件和电源及显示系统两部分。
主件包括磁铁、样品架、位移调节盘、液氮槽、传感器等部分。
实验原理1、零电阻现象当把某种合金或金属冷却到某一特定温度Tc时，其直流电阻突然变为零，把这种在低温下发生的零电阻现象称为物体的超导电性，具有超导电性的材料称为超导体。
电阻突然消失的某一确定温度Tc称为临界温度。
超导体的零电阻特性在实验上是很难观察的，一个最好的方法是超导环中持续电流实验。
它是将一超导环先置于磁场中，然后冷却使之转变为超导体，然后撤去外场，这时在超导态的环中感生出一电流(1)其中τ＝L / R是电流衰减时间常数，L是环的自感，R为电阻。
对于正常电阻τ很小，环内的电流很快衰减为零；对于超导环则情况不同，电流衰减非常慢。
2、完全抗磁性当把超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透超导体，而使体内的磁感应强度始终保持为零（B≡ 0），超导体的这个特性有称为迈斯纳（Meissner）效应。
完全抗磁性（见图1）是独立于零电阻特性的另一个基本属性。
超导体的完全抗磁性是由于表面屏蔽电流（也称迈纳斯电流）产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外场引起的磁通密度，使其净磁通密度为零，它的状态是唯一确定的。
从超导态到正常态的转变是可逆的。
图一超导体的完全抗磁性迈纳斯效应可以通过磁悬浮实验直观演示：当一个小的永久磁体放到超导样品表面附近时，由于永久磁体的磁通线不能进入超导体，在永久磁体和超导体之间存在的斥力可以克服磁体的重力，而使小磁体悬浮在超导表面一定的高度。
但高温超导体样品特征决定了它们具有非完全抗磁性。
迈纳斯效应是个直流效应，用磁悬浮实验可直观形象描述超导体的这种抗磁特性，因此磁悬浮是个很好的演示实验，但它较难给出定量结果。
为了知道一个样品是否具有抗磁性需要测量该样品的磁化强度M（或磁化率X）随温度的变化关系。
电磁感应及应用研究_物理实验报告
电磁感应及应用研究第一部分磁牵引力与悬浮力测量实验目的：1. 了解在磁场中运动的导体所受的牵引力和悬浮力的产生机理；2. 研究磁悬浮力、磁牵引力的规律性；3. 学会灵活运用电磁感应定律进行磁悬浮的各种应用设计；4. 学会利用数据拟合以及经验公式的方法研究物理现象的规律性。
实验原理：楞次定律：闭合回路中的感应电流方向，总是企图使感应电流本身所产生的通过回路面积的磁通量，去反抗引起感应电流的磁通量的改变。
或者说感应电流产生的磁场总是阻碍原来的磁场的变化。
法拉第电磁感应定律：不论任何原因使通过回路面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比在金属铝盘与永磁体做相对运动时, 通过铝盘单位面积内磁通量的大小发生改变，根据以上定律，产生了作用于永磁体（传感器）的“磁悬浮力”和“磁牵引力”。
电机转速（角速度）与频率的换算关系为ω=πf/1600 其中f 为脉冲频率实验仪器：电磁感应与磁悬浮综合实验仪、力传感器，光电传感器，步进电机、步进电机控制器、铝盘、磁悬浮测试底座和平移台、带有小辐轮和永磁体的轴承等。
实验内容：由于悬浮力与牵引力方向不同，根据支架上的标签所画箭头方向为传感器可以测量的力的方向，正确装配传感器和永磁体。
调节平移架，使磁铁位于铝盘上方0.300cm 处。
在水平方向前后左右调节磁铁，找到牵引力最大位置。
从最小频率开始，逐级加大脉冲频率，到最大频率为止，测量铝盘不同转速对应磁牵引力的大小，每一个转速下测量三组数据，取其平均值。
磁悬浮力测量与测量磁牵引力的步骤类似，但要根据磁悬浮力的方向重新装配力传感器和永磁体，同样测量三组数据,取其平均值从初始距离铝盘0.300cm处，调节平移架,改变传感器与铝盘的距离，每隔1mm测量3组牵引力(磁悬浮力)值，直到牵引力(磁悬浮力)变化缓慢并接近于0，取其平均值。
安装带有小辐轮和永磁体的轴承。
从最小频率开始，到最大频率为止，测量铝盘不同转速对轴承转速的影响，每个频率测量六组数据，并记录下来。
磁悬浮动力学实验
磁悬浮动力学实验DHSY- 1型磁悬浮动力学实验仪实验一动力学基础实验随着科技的发展，磁悬浮技术的应用成为技术进步的热点，例如磁悬浮列车。
永磁悬浮技术作为一种低耗能的磁悬浮技术，也受到了广泛关注。
本实验使用的永磁悬浮技术，是在磁悬导轨与滑块两组带状磁场的相互作斥力之下，使磁悬滑块浮起来，从而减少了运动的阻力，来进行多种力学实验。
通过实验，学生可以接触到磁悬浮的物理思想和技术，拓宽知识面，加深牛顿定律等动力学方面的感性知识。
本实验仪可构成不同倾斜角的斜面，通过滑块的运动可研究匀变速运动直线规律，加速度测量的误差消除，物体所受外力与加速度的关系等。
【一】实验目的1.学习导轨的水平调整，熟悉磁悬导轨和智能速度加速度测试仪的调整和使用；2.学习矢量分解；3.学习作图法处理实验数据，掌握匀变速直线运动规律；4.测量重力加速度g,并学习消减系统误差的方法；5.探索牛顿第二定律，加深物体运动时所受外力与加速度的关系；6.探索动摩擦力与速度的关系。
【二】实验原理1.瞬时速度的测量一个作直线运动的物体，在△ t时间内，物体经过的位移为△ s,则该物体在△ t时间内的平均速度为△sv 二为了精确地描述物体在某点的实际速度，应该把时间△t取得越小越好，△t越小，所求得的平均速度越接近实际速度。
当△t T0时，平均速度趋近于一个极限，即即=li m^f =li m o v⑴v这就是物体在该点的瞬时速度。
但在实验时，直接用上式来测量某点的瞬时速度是极其困难的，因此，一般在一定误差范围内，且适当修正时间间隔（见图5、6）,可以用历时极短的△ t内的平均速度近似地代替瞬时速度。
如图2所示，在斜面上物体从同一位置P处（置第一光电门）静止开始下滑，测得在不同位置P。
，R , F2……处（置第二光电门），用智能速度加速度测试仪测量t o , t i , t2和速度为V o , V i , V2……。
以t为横坐标，v为纵坐标作V - t 图，如果图线是一条直线,则证明该物体所作的是匀变速直线运动，其图线的斜率即为加速度a，截距为v0。
磁悬浮力的测量
实现电机精确控制位移测量。 改进充磁手段，利用脉冲电磁线圈得到更大的剩 余磁场。 继续分析数据，与理论模型作进一步研究。 设法从理论和实验两方面来研究自由磁悬浮的性 质。
致谢！！！
刘进老师以及普物实验室各个方面予以的实验设 计、器材使用上的巨大支持。 高政祥导师从理论模型到实验设计和操作上给予 的全力帮助。 物理学院金工车间
Labview是图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使用这种语言 编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。 所有的Labview应用程序，即虚拟仪器（VI），都包括前面板 （front panel）、流程图（block diagram）以及图标/连结器 (icon/connector)三部分。
实验总结 我们本期所做的工作主要有：
阅读文献，理论学习了主要包括磁通动力学相关 知识。 独立搭建了一套测量磁悬浮力的实验装置。 学习了电机控制，Labview数据采集系统，机械 加工等实际知识。 从实验上实现了动态测量磁悬浮力得到了定性和 定量的结果。
实验总结 下面要做的工作：
永磁体准静态接近
F-z
30mm~ 20mm
SCM Zero Field-cooling
F-t 未修正 30mm PM T=60s Z from 5cm~15cm Total time 2 minutes
SCM Zero Field-cooling
SCM Zero Field-cooling
综合物理实验报告
磁悬浮力的测量
报告人：刘亮 侯阳 指导老师：刘进 高政祥
2002 年 12 月 22 日
报告内容简介
高速列车运行中的磁悬浮力测定与优化
高速列车运行中的磁悬浮力测定与优化高速列车是现代交通工具中应用广泛的一种，在高速列车行驶过程中，磁悬浮技术扮演着非常重要的角色。
磁悬浮列车利用磁悬浮力来实现悬浮和推进，其磁悬浮力的大小和稳定性关系到高速列车的安全与稳定性。
因此磁悬浮力的测定和优化显得尤为重要。
一、高速列车磁悬浮原理高速列车的磁悬浮技术指利用电磁原理来悬浮列车，同时利用电磁力推动列车运行。
磁悬浮试验型列车可分为电磁悬浮式、永磁悬浮式和超导磁悬浮式，三种不同类型的磁悬浮力的产生方式不同。
电磁悬浮式列车通过在轨道导轨和车体下方安装电磁铁来产生轴向稳定力和侧向稳定力，利用氧化镁等物质作为局部通气装置，控制轴向干扰，从而控制列车的稳定性和运行速度。
永磁悬浮式列车则是采用特殊铁磁材料作为磁力发生器，产生强磁场，以吸引轨道导轨上的磁体，从而实现悬浮和推进的目的，其优点在于可以消耗更少的能量同时占用空间更小。
超导磁悬浮式列车则是通过超导电性材料和绝缘材料来产生强磁场，抵消重力，从而实现悬浮，由于其能力可超过永磁和电磁悬浮，因此被认为是未来磁悬浮技术的发展方向。
二、高速列车磁悬浮力测定高速列车的安全性和稳定性都与磁悬浮力的大小和稳定性密切相关，磁悬浮力测定是确保列车正常运行的重要一环。
磁悬浮力的大小通常通过气隙感应法进行测定，该方法适用于磁悬浮导轨下方的垂直气隙，测定时需要将一边被测的物体放在样品盘上，并将其固定，另一边放在感应盘上，并通过电子天平等仪器测量物体的重量。
测量结果可通过数学公式来计算得到。
在实际应用中，为了便于测量，交流线圈还通常由多个线圈组成，与物体之间的距离可以通过改变线圈电流大小和方向来调整，进而测量得到磁悬浮力的大小和稳定性。
三、高速列车磁悬浮力优化优化磁悬浮力是确保高速列车安全高效运行的重要一环。
有许多因素会影响磁悬浮力的大小和稳定性，例如磁铁材料的选择、磁悬浮线圈的线圈数目、电流大小等。
在磁悬浮线圈中，由于大量线圈并联在一起，需要考虑线圈的互感影响对磁悬浮力的影响，通过增减线圈数目、调整线圈电流等方法，可以使磁悬浮线圈的参数相对稳定，从而优化磁悬浮力。
高温超导实验报告
高温超导学号：姓名:实验口期：指导教师：【摘要】本实验主要研究了高温超导体的零电阻现彖及边斯纳效应。
测最了高温超导体的超导转变曲线，得到其起始转变温度“get为99.82K,临界温度花为92.99K,零电阻温度“0为91.76K,转变宽度A%为3.78K。
对比了钳金属电阻与硅二极管电阻与温度的关系并测最了温差电偶电动势与温度的关系。
通过研究超导体在场冷和零场冷的情况卜的磁悬浮力情况，对第II类超导体特性进行进一步分析和理解。
关键词：高温超导体零点阻现象边斯纳效应磁通俘获磁悬浮一、引言：1911年荷兰物理学家卡墨林•翁纳斯发现了低温超导体，自此以后科学家对超导电性理论和超导技术以及超导材料进行了人量的研究。
超导科技发展人体分为三个阶段。
第一阶段（1911年一一1957年）是人类对超导电性的基本探索和认识阶段，BSC 超导微观理论问世。
第二阶段（1958年一一1985年）属于开展超导技术应用的准备阶段。
第三阶段（1986年一）是超导技术开发阶段，自1986年发现超导转变温度高于30K的超导材料后开始。
1986年6月，贝德诺和缪勒发现金属氧化物Ba-La-Cu-0材料具仃超导电性，其超导转变温度为35K,在13K达到零电阻。
随后世界各地的科学家们相继取得了突破性的进展。
超导研究领域的系列最新进展，为超导技术在各方面的应用开辟了十分广阔的前景。
超导电性的应用十分广泛。
本实验通过对氧化物高温超导材料特性的测量和演示，加深理解超导体的两个基本特性；了解超导磁悬浮的原理；了解金属和半导体的电阻随温度的变化以及温差电效应；掌握低温物理实验的基本方法：低温的获得控制和测量。
二、实验原理：同时具有完全导电性和完全抗磁性的物质称为超导体，完全导电性和完全抗磁性是超导电性的两个最基本性质。
1. 零电阻现象：把某种金属或合金冷却到某一特定温度％以卜，其直流电阻突然降到零的现象。
其中，化叫做超导体的临界温度，是由物质本身的内部性质确定的、局域的内秉参量。
大学物理实验：电磁感应与磁悬浮实验报告
一、电机频率与磁牵引力的关系
1、实验测得数据
2、拟合函数
由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 3.31e-05*x + 0.01282（95%置信度）
3、拟合函数图像
二、电机频率与磁悬浮力的关系
1、实验测得数据
2、拟合函数
由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 5.736e-06*x - 0.06576（95%置信度）
3、拟合函数图像
三、（1）磁牵引力随距离变化曲线
1、实验测得数据
2、数据拟合函数
由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 0.6908 * x ^ -0.8036 + -0.1516（95%置信度）3、拟合函数图像
（2）磁悬浮力随距离变化曲线
1、实验测得数据
2、实验数据拟合函数
由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = -0.08735 * x ^ 0.2204 + 0.1266（95%置信度）
3、实验数据拟合函数图像
四、电机频率与转速的关系
1、实验测得数据
2、实验数据拟合函数
由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 0.009542 * x + -37.85（95%置信度）
3、实验数据拟合函数图像
五、电机频率与发电电压的关系
1、实验测得数据
2、实验数据拟合函数
由MATLAB进行数据拟合得到电机频率与牵引力符合以下函数：f(x) = 0.0001191 * x + 0.05747（95%置信度）3、实验数据拟合函数图像。
磁悬浮列车的测量
磁悬浮列车的测量举世瞩目的上海高速磁浮列车线于2002年12月31日建成开通，时速400多公里，被誉为“城市飞行器”。
当人们为高科技而惊叹的时候，一定会想到为了这世界第一付出辛勤的建设者。
这其中，上海岩土工程勘察设计研究院的功绩表面上不是最显赫，但磁悬浮工程的精髓——“精”，却实实在在地是通过上海岩土院测量人员的智慧和汗水换来的。
这不是一个普通的项目。
列车的高速运行，对工程测量提出了极为严格的要求：不论是从多级控制网的复测，到轨道梁的支座精密定位，其精确度均需控制在mm级误差范围之内，尤其是轨道梁精密定位，设计提出了±1mm的定位要求，还需对环境、空气、温度、湿度、气压影响参数进行测定并进行改正。
如此庞大的工程，却要毫发之微的精确，国内外都还没有先例，可以说，这是整个上海测绘界面临的一次挑战和创新，在全世界范围的工程测量任务来说，恐怕都是第一次。
面对挑战，实力是最雄厚的自信。
曾经成功地完成了上海南浦、杨浦、徐浦大桥和卢浦大桥精定位测量的上海岩土院凭借多年来自身精密工程测量积累的丰富经验和雄厚的技术力量，挑起了重担。
院里组成了以院长张富根为组长的领导小组，派出了以张晓沪总工程师为总负责的一个最多时达近百人的测量队伍。
岩土院在这个项目中的主要任务是轨道梁的徐变测量和轨道梁精调测量。
他们测得的数据的精确度将直接关系到整个轨道梁的施工质量和施工进度，关系到磁悬浮列车能否真正“飞起来”，差之秋毫，将失之千里。
为满足工程技术精度要求，项目组配备了世界上最先进的瑞士Leica TCA2003全自动全站仪、德国蔡司DINI－R12精密电子水准仪等测量仪器。
公欲善其事，必先利其器，这只是一个“器”的准备。
而测量处技术、行政负责人褚平进、江军，项目组技术管理负责人郭春生、程胜一等，当项目组把这一群平均年龄不到30岁的年轻骨干派上第一线的时候，历史的机遇幸运地降临到了他们身上，他们十分珍惜这次机遇，并牢牢地把握住了这次机遇。
反重力 测量方法
反重力测量方法以反重力测量方法为题，本文将介绍几种常见的用于测量物体重力的方法。
重力是地球吸引物体的力量，通常我们使用称重器来测量物体的重量。
然而，在某些情况下，我们需要测量物体所受的反重力，即物体受到的向上的力量。
下面将介绍三种常见的反重力测量方法。
第一种方法是利用悬挂在弹簧上的物体的振动周期来测量反重力。
当物体处于重力场中时，物体会受到向下的重力作用，导致弹簧伸长。
如果我们在物体上施加一个向上的力量，使物体浮起来，那么物体将受到一个向上的反重力。
这个反重力将抵消物体受到的重力，使物体保持在弹簧的平衡位置。
我们可以测量物体在弹簧上的振动周期，并通过周期的变化来计算反重力的大小。
第二种方法是利用弹簧测量反重力。
我们可以将物体悬挂在弹簧上，并测量弹簧的伸长量。
当物体受到向上的反重力时，物体将上升，导致弹簧伸长。
我们可以通过测量弹簧的伸长量来计算反重力的大小。
第三种方法是利用磁悬浮技术测量反重力。
磁悬浮技术利用磁力来使物体浮起来，从而抵消物体受到的重力。
我们可以通过测量磁悬浮系统中所需的磁力大小来计算反重力的大小。
磁悬浮技术在一些实验室和科研领域中得到了广泛应用。
除了以上三种方法，还有其他一些反重力测量方法，如压力传感器测量、光纤陀螺仪测量等。
这些方法都有各自的优缺点，可以根据实际需求选择合适的方法。
在实际应用中，反重力测量方法可以用于各种领域，如航空航天、工程建筑、地质勘探等。
例如，在航空航天领域，为了减轻飞机或航天器的重量，可以使用反重力测量方法来优化设计，提高性能。
在工程建筑领域，反重力测量方法可以用于测量建筑物的结构稳定性，确保其能够承受重力和反重力的作用。
在地质勘探领域，反重力测量方法可以用于探测地下的矿藏或地下水，为资源开发提供参考。
反重力测量方法是一种重要的测量技术，可以用于测量物体所受的反重力。
本文介绍了几种常见的反重力测量方法，包括利用振动周期、弹簧和磁悬浮技术等方法。
这些方法在不同领域具有广泛的应用前景。
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Labview是图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使用这种语言 编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。 所有的Labview应用程序，即虚拟仪器（VI），都包括前面板 （front panel）、流程图（block diagram）以及图标/连结器 (icon/connector)三部分。
综合物理实验报告
磁悬浮力的测量
报告人：刘亮 侯阳 指导老师：刘进 高政祥
2002 年 12 月 22 日
报告内容简介
实验选题 实验原理 实验装置 实验步骤 实验数据 结果分析 致谢
实验选题
背景介绍：
磁悬浮列车的兴起
磁悬浮列车原理
悬浮力来源
转向力来源
推进力来源
高温超导体在磁悬浮列车上应用
SCM Zero Field-cooling
F-t 修正后
SCM Zero Field-cooling
F-z 修正后
SCM Zero Field-cooling
F-t 未修正 15mm PM T=60s Z from 3cm~13cm Total time 5 minutes
虚拟仪器概述
被 测 对 象
信 号 调 理
数 据 采 集 卡
数 据 处 理
虚拟仪器面板
Labview 简介
Labview（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形 化的编程语言，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。利用 它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使 用过程都生动有趣。
SCM Field-cooling
SCM Field-cooling
F-t 修正后
SCM Field-cooling
F-z 修正后
SCM Field-cooling
F-t 未修正 30mm PM T=60s Z from 5cm~15cm Total time 200 seconds
磁通动力学模型
YBCO属于非理想的第二类超导体，它的磁化曲 线是不可逆的，混合态的磁通格子分布是非均匀 的，这种非均匀磁通格子受到来自晶体缺陷的 “钉扎”作用。最早的，Anderson和Kim提出 了一个模型，以及磁通蠕动的概念。模型首先引 进了单位体积内元钉扎力, 钉扎力密度起作用的 部分构成有效钉扎势 Up 。
磁通动力学模型
但随后的研究却发现, Anderson-Kim 模型并不 能完全解释高温超导体的磁弛豫现象, 特别是对 数弛豫只是在某些情况下的近似，同时弛豫率与 温度的依赖关系与Anderson-Kim模型也有明显 的不同。这些结果导致了一些新的唯象的模型的 发展。
磁通动力学模型
不同的模型有着不同的U(J)方程，Maley曾提出 一种建立在磁通蠕动测量基础上从而确定U(J)方 程的方法，得到了和Zeldov相同的对数结果，通 过研究磁悬浮力的数据，我们试图验证磁通模型。
实验步骤
放置好实验装置，预设磁体作用的距离和正弦运 动的振幅和频率。 在装置盒中引入液氮，使其液面在样品面上方 （对于零场直接超导；场冷需要把充磁的样品及 其盛放的盒子一同倒入，可预先少放液氮在装置 盒内）。
实验步骤
超导充磁 1. 零场冷却，使样品在无磁场的环境下达到转变 温度以下，此时样品内部无磁通。 2. 场冷，使样品在有磁场的环境下达到转变温度 以下，此时样品内部有俘获场。
数字磁强计
规格： LX-H-2型数字磁强计 使用2T挡 零点校准： 2894
YBCO样品
圆柱体 底面直径： 30.68mm 高： 19.86mm
永久磁体
永久磁体的材料为钕铁硼 NdFeB 中科院三环公司生产 圆柱体,表面磁感强度0.5T 底面直径： 30.00mm 高： 15，20，25，30mm
为了修正液氮挥发 测量了无其他作用时的F-t
SCM Zero Field-cooling
SCM Zero Field-cooling
Linear Regression for Data: Y=A+B*X
Parameter Value Error -----------------------------------------------------------A -0.46735 3.89058E-4 B -7.18687E-4 5.60856E-6 -----------------------------------------------------------R SD N P ------------------------------------------------------------0.98227 0.00476 600 <0.0001 ------------------------------------------------------------
压力传感器
主要技术指标:
压力传感器的载荷与指示仪器示值
载荷 kg
压力 0 5 10 15 20 25 30
指示仪器示值 uV
进程平均 0 3998 7993 11991 15988 19985 23977 同程平均 0 4001 7998 11995 15992 19988 23978 理论值 0 3996 7992 11988 15985 19981 23977
传统使用电磁线圈 高温超导体的优越性
1.电流大，磁力强 2.磁体能耗小 3.磁场衰减慢
超导磁体 （Superconducting magnet）
某些超导转变温度在液氮温度（77K）以上的超导材料， 当它们在磁场中冷却到超导转变温度以下时，磁场的撤 去会使超导材料俘获（Trap）稳定的较强的磁场，从而 成为超导磁体。这样得到的超导磁体具有磁场强，场强 稳定的特点，获得了广泛的应用。超导磁悬浮列车的悬 浮力正是超导永久磁体和普通永久磁体（Permanent magnet）之间的作用力提供的。我们实验中将普遍采用 YBCO .
装置台
与压力传感器固连在 一起的底座 盛放液氮的外部容器 固定YBCO样品块的 样品座 有机玻璃管
装置台
传动装置
如右图所示， 当圆盘以一定 的角速度匀速 转动时，若满 足条件L>>r,则 物块以相同的 圆频率在竖直 方向上作正弦 运动
驱动装置
驱动方法有两种 步进电机驱动 手动，由多级齿轮传动
永磁体准静态接近
F-z
30mm~ 20mm
SCM Zero Field-cooling
F-t 未修正 30mm PM T=60s Z from 5cm~15cm Total time 2 minutes
SCM Zero Field-cooling
SCM Zero Field-cooling
超导样品与永磁体之间的悬浮力作用F并不仅 是距离z的函数，它还与运动形式有关，这源于 第二类超导体内的磁通运动，因而F-z的曲线不 是单值的。
结果分析
鉴于我们实验中的充 磁强度不够（永磁体 充磁），F-z并没有 很好的看出类似滞回 的样子，待到有更大 的剩余磁场时，结果 应更好。
结果分析
ZFC 与FC在磁悬浮力的测量中的区别在于FC 具有剩余磁场，因而有较大的Lorentz力，体现 在实验中FC的磁悬浮平衡位置较高，定性的， 在相同条件下（同永磁体，同高度），FC的磁 悬浮力大，这与理论计算吻合。
电机控制
步进电机原理 将电的脉冲信号转换成 相应的角位移的机电 元件 按照顺序向各相发脉冲 驱动
电机控制装置
由步进电机，驱动电源，并行控制卡， 驱动程序组成
电机控制装置
8255控制电路
电机控制装置
8255驱动电源
驱动程序
基于8255 A口方式1控制输出 地址：1B0H~1B3H C口确定LS245方向
SCM Zero Field-cooling
SCM Zero Field-cooling
F-t 修正后
SCM Zero Field-cooling
F-z 修正后
SCM Field-cooling
F-t 未修正 30mm PM T=60s Z from 7cm~17cm Total time 4 minutes 充磁磁场磁感应强度 B=0.1868T
手动转轮控制
由绕线机 改装而成
Data Acquisition System
Keithley Instruments 2700 Introduction: Measurement Voltage: from 0.1uV to 1000V Resolution Limiting: 0.1uV IEEE-488 GPIB PCI-488 Computer Labview System
实现电机精确控制位移测量。 改进充磁手段，利用脉冲电磁线圈得到更大的剩 余磁场。 继续分析数据，与理论模型作进一步研究。 设法从理论和实验两方面来研究自由磁悬浮的性 质。
致谢！！！
刘进老师以及普物实验室各个方面予以的实验设 计、器材使用上的巨大支持。 高政祥导师从理论模型到实验设计和操作上给予 的全力帮助。 物理学院金工车间
实验总结 我们本期所做的工作主要有：
阅读文献，理论学习了主要包括磁通动力学相关 知识。 独立搭建了一套测量磁悬浮力的实验装置。 学习了电机控制，Labview数据采集系统，机械 加工等实际知识。 从实验上实现了动态测量磁悬浮力得到了定性和 定量的结果。