Описание установки, методика эксперимента

Рис.3. Схема установки(вид сбоку).

1 – ПК(цифровой оссцилограф). 2 – датчики Холла(x,y,z). 3 – основной магнит. 4 – маленькие цилиндрические магниты. 5 – двигатель. 6 – источник питания для датчиков и для двигателя.

Размер большого тороидального магнита: R = 4 см. В эксперименте использовались маленькие цилиндрические редкоземельные магниты из сплава неодим-железо-бор(NdFeB), диаметр 5мм, длина 8.47мм, вес 1.3г.

Датчики Холла, используемые в работе: Honeywell SS94A1F (схема внутреннего устройства приведена на рис.5).

Его характеристики:

Чувствительность(25°C): (250 мВ ± 5 мВ)/мТл.

Диапазон измеримых полей: от -10мТл до 10мТл.

Время реакции: 3мкс.

Максимальный входной ток: 30мА.

Максимальный выходной ток: 1мА.

Рис.4. Характерный вид установки

Рис.5. Схема внутреннего устройства датчика Холла Honeywell SS94A1F.

Во время вращения магнита 3 на каждый из магнитов 4 действует центробежная сила, напраленная радиально от центра оси симметрии системы. При малой скорости вращения эта сила меньше силы притяжения между магнитами, поэтому магниты остаются в контакте друг с другом. По мере увеличения напряжения на двигателе, а значит и скорости вращения, центробежная сила также увеличивается, а значит при какойто частоте магниты преодолевают силу притяжения, отрываются и выходят на орбиту(первая космическая скорость). Если же и дальше увеличивать частоту вращения, сила притяжения уже не сможет скомпенсировать центробежную силу, а значит магниты покинут орбиту(2 космическая скорость). После анализа данных, полученных с цифрового оссцилографа, можно определить критическую частоту вращения, а значит и скорость, при которой магниты улетают (2 космическая скорость).

Эксперимент проводился следующим образом. На основной дискообразный магнит 3 равномерно насаживались маленькие цилиндрические магниты 4. После включения источника питания 6 и выставления на нем нужных напряжений и токов, магнит 3 начинал вращаться. После установления устойчивого вращения, включалась запись данных(для записи использовалась программа LabView,

Далее использовались следующие параметры системы: сила тока 0.36А, напряжение 3.5В (для датчиков Холла), напряжение подаваемое на двигатель, менялось от 3 В до 15 В, количество магнитов 4 N = 1, 16,17..20.

Были проведены следущие серии экспериментов:

Вращение системы в зависимости от частоты вращения (U=3, 4, 4.5В) и количества магнитов N=1, 16, 17..20.

Вращение системы при N = 1 при плавном росте частоты вращения, отрыв магнита.