BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ PHAN THÙY DUNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ĐỆM TỪ TRƢỜNG DÙNG CHO CÁC THÍ NGHIỆM BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TP.Hồ Chí Minh, Năm 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ PHAN THÙY DUNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO ĐỆM TỪ TRƢỜNG DÙNG CHO CÁC THÍ NGHIỆM BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ (VẬT LÝ) Mã số: 102 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN LÂM DUY TP.Hồ Chí Minh, Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS Nguyễn Lâm Duy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp Để hoàn thành đề tài khóa luận này, nhận nhiều giúp đỡ nhiệt tình từ thầy cô khoa Vật Lý Tôi chân thành cảm ơn thầy cô quản lý phòng thí nghiệm: “Vật lý đại cương nâng cao” “Vô tuyến điện” tạo điều kiện thuận lợi để sử dụng thiết bị thí nghiệm phòng thí nghiệm suốt thời gian thực đề tài Cuối cùng, cho gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Vật Lý bạn bè tạo điều kiện tốt nhất, giúp đỡ hoàn thành khóa luận Do thời gian thực đề tài có hạn nên tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý từ quý thầy cô bạn để đề tài hoàn thiện Mục lục Trang bìa phụ Lời cảm ơn Mục lục Lời mở đầu Chương 1: Cơ sở lý thuyết 1.1 Cơ sở lý thuyết 1.2 Một số mô hình tham khảo 10 Chương 2: Các bước chuẩn bị cho trình chế tạo thực nghiệm 14 2.1 Khảo sát từ phổ nam châm 14 2.1.1 Mục đích 14 2.1.2 Cách thực 14 2.1.3 Kết thu 16 2.1.4 Nhận xét 18 2.2 Nghiên cứu tương tác ray xe trượt 19 2.2.1 Mục đích 19 2.2.2 Cách tiến hành kết thu 19 2.2.2.1 Mô tả cách khảo sát 19 2.2.2.2 Kết thu 20 2.2.2.3 Nhận xét 20 Chương 3: Các cấu hình nghiên cứu 22 3.1 Cấu hình 22 3.1.1 Nghiên cứu lý thuyết 22 3.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm 24 3.1.2.1 Các bước tiến hành 24 3.1.2.2 Khảo sát mô hình 25 3.1.3 Nhận xét 33 3.2 Cấu hình 34 3.2.1 Nghiên cứu lý thuyết 34 3.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 35 3.2.2.1 Các bước tiến hành 36 3.2.2.2 Kết sau lắp ráp 36 3.2.3 Đánh giá trình nâng hệ thống 39 3.2.3.1 Khảo sát vận tốc chuyển động xe 39 3.2.2.2 Khảo sát độ lớn lực ma sát trình chuyển động xe ray 44 3.2.4 Đánh giá bước đầu chất lượng hoạt động hệ thống đệm từ trường nghiên cứu 48 Chương 4: Thử nghiệm ban đầu cho thí nghiệm bảo toàn động lượng 49 4.1 Cách bố trí thí nghiệm 49 4.2 Cách tiến hành 49 4.3 Kết thu 50 4.4 Nhận xét 50 4.4.1 Theo lý thuyết 50 4.4.2 Thực nghiệm 51 Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài 53 5.1 Kết luận 53 5.1.1 Đối với cấu hình 53 5.1.2 Đối với cấu hình 53 5.2 Hướng phát triển 54 Phụ lục 1: Tàu chạy đệm từ 55 Phụ lục 2: Bảng số liệu khảo sát độ lớn từ trường nam châm 58 Phụ lục 3: Bảng số liệu khảo sát độ lớn từ trường nam châm (cách bề mặt nam châm 1,5cm) 59 Phụ lục 4: Bảng số liệu khảo sát độ lớn từ trường nam châm (cách bề mặt nam châm 2cm) 61 Tài liệu tham khảo 63 LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nay, lĩnh vực đồ dùng thí nghiệm cho trường THPT Việt Nam trọng đầu tư nhiều hạn chế chủng loại chất lượng Nhất vùng cao, vùng hẻo lánh việc đầu tư cho dụng cụ thí nghiệm khó khăn (kinh phí, điều kiện sử dụng,…) Ví dụ thí nghiệm định luật bảo toàn động lượng chẳng hạn, phổ biến có đệm không khí phải cần sử dụng điện năng, thiết bị cồng kềnh khó chuyên chở, có nhiều tiếng ồn trình sử dụng,… nên khó dùng thí nghiệm đệm không khí để phục vụ trường hạn chế điều kiện giảng dạy Mặc khác, tượng hút đẩy nam châm biết từ lâu Ở nhiều nước giới, người ta chế tạo thành công đưa vào sử dụng tàu chạy đệm từ trường dựa nguyên tắc hút đẩy nam châm Tàu đệm từ sử dụng kỹ thuật nâng lực từ thông qua tương tác tàu đường ray Do đó, tiếp xúc trực tiếp đường ray tàu, nên có lực ma sát tàu không khí Lực ma sát nhỏ so với trường hợp tàu chạy đường ray thường [2] Lấy ý tưởng từ tàu chạy đệm từ, muốn thử tiến hành nghiên cứu chế tạo đệm từ sử dụng vật liệu tạo từ trường nam châm vĩnh cửu thay nam châm điện tàu đệm từ Nếu chế tạo thành công hệ thống đệm từ trường từ nam châm vĩnh cửu (có thể đạt đặc điểm giống mô hình tàu chạy đệm từ) sử dụng hệ thống đệm từ phục vụ thí nghiệm định luật bảo toàn động lượng Với ưu điểm đệm từ chế tạo từ nam châm vĩnh cửu không cần sử dụng điện năng, không gây tiếng ồn, kết nối nam châm riêng rẽ thành hệ thống dài cách dễ dàng,… làm cho việc chế tạo ứng dụng đệm từ để đưa vào sử dụng có ý nghĩa lớn Chính lý trên, chọn đề tài “Nghiên cứu, chế tạo đệm từ trường dùng cho thí nghiệm bảo toàn động lượng” với mục đích đặt chế tạo đệm từ trường từ nam châm vĩnh cửu nhằm bổ sung thêm đồ dùng cho việc thực thí nghiệm bảo toàn động lượng chương trình vật lý THPT Việc chế tạo đệm từ trường từ nam châm vĩnh cửu, trước đây, người ta tiến hành nghiên cứu cho nhiều sản phẩm Nhưng hầu hết sản phẩm có chung cách bố trí nam châm hệ thống ray xe (sẽ trình bày rõ bài) Hạn chế chung sản phẩm xe bị tựa vào bên thành ray chuyển động Vì vậy, đề tài này, tiếp tục tiến hành nghiên cứu đệm từ trường từ nam châm vĩnh cửu với mục đích tìm cấu hình khác, khắc phục hạn chế mà sản phẩm đưa mắc phải, để dùng dụng cụ vào phục vụ dạy học Phƣơng pháp nghiên cứu Do đề tài thuộc lĩnh vực nghiên cứu, chế tạo dụng cụ thí nghiệm nên phương pháp nghiên cứu chủ yếu là: - Tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu có - Chế tạo đo đạc thực nghiệm Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Khảo sát từ phổ nam châm nam châm ghép với - Nghiên cứu tương tác lực từ nam châm - Nghiên cứu cấu hình lắp đặt hệ thống nam châm - Gia công khí, lắp ráp hệ thống đệm từ trường xe trượt - Thử nghiệm ban đầu cho thí nghiệm bảo toàn động lượng Những nội dung đƣợc trình bày báo cáo  Chương 1: Cơ sở lý thuyết Phần trình bày: - Những sở lý thuyết nam châm đặc điểm từ trường nam châm - Một số mô hình đệm từ trường nghiên cứu  Chương 2: Các bước chuẩn bị cho trình chế tạo thực nghiệm Phần trình bày mục đích, phương pháp kết tiến hành hai bước trình chuẩn bị: - Khảo sát từ phổ nam châm với hình dạng khác - Nghiên cứu tương tác lực từ ray xe trượt  Chương 3: Các cấu hình hệ thống đệm từ trường nghiên cứu Phần trình bày trình nghiên cứu, bước chuẩn bị kết thực tế thu cấu hình  Chương 4: Thử nghiệm ban đầu cho thí nghiệm bảo toàn động lượng  Chương 5: Kết luận hướng phát triển đề tài CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong chương này, phần đầu tiên, xin trình bày sở lý thuyết sử dụng trực tiếp để phục vụ nghiên cứu đề tài như: đặc điểm cấu tạo nam châm vĩnh cửu; hình dạng từ phổ loại nam châm; tương tác cực nam châm Ngoài ra, để thực đề tài nghiên cứu này, có tham khảo số tài liệu mô hình tàu chạy đệm từ nghiên cứu lắp ráp Nên phần tiếp theo, xin trình bày số cấu hình mà tìm hiểu Đây sở quan trọng để bắt đầu trình nghiên cứu mình, trình bày chương sau 1.1 Cơ sở lý thuyết - Nam châm vĩnh cửu cấu tạo từ vật liệu từ cứng có khả giữ từ tính - Bất nam châm có hai cực Bắc Nam, có nghĩa nam châm lưỡng cực từ - Không gian xung quanh nam châm tồn từ trường Để đặc trưng cho từ trường mặt hình học, sử dụng khái niệm đường sức từ Sau số dạng từ phổ nam châm thẳng nam châm hình chữ U Hình 1.1 Đường sức từ nam châm vĩnh cửu thẳng 49 CHƢƠNG THỬ NGHIỆM BAN ĐẦU CHO THÍ NGHIỆM VỀ BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG Vì hệ xe ray tồn lực cản lớn nên ta chưa thể sử dụng mô hình để kiểm chứng thí nghiệm bảo toàn động lượng Tuy nhiên, sử dụng thí nghiệm bảo toàn động lượng để đánh giá chất lượng hệ thống thông qua thí nghiệm va chạm đàn hồi xe 4.1 Cách bố trí dụng cụ thí nghiệm (nhƣ hình 4.1) Máy Dopler Cổng quang điện Lá chắn Xe Xe Đệm từ trường Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm va chạm hai xe 4.2 Cách tiến hành - Đặt xe thứ hai đứng yên vị trí ray, vận tốc xe trước va chạm không ( v2  ) - Trên xe thứ có gắn chắn cổng quang Cho xe thứ chuyển động với vận tốc v1 đến va chạm với xe thứ hai - Xác định vận tốc xe thứ trước va chạm nhờ cổng quang điện - Xác định vận tốc v2 xe thứ hai sau va chạm nhờ máy đo Dopler Lƣu ý 50 Để xác định xác vận tốc xe thứ trước va chạm cách sử dụng cổng quang chiều dài s chắn cổng quang nhỏ đặt vị trí cổng quang gần vị trí xảy va chạm Ở đây, chọn s=3cm, theo kết khảo sát vận tốc chuyển động xe quãng đường đủ nhỏ để vận tốc xe không chênh lệch nhiều Vận tốc xe thứ xác định : v1  s ; t s :chiều dài chắn cổng quang ; t : khoảng thời gian chắn qua cổng quang Khối lượng xe : m1  m2  350 g 4.3 Kết thu đƣợc Sau va chạm, xe thứ đứng yên ( v '1  ), xe hai chuyển động chiều với chiều chuyển động với xe thứ với vận tốc v '2 Đây kết thu Bảng 9: Vận tốc xe trước va chạm vận tốc xe sau va chạm Vận tốc xe trước va chạm Vận tốc xe sau va chạm Lần Lần Lần3 0,79m/s 0,79m/s 0,79m/s 0,687m/s 0,691m/s 0,679m/s 4.4 Nhận xét 4.4.1 Theo lý thuyết 51 Hệ kín gồm vật có khối lượng nhau, vật chuyển động với vận tốc v1 đến va chạm với vật đứng yên Sau va chạm, vật đứng yên vật chuyển động với v '2  v1 4.4.2 Thực nghiệm Sau tiến hành thí nghiệm va chạm xe, ta thu số liệu thể bảng nhận thấy v '2  v1 Bảng 10: Độ chênh lệch giá trị vận tốc thực nghiệm so với giá trị lý thuyết xe Vận tốc xe sau va chạm theo lý thuyết v '2 LT Vận tốc xe sau va chạm theo thực nghiệm v '2TN v '2 LT  v '2TN v '2 LT 100% Lần Lần Lần 0,789m/s 0,789m/s 0,789m/s 0,687m/s 0,691m/s 0,679m/s 13% 12% 14% Ta thấy độ chêch lệch giá trị vận tốc theo lý thuyết thực nghiệm xe lớn 10% Mà thí nghiệm kiểm chứng độ chênh lệch 10% lý thuyết thực nghiệm coi lớn, chấp nhận Do đó, ta rút nhận xét: Động lượng theo phương chuyển động động tịnh tiến hệ hai xe trước sau va chạm không bảo toàn  Một vài nguyên nhân làm động lƣợng hệ không đƣợc bảo toàn - Va chạm hai xe không tuyệt đối đàn hồi xuyên tâm - Sau va chạm, xe vừa chuyển động tịnh tiến, vừa dao động quanh khối tâm Động cung cấp ban đầu cho xe chuyển động chuyển hóa thành phần: lượng cho xe chuyển động tịnh tiến lượng cho xe dao 52 động Do đó, vận tốc tịnh tiến xe giảm so với vận tốc tịnh tiến lý thuyết - Xe chuyển động đệm từ chịu tác dụng lực cản: ma sát trượt xe thành ray, lực cản từ,… - Tương tác từ nam châm hai xe với Kết luận: Thông qua kết thí nghiệm va chạm xe, ta thấy động lượng theo phương chuyển động hệ trước sau va chạm không bảo toàn Có nhiều nguyên nhân dẫn đến kết chủ yếu hệ thống đệm từ trường hoạt động chưa ổn định: xe chuyển động kèm theo dao động; tồn ma sát hệ thống ray xe Vì thời gian thực đề tài hạn chế nên kịp tiến hành thử nghiệm với thí nghiệm định luật bảo toàn động lượng Do để xem xét việc đưa vào sử dụng dụng cụ cho thí nghiệm bảo toàn động lượng cần phải tiếp tục nghiên để khắc phục hạn chế tiến hành thêm thí nghiệm khác bổ sung 53 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Sử dụng tính chất đẩy hai nam châm, hình dạng đường sức từ nam châm vĩnh cửu dựa mô hình lắp ráp đệm từ trường, tiến hành nghiên cứu hai cấu hình Cả hai cấu hình có chung đặc điểm : xe chịu tác dụng hai lực nâng từ hệ thống ray Nhưng cấu hình có kết cấu xếp nam châm hệ thống ray khác 5.1.1 Đối với cấu hình Kết cấu hệ thống ray xe giống mô hình đệm không khí Các nam châm hệ thống ray xe đặt trực diện với Nhưng sau tiến hành lắp ráp nghiên cứu thực nghiệm, rút nhận xét : Khi đặt hai nam châm cực trực diện với vị trí cân không bền Do đó, xe không hệ thống ray bị hút lệch bên ray Mặc dù tìm phương pháp khác để khắc phụ tượng không Vì vậy, tạo hệ thống đệm từ trường theo cấu hình 5.1.2 Đối với cấu hình - Kết cấu hệ thống ray xe gồm : hàng ray nam châm đặt song song nhau; xe khoảng ray Với kết cấu này, sau tiến hành lắp ráp nghiên cứu thực nghiệm, thu sản phẩm : xe nâng lên hệ thống ray - Tuy nhiên, hạn chế nguồn nam châm vĩnh cửu có độ lớn từ trường giống nhau; từ trường nam châm không đều;… nên hệ thống vận hành chưa tốt Hệ thống số hạn chế sau :  Xe chuyển động tựa vào thành ray dẫn đến ma sát với thành ray  Khi chuyển động, xe có trạng thái dao động số vị trí 54  Mặc dù tìm cách để giảm hạn chế kết không triệt tiêu hoàn toàn tượng kể - Qua bước khảo sát ban đầu chất lượng vận hành hệ thống, thấy : xe chuyển động hệ thống đệm từ trường tồn lực ma sát; ma sát vị trí khác hệ thống không giống - Việc thử nghiệm ban đầu cho thí nghiệm bảo toàn động lượng lần đánh giá hoạt động hệ thống tồn nhiều hạn chế: xe chuyển động kèm theo dao động; tồn ma sát hệ thống ray xe  Kết luận - Xe hệ thống - Hệ thống đệm từ trường hoạt động chưa loại bỏ hoàn toàn lực cản mong đợi - Chưa thể đưa vào sử dụng hệ thống đệm từ trường vào dùng cho thí nghiệm bảo toàn động lượng 5.2 Hƣớng phát triển Từ hạn chế hệ thống đệm từ trường theo cấu hình 2, đề xuất hướng phát triển đề tài sau : - Nghiên cứu phương án để xe khoảng hai ray mà không tựa vào ray nhằm làm giảm tối đa lực cản - Nghiên cứu xếp nam châm cho từ trường ray tương đối ổn định đồng - Thực thêm số thí nghiệm định luật bảo toàn động lượng khác Ngoài ra, hệ thống đệm từ trường này, ta thực số thí nghiệm dao động học Ví dụ thực thí nghiệm dao động cưỡng 55 PHỤ LỤC TÀU CHẠY TRÊN ĐỆM TỪ [7] Nguyên tắc hoạt động tàu chạy đệm từ (tàu Maglev) Hoạt động tàu dựa vào lực đẩy hai nam châm tên lực hút hai cực khác tên hai nam châm Kết cấu hai loại tàu đệm từ giới Hiện nay, giới có hai loại tàu ứng với hai cấu tạo khác nhau: cách treo điện từ EMS (electromagnetic suspension) cách treo điện động EDS (electrodynamic suspension) a Tàu maglev kiểu EMS Đối với cách treo điện từ, thường bố trí cho tàu chạy đường dẫn dạng dầm hình chữ T dầm có gắn hai đường ray sắt Đáy tàu có hai ngàm ngậm vào dầm chỗ đường ray Ở chỗ ngàm tàu có bố trí nam châm điện dọc theo đường dẫn có bố trí ngầm nam châm điện Các nam châm điện tạo lực hút mạnh vào sắt dầm, tàu bị kéo lên, cao độ 10 milimet tạo đệm không khí Các nam châm điện làm nhiệm vụ đẩy tàu tiến phía trước nhờ thay đổi nhịp nhàng chiều dòng điện cuộn dây liên tiếp để tàu bị nam châm điện hút phía trước đẩy phía sau (hình 1) Các nam châm điện dùng để tự động chỉnh cho tàu chạy cách mặt dầm khoảng cách định 10 milimet cân xứng đường dẫn, không va chạm 56 Hình Tàu maglev kiểu EMS b Tàu maglev kiểu EDS Đối với cách treo điện động EDS, người ta dùng nam châm đặt tàu chuyển động để tạo dòng cảm ứng lên cuộn dây đường dẫn Kết tạo lực đẩy, đẩy cho tàu lên Nam châm tàu phải mạnh nhẹ nên người ta dùng nam châm siêu dẫn, thực chất cuộn dây điện làm chất siêu dẫn, lúc làm lạnh nhiệt độ thấp, điện trở cuộn dây không Nhờ cho dòng điện cực lớn chạy qua mà không sợ nóng lên hiệu ứng Joule Cuộn dây siêu dẫn có dòng điện lớn chạy qua, không cần lõi sắt, cho từ trường mạnh nam châm điện Lực đẩy mạnh để tàu lên cao mặt đường dẫn 100 milimet (cao gấp 10 lần so với tàu EMS) nhờ tàu chạy nhanh tàu EMS Tàu maglev kiểu treo điện động EDS phải có chuyển động nam châm tàu tạo dòng cảm ứng cuộn dây đường tàu Do đó, tàu phải có bánh xe cao su để tiếp xúc với mặt đường dẫn lúc đứng yên Ngoài phải có hệ khác để đẩy tàu chạy phía trước, hệ tự động đảm bảo khoảng cách, chạy theo đường dẫn v.v 57 Hình Từ trƣờng vừa dùng để nâng vừa dùng để nâng 58 PHỤ LỤC BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỘ LỚN TỪ TRƢỜNG CỦA MỘT NAM CHÂM (Khi đặt máy đo cách bề mặt nam châm 5mm) - Đơn vị: mT Thứ tự 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Hàng 1,59 1,83 2,27 2,79 3,39 4,1 5,37 6,75 9,12 13,1 16,8 23,6 32,7 44,7 58,7 63 51,1 34,8 18,1 8,02 -3,9 -7,4 -5,34 0,02 4,22 8,78 7,99 5,4 2,9 1,9 Hàng 1,61 1,89 2,33 2,94 3,69 4,45 5,9 7,72 9,6 12,9 17,5 23,9 32,7 44,9 61,8 63,5 51,2 33 18,6 8,3 -0,69 -6,1 -5,12 0,05 1,36 2,84 2,51 1,94 1,81 2,29 Hàng 1,66 1,97 2,28 2,87 3,59 4,41 5,56 7,16 9,9 12,4 17,6 24,3 32,2 44,2 60,7 63,1 50,5 35,6 21 11,1 -0,58 -3,65 -2,79 0,23 1,87 1,68 1,57 1,36 1,72 2,08 Hàng 1,64 1,69 2,29 2,77 2,53 4,29 5,6 7,28 9,1 12,7 17,2 23,5 34,7 43,7 58,9 63,6 49,2 34 21,3 11,6 3,82 1,05 -0,52 -0,08 -1,27 -3,37 -2,68 0,3 1,92 2,52 Hàng 1,59 1,82 2,29 2,81 3,42 4,21 5,44 6,93 9,09 12,2 16,6 23,1 34,2 45,5 57,2 62,1 46,6 33,6 20,9 11,3 5,83 2,76 1,52 0,33 -0,67 -1,62 -1,15 1,1 2,54 3,32 Hàng 1,54 1,73 2,12 2,61 3,21 3,89 5,17 6,71 8,53 11 15,5 21,1 28,2 38,4 54,8 56,5 43,8 28,7 18,1 11,3 8,4 5,82 4,12 3,11 2,21 0,87 0,59 2,45 4,56 Hàng 1,44 1,71 2,03 2,44 3,05 3,72 4,8 5,94 7,75 1,01 13,7 18,4 28 34,6 47,3 50,7 35,7 24,3 14,5 9,9 7,92 6,79 5,93 4,73 3,18 1,57 1,02 3,09 5,11 59 PHỤ LỤC BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỘ LỚN TỪ TRƢỜNG CỦA NAM CHÂM (Khi đặt máy đo cách bề mặt nam châm 1,5 cm) - Đơn vị:mT Hàng 9,1 12,4 14,9 16,7 18 18,7 19 19 19 18,9 18,7 18,1 17,2 15,9 14,3 13,1 13,5 13,8 14,5 14,9 15,3 15,7 16,1 16,1 16,3 16,6 16,9 16,4 16 15,3 14,4 14,1 13,6 13,5 13,8 14 13,8 Hàng 9,6 14,5 18 20,9 22,6 23,5 24,1 24,2 24,1 24 23,6 23 22 20,7 18,9 17,9 17,2 17,6 17,9 18,5 19,1 19,5 20 20,3 20,4 20,7 20,7 21 20,3 19,5 18,4 17,5 17,2 17 17 17,2 17,1 Hàng 10,1 15,1 19,5 22,1 21,1 25,1 25,6 25,8 25,8 25,6 25,3 24,7 23,8 22,5 20,6 19,4 18,7 18,8 19,2 19,9 20,2 20,6 21,1 21,4 21,7 22 22,2 22,2 21,8 20,9 19,6 18,6 18,1 17,8 17,9 18 17,7 Hàng 10,2 14,7 19,6 21,1 23,1 24 24,5 24,7 24,6 24,3 24,1 23,6 22,8 21,5 20,1 19,1 18 18,1 18,5 18,9 19,3 19,6 20 20,4 20,7 20,9 21,2 21,2 20,9 20 18,6 17,8 17,1 16,8 16,9 17 16,8 Hàng 8,7 12,6 16 18,7 20,2 21 21,6 21,6 21,7 21,3 21,1 20,4 19,8 18,8 17,6 16,6 15,8 15,9 16,1 16,6 16,8 17 17,3 17,7 18,1 18 18,2 18,2 17,9 17,1 16,3 15,7 14,6 14,6 14,5 14,6 14,5 Hàng 6,4 9,6 12,2 13,9 15,2 15,8 16,5 16,5 16,6 16,3 15,9 15,6 14,9 13,9 13,3 12,6 12,2 12,2 12,4 12,9 13,6 13,1 13,6 13,6 13,7 13,7 14 14,2 13,7 13,3 12,7 11,9 10,7 10,7 10,8 11,1 10,9 Hàng 3,9 5,8 7,6 8,8 9,7 10 9,8 10,8 10,8 10,8 10,3 9,9 9,5 8,8 8,2 7,7 8,3 8,1 8,7 8,8 8,9 8,8 8,7 9,2 9,4 9,4 9,1 8,8 8,5 9,6 7,5 7,1 7 60 13,8 13,9 14,2 14,6 14,8 15,1 15,3 15,8 15,6 15,2 15,2 15,3 15,9 16,9 17,6 18,3 18,9 18,7 18,5 18,4 18,3 18 17,5 16,6 14,8 12,7 17,1 17,1 17,3 17,8 18,4 18,9 19,5 19,7 19,5 19,2 18,8 19 19,7 20,7 21,7 22,2 22 21,8 21,8 21,5 21,3 21,2 21,2 20,4 18,9 15,3 17,5 17,5 17,8 18,2 18,7 19,2 19,8 20,1 20,1 19,8 19,6 20 20,7 21,8 22,6 22,9 23 22,8 22,6 22,4 22,2 22,1 22,1 21,3 19,6 15,9 16,7 16,8 17,1 17,6 18 18,7 19,1 19,5 19,4 19,2 18,8 19,2 20 21,2 21,9 22,3 22,3 22,2 21,9 21,7 21,5 21,3 21,2 20,5 18,9 16,1 14,5 14,6 15 15,2 15,7 16,1 16,7 16,8 16,8 16,6 16,4 16,8 17,5 18,5 19,1 19,6 19,9 19,7 19,2 19 19 18,8 18,5 17,8 16,4 13,6 10,9 11,3 11,3 11,5 11,9 12,3 12,3 12,4 12,3 12,2 12 12,3 12,3 13,6 14,3 14,9 15,1 15 14,7 14,5 14,3 14,4 14,2 13,4 12,4 10,1 7,1 7,1 7,3 7,6 7,8 8,1 8,3 7,9 8,1 8,3 8,2 9,1 9,2 9,6 10,2 9,9 9,6 9,8 9,9 10 9,9 9,5 8,6 6,9 61 PHỤ LỤC BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỘ LỚN TỪ TRƢỜNG CỦA NAM CHÂM (Khi đặt máy đo cách bề mặt nam châm cm) – Đơn vị: mT Hàng Hàng Hàng Hàng Hàng Hàng 7,5 9,2 11,4 12,8 13,7 14,4 14,8 15 14,8 14,7 14,6 14 12,6 11,8 11,9 11,3 11,3 11,4 11,8 12 12,2 12,4 12,6 12,7 12,7 12,9 12,8 12,6 12,3 11,8 11,9 11,3 11,3 10,9 11 11 10,9 7,3 10 12 13,9 15,3 16,1 16,7 16,9 17 16,9 16,7 16,2 15,6 14,9 14 13,5 13,3 13,3 13,5 13,7 13,9 14,2 14,4 14,7 14,9 14,9 15 14,8 14,5 13,9 13,4 13,1 12,8 12,6 12,6 12,6 12,6 7,9 10,8 13 14,9 16,4 17,3 17,8 18,1 18,2 18,1 17,9 17,4 16,8 16 15,2 14,6 14,2 14,3 14,6 14,8 15,1 15,4 15,7 15,8 16,2 16,4 16,5 16,3 15,9 15,3 14,7 14,2 13,9 13,7 13,7 13,7 13,6 11,1 13,4 15,5 16,7 17,6 18,1 18,3 18,3 18,1 18 17,5 16,9 16,1 15,3 14,7 14,3 14,2 14,4 14,7 14,9 15,2 15,4 15,7 15,8 16 16 15,9 15,6 15 14,3 14 13,5 13,3 13,1 13,1 13 7,4 9,8 11,7 13,6 14,7 15,8 16 16,3 16,5 16,3 16,1 15,7 15,1 14,4 13,7 13 12,7 12,6 12,7 12,8 13,3 13,4 13,7 13,8 13,9 14,1 14 14 13,6 13,1 12,7 12 11,7 11,4 11,4 11,4 11,4 5,8 7,7 9,4 11 12 12,5 13 13,2 13,1 13 12,7 12,5 12,1 11,7 10,8 10,6 10,5 10,3 10,3 10,4 10,5 10,8 10,9 11 11,2 11,4 11,3 11,1 11,1 10,5 10,2 9,8 9,3 9,3 9,2 9,2 9,3 Hàng 5,5 6,8 7,9 8,7 9,1 9,6 9,6 9,7 9,8 9,6 9,4 8,9 8,4 7,9 7,8 7,7 7,9 7,8 7,8 7,9 8 8,2 8,2 8,2 8,2 7,9 7,5 7,1 6,6 6,7 6,5 6,6 6,7 62 11 11 11,3 11,5 11,8 12 12,1 12,2 12,4 12,4 12,6 13,2 13,6 14,2 14,9 14,5 14,5 14,5 14,6 14,2 14,1 13,7 13,1 12,3 11,1 9,9 12,6 12,7 12,8 13,2 13,5 13,7 13,9 14,2 14,1 14,1 14,3 14,3 14,9 15,5 15,9 16,1 16,1 16,1 16,1 16 15,8 15,6 15,1 14,2 13 10,9 13,6 13,7 13,9 14,2 14,5 14,9 15,1 15,2 15,3 15,3 15,5 15,7 16,3 16,8 17,2 17,5 17,5 17,5 17,3 17,2 17 16,7 16,3 15,2 13,8 11,1 13 13,2 13,3 13,6 14 14,3 14,6 14,8 14,8 14,8 14,9 15,1 15,8 16,2 16,7 16,9 17 17 16,8 16,6 16,6 16,3 15,8 14,9 13,3 10,6 11,4 11,5 11,7 12 12,3 12,6 12,9 13 12,9 12,9 12,9 13,4 13,9 14,6 14,8 15 15,3 15,2 15 14,9 14,8 14,6 14,2 13,3 11,8 9,4 9,4 9,6 9,5 9,4 9,6 9,8 10,4 10,3 10,2 10,3 10,3 10,6 10,9 11,4 11,6 12,1 12,3 12,1 12,1 12 11,8 11,9 11,2 10,6 9,6 7,6 6,6 6,7 6,9 7,2 7,1 7,3 7,2 7,3 7,2 7,1 7,4 7,9 7,9 8,2 8,4 8,7 9,1 8,8 8,8 8,8 8,7 8,8 8,3 7,2 5,7 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO David Halliday – Robert Resnick – Jearl Walker Cơ sở vật lí, NXB Giáo Dục – 1999 http://vi.wikipedia.org/wiki/T%C3%A0u_%C4%91%E1%BB%87m_t%E1%BB%AB 3.http://www.go-explore-trans.org/wp-content/uploads/Instructions-for-Build-your-ownmaglev-train.pdf http://my.execpc.com/~rhoadley/magtrain.htm http://www.kidslovekits.com/projects/magnetlevitation/index.html http://www.skinners-school.co.uk/downloads/Skinners_MAGLEV_STEM_1_Project.pdf http://dhsptn.edu.vn/khoavatli/index.php?language=vi&nv=vat-ly-giai-tri&op=Vat-ly-phothong/Tau-chay-dem-tu-27 [...]... sản xuất [5] 13 Hình 1.8 Sản phẩm đệm từ trường được lắp ráp trong “ Stem Maglev Project” [6] 14 CHƢƠNG 2 CÁC BƢỚC CHUẨN BỊ CHO QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO THỰC NGHIỆM Ở chương này, tôi sẽ trình bày hai bước trong quá trình chuẩn bị trước khi nghiên cứu chế tạo các cấu hình đệm từ trường: khảo sát từ phổ của nam châm và nghiên cứu lực tương tác giữa các nam châm với nhau Ở từng bước, tôi sẽ trình bày rõ mục đích,... đạc sơ bộ cường độ từ trường của các nam châm nhằm lựa chọn được nam châm có độ lớn gần nhau để sử dụng bằng tiến hành các bước sau: - Dùng một nam châm thử để khảo sát từ tính trên cùng một mặt của từng nam châm để đảm bảo: trên cùng bề mặt nam châm, các cực từ trường tại các vị trí giống nhau 19 - Dùng máy đo từ trường khảo sát giá trị từ trường tại điểm giữa của nam châm Hinh 2.6 Cách bố trí dụng... lựa chọn loại nam châm trên xe phù hợp 22 CHƢƠNG 3 CÁC CẤU HÌNH NGHIÊN CỨU Trong chương này, tôi xin trình bày 2 cấu hình mà tôi đã nghiên cứu trong thời gian thực hiện đề tài Cấu hình thứ nhất đệm từ trường lấy ý tưởng từ mô hình đệm không khí trong thí nghiệm bảo toàn động lượng Sau khi nghiên cứu, tính toán về mặt lý thuyết, tôi tiến hành chế tạo, lắp ráp với kết quả thu được: xe không nâng lên... châm cho các mô hình đã được lắp ráp Dựa trên sự bố trí nam châm như hình (1.4), người ta đã nghiên cứu và đã đưa ra các mô hình lắp ráp như hình (1.5) và thu được các sản phẩm như hình (1.6); hình (1.7); hình (1.8) Hình 1.5 Mô hình đệm từ trường đã được lắp ráp [3] 12 Hình 1.6 Sản phẩm đệm từ trường đơn giản [4] Hình 1.7 Sản phẩm đệm từ trường do một hãng đồ chơi sản xuất [5] 13 Hình 1.8 Sản phẩm đệm. .. cũng như các kết quả thu được.Vì mục tiêu của đề tài là sử dụng các nam châm vĩnh cửu để chế tạo hệ thống đệm từ trường, do đó, việc khảo sát độ lớn của nhiều nam châm ghép lại với nhau là rất cần thiết Nếu khi ghép nhiều nam châm lại tạo thành một nam châm lớn mà có giá trị cường độ từ trường tại các vị trí tương đối bằng nhau thì ta có thể sử dụng các nam châm này cho việc thiết kế, chế tạo mô hình... trường theo cấu hình 2 Nên trong chương này, tôi sẽ trình bày quá trình nghiên cứu, lắp ráp, những đánh giá bước đầu về chất lượng vận hành của hệ thống đệm từ trường đối với cấu hình đã chế tạo 3.1 Cấu hình 1 3.1.1 Nghiên cứu lý thuyết Lấy ý tưởng từ mô hình đệm không khí, tôi đã đưa ra phương án nghiên cứu hướng lắp ráp mô hình đệm từ trường như sau: hệ thống ray gồm 2 hàng nam châm đặt trên mặt bên của... châm) tạo thành khối nam châm lớn - Tại vị trí cách xa 2 nam châm ở biên, giá trị từ trường nhỏ hơn hai đầu của hệ nam châm Tuy nhiên, độ chênh lệch về giá trị độ lớn từ trường trong vùng này không lớn như đối với trường hợp khảo sát 1 nam châm - Tăng khoảng cách giữa vị trí đo đạc với bề mặt nam châm, ta thấy sự chênh lệch độ lớn từ trường của các vị trí càng giảm Vì lúc này, từ trường tại từng vị... điểm độ lớn cảm ứng từ do nam châm sinh ra - Ghép 4 nam châm lại với nhau tạo thành một nam châm lớn: khảo sát từ trường của các vị trí trên nam châm ở các khoảng cách khác nhau Từ kết quả thu được, trả lời cho câu hỏi: “Có thể sử dụng các nam châm ghép lại để tạo thành một nam châm kích thước lớn và có độ lớn cảm ứng từ đồng nhất hay không?” 2.1.2 Cách thực hiện 15 - Bước 1: Dùng giấy có kẻ ô li... này, từ trường tại từng vị trí là tổng hợp từ trường do các nam châm khác nhau sinh ra Như vậy, ta có thể sử dụng các nam châm nhỏ ghép lại để tạo thành một nam châm lớn, và sử dụng phần từ trường ở khoảng giữa của nam châm phục vụ mục đích nghiên cứu  Trong thực tế, mỗi nam châm khác nhau có cường độ từ trường khác nhau Do đó, để có một dãy các nam châm có từ trường tương đối đều nhau, thì khi tiến... thể hiện các giá trị từ trường tại các vị trí của nam châm 18 + Trục hoành thể hiện các vị trí của nam châm mà ta đã đánh số thứ tự + Từng đường trên đồ thị thể hiện số liệu theo từng hàng ta khảo sát 2.1.4 Nhận xét  Đối với 1 nam châm, ở vị trí có độ cao cách nam châm 5mm - Giá trị từ trường của các vị trí khác nhau của nam châm chênh lệch nhau khá lớn - Ở vùng trung tâm của nam châm từ trường lớn, ... Nghiên cứu, chế tạo đệm từ trường dùng cho thí nghiệm bảo toàn động lượng với mục đích đặt chế tạo đệm từ trường từ nam châm vĩnh cửu nhằm bổ sung thêm đồ dùng cho việc thực thí nghiệm bảo toàn. .. chứng thí nghiệm bảo toàn động lượng Tuy nhiên, sử dụng thí nghiệm bảo toàn động lượng để đánh giá chất lượng hệ thống thông qua thí nghiệm va chạm đàn hồi xe 4.1 Cách bố trí dụng cụ thí nghiệm. .. đệm từ Nếu chế tạo thành công hệ thống đệm từ trường từ nam châm vĩnh cửu (có thể đạt đặc điểm giống mô hình tàu chạy đệm từ) sử dụng hệ thống đệm từ phục vụ thí nghiệm định luật bảo toàn động lượng