Đệm từ trường: Luận văn nghiên cứu, chế tạo cho thí nghiệm bảo toàn động lượng Vật lí

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.

1 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.

2 LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS. Nguyễn

Lâm Duy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm đề tài tốt

nghiệp này.

Để hoàn thành đề tài khóa luận này, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình từ

các thầy cô trong khoa Vật Lý. Tôi chân thành cảm ơn các thầy cô quản lý các

phòng thí nghiệm: “Vật lý đại cương nâng cao” và “Vô tuyến điện” đã tạo điều kiện

thuận lợi để tôi sử dụng các thiết bị thí nghiệm cũng như phòng thí nghiệm trong

suốt thời gian thực hiện đề tài.

Cuối cùng, cho tôi gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Vật Lý và các bạn bè đã tạo

mọi điều kiện tốt nhất, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận của mình.

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên không thể tránh khỏi các thiếu sót. Kính

mong nhận được góp ý từ quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

3 Mục lục

Trang bìa phụ .............................................................................................................. 1

Lời cảm ơn .................................................................................................................. 2

Mục lục ........................................................................................................................ 3

Lời mở đầu .................................................................................................................. 6

Chương 1: Cơ sở lý thuyết .......................................................................................... 9

1.1 Cơ sở lý thuyết chính ........................................................................................ 9

1.2 Một số mô hình tham khảo ............................................................................. 10

Chương 2: Các bước chuẩn bị cho quá trình chế tạo thực nghiệm ........................... 14

2.1 Khảo sát từ phổ của nam châm ....................................................................... 14

2.1.1 Mục đích .................................................................................................. 14

2.1.2 Cách thực hiện ......................................................................................... 14

2.1.3 Kết quả thu được ..................................................................................... 16

2.1.4 Nhận xét................................................................................................... 18

2.2 Nghiên cứu tương tác giữa ray và xe trượt ..................................................... 19

2.2.1 Mục đích .................................................................................................. 19

2.2.2 Cách tiến hành và kết quả thu được ........................................................ 19

2.2.2.1 Mô tả cách khảo sát .......................................................................... 19

2.2.2.2 Kết quả thu được .............................................................................. 20

2.2.2.3 Nhận xét ........................................................................................... 20

Chương 3: Các cấu hình đã nghiên cứu .................................................................... 22

3.1 Cấu hình 1 ....................................................................................................... 22

3.1.1 Nghiên cứu lý thuyết ............................................................................... 22

3.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm ......................................................................... 24

4

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 2 ....................................................................................................... 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 quả sau khi lắp ráp ..................................................................... 36

3.2.3 Đánh giá quá trình nâng của hệ thống ..................................................... 39

3.2.3.1 Khảo sát vận tốc chuyển động của xe .............................................. 39

3.2.2.2 Khảo sát độ lớn lực ma sát trong quá trình

chuyển động của xe trên ray ............................................................ 44

3.2.4 Đánh giá bước đầu về chất lượng hoạt động của hệ thống

đệm từ trường nghiên cứu ........................................................................ 48

Chương 4: Thử nghiệm ban đầu cho thí nghiệm về bảo toàn động lượng ............... 49

4.1 Cách bố trí thí nghiệm .................................................................................... 49

4.2 Cách tiến hành ................................................................................................ 49

4.3 Kết quả thu được ............................................................................................. 50

4.4 Nhận xét .......................................................................................................... 50

4.4.1 Theo lý thuyết ..................................................................................... 50

4.4.2 Thực nghiệm ....................................................................................... 51

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài ......................................................... 53

5.1 Kết luận ........................................................................................................... 53

5.1.1 Đối với cấu hình 1 ................................................................................... 53

5

5.1.2 Đối với cấu hình 2 ................................................................................... 53

5.2 Hướng phát triển ............................................................................................. 54

Phụ lục 1: Tàu chạy trên đệm từ ............................................................................... 55

Phụ lục 2: Bảng số liệu khảo sát độ lớn từ trường của một nam châm ..................... 58

Phụ lục 3: Bảng số liệu khảo sát độ lớn từ trường của 4 nam châm

(cách bề mặt nam châm 1,5cm) ................................................................ 59

Phụ lục 4: Bảng số liệu khảo sát độ lớn từ trường của 4 nam châm

(cách bề mặt nam châm 2cm) ................................................................... 61

Tài liệu tham khảo ..................................................................................................... 63

6 LỜI MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài.

Hiện nay, trong lĩnh vực đồ dùng thí nghiệm cho trường THPT tại Việt Nam tuy đã

được chú trọng đầu tư nhiều nhưng vẫn còn hạn chế về chủng loại và chất lượng.

Nhất là tại các vùng cao, vùng hẻo lánh thì việc đầu tư cho các bộ dụng cụ thí

nghiệm càng khó khăn hơn (kinh phí, điều kiện sử dụng,…). Ví dụ như đối với bài

thí nghiệm về định luật bảo toàn động lượng chẳng hạn, phổ biến hiện nay chúng ta

có bộ đệm không khí nhưng bộ này phải cần sử dụng điện năng, thiết bị hơi cồng

kềnh khó chuyên chở, có nhiều tiếng ồn trong quá trình sử dụng,… nên khó có thể

dùng bộ thí nghiệm đệm không khí để phục vụ các trường còn hạn chế về điều kiện

giảng dạy.

Mặc khác, hiện tượng hút đẩy của các nam châm đã được chúng ta biết từ lâu. Ở

nhiều nước trên thế giới, người ta đã chế tạo thành công và đưa vào sử dụng tàu

chạy trên đệm từ trường dựa trên nguyên tắc hút đẩy của các nam châm. Tàu đệm

từ sử dụng kỹ thuật nâng bằng lực từ thông qua sự tương tác giữa tàu và đường ray.

Do đó, không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa đường ray và tàu, nên chỉ có lực ma

sát giữa con tàu và không khí. Lực ma sát này nhỏ so với trường hợp tàu chạy trên

đường ray thường [2]. Lấy ý tưởng từ tàu chạy trên đệm từ, tôi muốn thử tiến hành

nghiên cứu chế tạo bộ đệm từ nhưng sử dụng vật liệu tạo ra từ trường là nam châm

vĩnh cửu thay vì nam châm điện của tàu đệm từ.

Nếu như chế tạo thành công hệ thống đệm từ trường từ các nam châm vĩnh cửu (có

thể đạt được những đặc điểm giống như mô hình tàu chạy trên đệm từ) thì chúng ta

có thể sử dụng hệ thống đệm từ này phục vụ các thí nghiệm về định luật bảo toàn

động lượng. Với những ưu điểm của đệm từ chế tạo từ các nam châm vĩnh cửu như

không cần sử dụng điện năng, không gây tiếng ồn, có thể kết nối những thanh nam

châm riêng rẽ thành hệ thống dài hơn một cách dễ dàng,… sẽ làm cho việc chế tạo

và ứng dụng đệm từ để đưa vào sử dụng có ý nghĩa lớn. Chính vì những lý do trên,

tôi chọn đề tài “Nghiên cứu, chế tạo đệm từ trường dùng cho các thí nghiệm bảo

7

toàn động lượng” với mục đích đặt ra là chế tạo đệm từ trường từ các nam châm

vĩnh cửu nhằm bổ sung thêm một bộ đồ dùng nữa cho việc thực hiện các thí nghiệm

về bảo toàn động lượng trong chương trình vật lý THPT.

Việc chế tạo đệm từ trường từ nam châm vĩnh cửu, trước đây, người ta đã tiến hành

nghiên cứu và đã cho ra nhiều sản phẩm. Nhưng hầu hết các sản phẩm này đều có

chung một cách bố trí nam châm trên hệ thống ray và xe (sẽ được trình bày rõ hơn

trong bài). Hạn chế chung của các sản phẩm này là xe đều bị tựa vào một bên thành

ray khi chuyển động. Vì vậy, ở đề tài này, tôi tiếp tục tiến hành nghiên cứu về đệm

từ trường từ nam châm vĩnh cửu với mục đích tìm ra một cấu hình khác, có thể khắc

phục được hạn chế mà các sản phẩm đã đưa ra mắc phải, để có thể dùng bộ dụng cụ

này vào phục vụ dạy học.

Phƣơng pháp nghiên cứu.

Do đề tài này 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 hiện có. - Chế tạo và đo đạc thực nghiệm.

Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.

- Khảo sát từ phổ của một nam châm và các nam châm ghép với nhau.

- Nghiên cứu tương tác lực từ giữa các nam châm.

- Nghiên cứu cấu hình lắp đặt hệ thống các nam châm.

- Gia công cơ khí, lắp ráp hệ thống đệm từ trường và xe trượt.

- Thử nghiệm ban đầu cho thí nghiệm về bảo toàn động lượng.

Những nội dung chính đƣợc trình bày trong báo cáo này.

 Chương 1: Cơ sở lý thuyết.

Phần này tôi sẽ trình bày:

- Những cơ sở lý thuyết về nam châm và đặc điểm từ trường của nam châm.

8

- Một số mô hình về đệm từ trường đã được nghiên cứu.

 Chương 2: Các bước chuẩn bị cho quá trình chế tạo thực nghiệm.

Phần này sẽ trình bày mục đích, phương pháp và kết quả khi tiến hành hai bước

trong quá trình chuẩn bị:

- Khảo sát từ phổ của nam châm với các hình dạng khác nhau.

- Nghiên cứu tương tác lực từ giữa ray và xe trượt.

 Chương 3: Các cấu hình hệ thống đệm từ trường nghiên cứu.

Phần này sẽ trình bày quá trình nghiên cứu, các bước chuẩn bị cũng như kết quả

thực tế thu được của từng cấu hình.

 Chương 4: Thử nghiệm ban đầu cho các thí nghiệm bảo toàn động lượng.

 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

9 CHƢƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trong chương này, phần đầu tiên, tôi xin trình bày về những cơ sở lý thuyết được

sử dụng trực tiếp để phục vụ nghiên cứu đề tài như: các đặc điểm cấu tạo của nam

châm vĩnh cửu; hình dạng từ phổ của từng loại nam châm; sự tương tác giữa các

cực của nam châm. Ngoài ra, để thực hiện đề tài nghiên cứu này, tôi có tham khảo

một số tài liệu về mô hình tàu chạy trên đệm từ đã được nghiên cứu và lắp ráp. Nên

trong phần tiếp theo, tôi xin trình bày một số cấu hình mà tôi đã tìm hiểu. Đây chính

là những cơ sở rất quan trọng để tôi bắt đầu quá trình nghiên cứu của mình, sẽ được

trình bày ở chương sau.

1.1 Cơ sở lý thuyết chính.

- Nam châm vĩnh cửu được cấu tạo từ các vật liệu từ cứng có khả năng giữ từ

tính.

- Bất cứ một thanh nam châm nào cũng có hai cực Bắc và Nam, có nghĩa là

bất cứ thanh nam châm nào cũng là lưỡng cực từ.

- Không gian xung quanh nam châm tồn tại từ trường. Để đặc trưng cho từ

trường về mặt hình học, chúng ta sử dụng khái niệm đường sức từ. Sau đây

là một số dạng từ phổ của nam châm thẳng và nam châm hình chữ U.

Hình 1.1 Đường sức từ của nam châm vĩnh cửu thẳng.

10

Hình 1.2 Đường sức từ của nam châm vĩnh cửu hình chữ U.

Dựa vào hình dạng đường sức từ của hệ các nam châm, ta có thể xác định một cách

định tính lực tương tác giữa chúng:

- Các đường sức của các nam châm đẩy nhau tương ứng với lực đẩy giữa

chúng (hình 1.3a).

- Các đường sức của các nam châm kết nối lẫn nhau tương ứng với lực hút

giữa chúng (hình 1.3b).

a. Hai nam châm cùng cực thì đẩy nhau. b. Hai nam châm khác cực thì hút nhau.

Hình 1.3 Lực tương tác giữa các nam châm thông qua hình ảnh đường sức từ.

1.2 Một số mô hình tham khảo.

Hầu hết các sản phẩm đệm từ trường chế tạo từ nam châm vĩnh cữu đã được lắp ráp

hiện nay đều có chung một cấu hình: hệ thống ray gồm 2 hàng nam châm đặt song

song với nhau, trên xe được gắn các nam châm trực diện với nam châm trên ray.

Lúc này, xe sẽ chịu tác dụng của hai lực đẩy thẳng đứng hướng lên như hình 1.4.

11 𝐹 34

𝐹 12

2

4

3

1

Hình 1.4 Phác họa hệ thống nam 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 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, phương pháp tiến hành 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. Ngoài ra, việc nghiên cứu lực tương tác giữa các

nam châm sẽ cho giúp ta tính toán được khối lượng tối đa của xe trong từng cấu

hình cụ thể.

2.1 Khảo sát từ phổ của nam châm.

Chọn vật liệu chính để làm hệ thống ray là nam châm đen (2,5cmx6cmx1cm). Do

đó, tôi tiến hành khảo sát từ phổ đối với nam châm loại này.

2.1.1 Mục đích.

- Khảo sát độ lớn từ trường tại các vị trí khác nhau trên bề mặt của một nam

châm. Từ đó đưa ra nhận xét về đặc 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 bọc nam châm để dễ dàng xác định từng vị trí

trên nam châm. Trên bề mặt nam châm được đánh số thứ tự từ trái qua phải;

được đánh số thứ tự hàng từ trên xuống dưới như hình 2.1.

1 2 m Hàng1

Hàng n

Hình 2.1 Sơ đồ xác định vị trí khảo sát bề mặt nam châm.

- Bước 2: Dùng máy đo từ trường để xác định giá trị cảm ứng từ ở từng vị

trí trên nam châm theo các khoảng cách khác nhau. Để xác định chính xác

từng vị trí, ta dùng đèn rọi vào nam châm. Vị trí bóng của đầu dò sensor cho

phép ta xác định chính xác vị trí cần đo.

+ Khảo sát từ trường tại các vị trí trên một nam châm khi đặt đầu dò cách bề

mặt nam châm 5mm. Mỗi vị trí khảo sát cách nhau 2mm. Do đó, một hàng

trên bề mặt nam châm sẽ có 30 vị trí khảo sát.

+ Ghép 4 nam châm lại tạo thành một nam châm lớn. Khảo sát từ trường tại

các vị trí trên một nam châm khi đặt đầu dò cách bề mặt nam châm 1,5cm và

2cm. Mỗi vị trí khảo sát cách nhau 4mm. Do đó, một hàng trên bề mặt của 4

nam châm ghép lại sẽ có 63 vị trí khảo sát.

- Bước 3: Xử lý số liệu và nhận xét kết quả thu được.

16

Hình 2.2 Cách bố trí dụng cụ đo cường độ từ trường của 4 nam châm ghép sát.

2.1.3 Kết quả thu đƣợc.

í r t ị

Hàng 1

v c á c

i

Hàng 2

Hàng 3

) T m

(

Hàng 4

ạ t g n ờ ư r t

Hàng 5

ừ

Hàng 6

t n ớ

l

Hàng 7

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

-10

ộ Đ

-20

Thứ tự vị trí khảo sát trên một hàng

Hình 2.3 Đồ thị thể hiện giá trị từ trường của 1 nam châm tại các vị trí khác nhau,

ở khoảng cách 5mm so với bề mặt nam châm.

17 í r t ị

Hàng 1

v c á c

i

Hàng 2

Hàng 3

) T m

(

Hàng 4

ạ t g n ờ ư r t

ừ

Hàng 5

t n ớ

Hàng 6

l

Hàng 7

ộ Đ

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 Thứ tự vị trí khảo sát trên một hàng

Hình 2.4 Đồ thị thể hiện giá trị từ trường của 4 nam châm ghép lại tại các vị trí khác

nhau, ở khoảng cách 1,5cm so với bề mặt nam châm.

í r t ị

Hàng 1

v c á c

i

Hàng 2

Hàng 3

) T m

(

Hàng 4

ạ t g n ờ ư r t

ừ

Hàng 5

t n ớ

Hàng 6

l

Hàng 7

ộ Đ

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 Thứ tự vị trí khảo sát trên một hàng

Hình 2.5 Đồ thị thể hiện giá trị từ trường của 4 nam châm ghép lại tại các vị trí khác

nhau, ở khoảng cách 2cm so với bề mặt nam châm.

Ghi chú: Trên đồ thị.

+ Trục tung 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, giảm dần về hai bên rìa.

- Trên cùng một bề mặt của nam châm, cực nam châm không thống nhất tại

một số vị trí.

 Khi ghép nhiều nam châm lại với nhau (4 nam 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 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 hành lắp ráp mô hình cần đo 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 cụ khảo sát giá trị từ trường tại điểm giữa của nam châm.

2.2 Nghiên cứu tƣơng tác lực từ giữa ray và xe trƣợt.

2.2.1 Mục đích.

Xác định giá trị lực đẩy lớn nhất mà hai nam châm có thể tạo ra khi hai nam châm

đặt trực diện với nhau. Từ đó, chúng ta có thể tính toán được khối lượng tối đa của

xe mà hệ thống ray có thể nâng ứng với từng cấu hình cụ thể nghiên cứu.

2.2.2 Cách tiến hành và kết quả thu đƣợc.

Chọn vật liệu chính để làm hệ thống ray là nam châm đen (2,5cmx6cmx1cm). Xe

trượt có thể sử dụng các nam châm cùng loại. Do đó, để nghiên cứu tương tác lực từ

giữa ray và xe trượt, ta đặt nam châm sẽ dùng trên xe trực diện với nam châm đen

của ray, rồi cho chúng cách nhau một khoảng nhất định để khảo sát lực tương tác.

2.2.2.1 Mô tả cách khảo sát.

- Dùng cân điện tử để cân khối lượng nam châm đen lớn (2,5cmx2cmx1cm) là

m1.

- Đặt nam châm cần khảo sát ở các vị trí có các khoảng cách khác nhau so với

bề mặt nam châm đen (đảm bảo sao cho chúng trực diện với nhau và 2 mặt

đối diện nhau phải cùng cực).

20

- Đọc số chỉ của cân (chính là khối lượng biểu kiến của nam châm đen) là m2.

- Tính hiệu m1-m2; tính lực tương tác bằng biểu thức:

m/s2, gọi là gia tốc trọng trường). (m1-m2).g ; (với

2.2.2.2 Kết quả thu đƣợc sau khi khảo sát.

Sau khi tiến hành khảo sát với các loại nam châm khác nhau, ở các khoảng cách so

với bề mặt nam châm đen lớn, ta thu được số liệu mô tả trong bảng 1.

Bảng 1: Khảo sát độ lớn lực tương tác giữa nam châm đen (2,5cmx6cmx1cm) với

một số loại nam châm (đơn vị N).

Tròn đen

0,055N

0,097N

0,145N

0,237N

(d=2cm)

Tròn trắng

0,145N

0,242N

0,371N

0,541N

(d=2cm)

Tròn trắng

0.254N

0,406N

0,595N

0,77N

(d=3cm)

Đen vuông

0,057N

0,110N

0,186N

0,332N

(2,5cmx2cmx0,1cm)

vuông

lớn

0,610N

Đen (2,5cmx6cmx1cm)

Khoảng cách 4cm 3cm 2cm 1cm

2.2.2.3 Nhận xét.

- Lực tương tác giữa nam châm đen (2,5cmx6cmx1cm ) và nam châm cùng

loại là lớn nhất.

- Lực tương tác giữa nam châm đen (2,5cmx6cmx1cm) và nam châm tròn đen

có đường kính d=2cm là nhỏ nhất.

21

- Tùy theo cấu hình bố trí hệ thống nam châm trên ray và xe mà ta sẽ tính toán

lực nâng cần thiết, sau đó 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

được, luôn bị hút về một phía ray. Qua nhiều phương án khác nhau: thay thế các

loại nam châm trên xe khác nhau, hạ trọng tâm xe,.. tôi đều thu được hiện tượng

như trên. Từ đó, tôi rút ra hạn chế của cấu hình này là 2 nam châm trên xe và ray

không thể đặt trưc diện với nhau được như lý thuyết đưa ra. Từ hạn chế của mô hình

1, tôi tiếp tục nghiên cứu theo hướng thay đổi cấu hình của hệ thống nam châm và

đã chế tạo thành công hệ thống đệm từ 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 lăng trụ tam giác vuông cân; xe là một mô hình tam giác đồng

dạng với hệ thống ray, trên 2 mặt bên của xe của xe cũng được gắn các nam châm

cùng cực với nam châm trên ray.

23 𝐹 21

𝐹 31

Hình 3.2 Phác họa hệ thống nam châm của cấu hình 1.

Theo cấu hình trên, xe chịu tác dụng của 2 lực đẩy , và trọng lực của xe. ,

tạo với nhau một góc vuông và mỗi vectơ tạo với phương thẳng đứng góc .

𝐹

𝐹 31

𝐹 21𝑦

𝐹 21

Ox

𝐹 21𝑥

𝐹 31𝑥

Hình 3.3 Phân tích lực đẩy tác dụng lên xe.

24

Giả sử từ trường của hai hàng ray là giống nhau, khi đó = .

Chiếu 2 lực lên trục Ox, Oy.

Ox: ;

Oy:

Thành phần lực theo phương ngang bị triệt tiêu, chỉ còn lại thành phần lực theo

phương thẳng đứng làm nâng xe.

3.1.2 Nghiên cứu thực nghiệm.

3.1.2.1 Các bƣớc tiến hành.

 Bƣớc 1: Chuẩn bị vật liệu.

- Xe: 2 miếng mica (10cmx8cm).

- Ray: 2 miếng mica (10cmx30cm).

- Nam châm các loại: nam châm đen khối (2,5cmx6cmx1cm); nam châm tròn

đen (d=2cm); nam châm tròn trắng với các kích thước d=1cm, d=2cm,

d=3cm.

 Bƣớc 2: Lựa chọn nam châm phù hợp cho cấu hình trên.

Trong bước này, đầu tiên tôi khảo sát khối lượng của từng loại nam châm. Sau đó,

tôi tính toán khối lượng của xe, lực đẩy của của hệ thống đối với xe ứng với mỗi

loại và số lượng nam châm khác nhau. Cuối cùng, dựa trên những thông tin trên, tôi

đưa ra phương án sử dụng nam châm nào cho xe là hợp lý: tổng lực nâng theo

phương thẳng đứng lớn hơn trọng lực của xe.

Dùng cân điện tử để khảo sát khối lượng nam châm và thu được bảng số liệu 2.

25

 Bảng 2. Khối lựợng của mỗi viên nam châm và xe.

Khối lượng (g). 109,00 6,03 10,52 4,34 9,16 10,63

Xe Nam châm tròn trắng (d=2cm) Nam châm tròn trắng (d=3cm) Nam châm tròn đen (d=2cm) Nam châm đen vuông (2cmx2,5cm) Nam châm đen lớn (2,5cmx6cmx1cm)

Giả sử xe được nâng lên cách ray 1cm, khi đó độ lớn trọng lượng của xe, giá trị

, giá trị lực đẩy tổng hợp tác dụng lên xe được thể hiện trong bảng 3.

 Bảng 3. Các thông số của cấu hình ứng với từng trường hợp sử dụng nam

châm khác nhau.

Số lượng nam châm trên xe Trọng lượng của xe

4 viên 1,33N 1.08N 1.53N

8viên 1,44N 0,94N 1,33N

8 viên 1,82N 1.33N 1,88N Loại nam châm trên xe Tròn trắng (d=2cm) Tròn đen (d=2cm) Nam châm đen vuông (2cmx2,5cm)

Sau khi so sánh trọng lượng của xe và độ lớn lực đẩy, tôi thấy có thể sử dụng nam

châm trắng (d=2cm) và nam châm đen vuông (2cmx2,5cm). Tuy nhiên, giá thành

của nam châm trắng cao. Do đó, tôi dùng nam châm đen vuông (2cmx2,5cm) để lắp

ráp trên xe.

 Bƣớc 3: Lắp ráp.

3.1.2.2 Khảo sát mô hình.

 Vật liệu.

26

- Xe: trên mỗi bên của xe có gắn 4 nam châm đen vuông (2cmx2,5cm) tạo

thành một hàng. Bố trí sao cho hai hàng nam châm trên xe đối xứng nhau

qua trục của xe.

- Hệ thống ray: gồm 2 hàng nam châm đen lớn (2,5cmx6cmx1cm) cũng được

bố trí sao cho đối xứng nhau qua trục của hệ thống.

 Kết quả sau khi lắp ráp.

Hình 3.4 Hàng ray mô hình 1.

Hình 3.5 Hệ thống ray và xe của mô hình 1.

27

Hình 3.6 Xe bị hút lệch về một bên hàng ray.

 Hiện tƣợng quan sát đƣợc.

- Xe không nổi được trên hệ thống ray mà bị hút lệch sang một bên ray.

- Nếu dùng tay tác dụng lên xe một lực hướng xuống, ta thấy xe chịu một lực

nâng tổng hợp lớn.

 Nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng trên.

Ta có thể coi cơ chế xe nổi trên đệm từ như cơ chế vật nổi chịu tác dụng của hai

và

lực: trọng lực và lực nâng. Khi đó, xe sẽ chịu tác dụng của hai lực: trọng lượng của

xe có điểm đặt tại khối tâm xe và lực đẩy có điểm đặt tại giao điểm của .

Ta có:

- Xe ở trạng thái cân bằng khi: lực đẩy và trọng lực cân bằng với nhau.

- Xe sẽ có xu hướng quay khi khối tâm ở vị trí cao hơn điểm đặt của lực đẩy.

- Xe có khối tâm đặt càng thấp thì xe càng được cân bằng bền.

28 𝐹

𝑃

b. c.

𝑃 a.

và

Hình 3.7: Các trạng thái của vật: (a) vật đang ở vị trí cân bằng; (b) vật có xu hướng

không trùng nhau; (c) vật ở vị trí cân bằng bền.

xoay nếu giá của lực

Trên thực tế, lực đẩy và có độ lớn khác nhau vì từ trường do nam châm trên

hai ray không giống nhau. Do đó, giá của véctơ trọng lực và giá của véctơ lực đẩy

tổng hợp không trùng nhau. Chính vì vậy, moment của trọng lực và moment lực

nâng tổng hợp sẽ không triệt tiêu nên sẽ có hiện tượng xe bị quay dẫn đến các nam

châm trên xe và ray không còn ở vị trí trực đối nữa.

 Phƣơng hƣớng điều chỉnh.

 Cách 1: Hạ thấp khối tâm của xe bằng cách gia trọng thêm túi cát hai

bên xe (tức là tăng thêm khối lượng cho xe).

Kết quả sau khi điều chỉnh.

Vẫn còn hiện tượng xe bị hút lệch về một bên của hàng ray, xe không nổi được trên

hệ thống.

29

Hình 3.8 Xe bị hút lệch về một phía ray sau khi tinh chỉnh.

 Cách 2: Gắn mỗi bên xe 1 viên nam châm đen (2,5cmx6cmx1cm) đặt

sao cho vuông góc với hàng nam châm trên ray.

Mục đích:

- Tăng khối lượng của xe để hạ thấp khối tâm của xe.

- Bố trí nam châm trên xe vuông góc với nam châm trên ray để đảm bảo:

 Nam châm trên xe luôn được đặt trực diện với nam châm trên ray.

 Lực nâng có giá trị gần bằng trường hợp sử dụng nam châm vuông

nhỏ trên xe. Xét ở cùng khoảng cách 2cm so với bề mặt nam châm

đen (2,5cmx6cmx1cm), khi đặt nam châm

(2,5cmx6cmx1cm) vuông góc với ray; khi sử dụng nam

châm vuông nhỏ trên xe.

30

Hình 3.9 Xe trong mô hình 2.

Hình 3.10 Xe không được nâng lên trên hệ thống ray.

Hiện tƣợng quan sát đƣợc: Xe không nâng lên được do lực nâng tổng

hợp nhỏ hơn trọng lượng của xe vì diện tích tiếp xúc đối nhau của 2 nam

châm nhỏ.

 Cách 3: Xoay nam châm trên xe theo các hƣớng khác nhau.

Mục đích: Tăng diện tích tiếp xúc đối nhau của 2 nam châm để tăng lực

nâng giữa ray và xe.

31

Hình 3.11 Nam châm được đặt theo phương nằm ngang trên xe.

Hình 3.12 Nam châm được đặt theo phương xiên trên xe.

Hiện tƣợng quan sát đƣợc: xe được đẩy lên nhưng bị hút lệch về một

bên ray.

32

Do đó, tôi chọn phương án đặt nam châm trên xe vuông góc với nam châm trên ray,

sau đó tôi sẽ tăng lực đẩy bằng cách thêm hàng nam châm song song với hàng nam

châm trên ray.

 Phƣơng án 1: Dùng nam châm lớn.

Bố trí mỗi bên của hệ thống ray 2 hàng nam châm song song nhau (hình 3.13). Trên

xe thì mỗi bên gắn 1 nam châm sao cho vuông góc với nam châm trên ray.

Hình 3.13 Hệ thống ray gồm 4 hàng nam châm.

 Hiện tƣợng quan sát đƣợc: Xe bị lệch do lực đẩy lớn (vì lúc này diện tích

tiếp xúc đối nhau của nam châm trên xe và ray được tăng lên gấp đôi so với

lúc chưa thêm hàng nam châm).

 Hƣớng giải quyết đƣợc đƣa ra:

Tăng khối lượng cho xe bằng cách gắn trên mỗi bên xe 2 nam châm.

33

Hình 3.14 Xe bị hút lệch về một bên ray sau khi chỉnh.

Kết quả: Xe không nổi được trên hệ thống ray và bị hút lệch về một phía của

ray (giống hiện tượng mô hình 1).

 Phƣơng án 2: Dùng các nam châm nhỏ.

Tăng lực nâng bằng cách sử dụng thêm hàng nam châm nhỏ đặt song song với hàng

nam châm trên ray. Tôi tiến hành khảo sát với từng loại nam châm khác nhau nhưng

kết quả thu được xe không được nâng lên. Nếu dùng tay tác động (nhấc nhẹ) vào xe

thì xe có xu hướng bị lật và bị hút về một bên của ray.

Ngoài ra, tôi thử thay đổi các vị trí khác nhau của nam châm trên xe nhưng hiện

tượng quan sát được đó là không đủ lực đẩy để nâng xe lên hoặc xe được đẩy lên

nhưng bị lệch về một bên.

3.1.2.3 Nhận xét.

Từ việc khảo sát thực tế các mô hình trên, tôi nhận thấy rằng cấu hình 1 có nhiều hạn chế.

- Thiếu lực kéo về khi xe bị lật.

- Các nam châm không thể nằm trực diện với nhau được. Trên cùng một mặt

cực của nam châm, từ trường không đồng nhất tại mọi điểm nên khi đặt 2

nam châm trực diện nhau thì đó là vị trí cân bằng không bền. Do đó, chỉ cần

34

nam châm trên xe thay đổi vị trí thì tương tác giữa nam châm trên xe và ray

không còn là lực đẩy nữa mà trở thành lực hút.

Hình 3.15 Vị trí trực diện của hai nam châm là vị trí cân bằng không bền.

Kết luận: Ta không thể chế tạo đệm từ trường theo cấu hình 1 được với điều kiện hiện có.

3.2 Cấu hình 2.

3.2.1 Nghiên cứu lý thuyết.

Cấu hình này gồm: hai thanh ray nam châm chạy song song nhau và xe có có gắn

nam châm được bố trí như hình 3.15.

Hình 3.15 Phác họa hệ thống nam châm của cấu hình 2.

35

Từ việc biểu diễn các đường sức từ của nam châm, ta có thể xác định một cách định

tính lực tương tác giữa nam châm trên xe với các nam châm trên ray.

Cụ thể đối với cấu hình này, các đường sức từ của nam châm trên xe và ray có xu

hướng đẩy nhau và xếp chồng lên nhau. Do đó, giữa nam châm trên xe và ray sẽ

xuất hiện lực tương tác có phương như hình 3.16.

𝐹 21

𝐹 31

Hình 3.16 Mô tả lực tương tác giữa ray và xe.

Theo cấu hình này, xe sẽ chịu tác dụng của hai lực nâng và (như hình 3.16).

Ta phân tích 2 lực , thành các thành phần trên phương Ox và Oy tương tự

như hình 3.3.

Đối với cấu hình 2, ta cũng giả sử từ trường của hai hàng ray là giống nhau, khi đó

= .

Chiếu 2 lực lên trục Ox, Oy.

Ox: .

Oy: .

Thành phần lực theo phương ngang bị triệt tiêu, chỉ còn lại thành phần lực theo

phương thẳng đứng làm nâng xe.

3.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm.

36

3.2.2.1 Các bƣớc tiến hành.

-Bước 1: Chuẩn bị vật liệu gồm: 2 xe gỗ, nam châm, bàn gỗ, 2 thanh gỗ làm ray, lò xo.

-Bước 2: Lắp ráp và điều chỉnh hệ thống.

3.2.2.2 Kết quả sau khi lắp ráp.

Hình 3.17 Hàng ray từ.

Hình 3.18 Xe nổi trên hệ thống ray từ.

37

Hình 3.19 Hai xe nổi trên hệ thống ray từ.

Hình 3.20 Xe nổi trên ray nhưng tựa vào một bên ray.

 Hiện tƣợng quan sát đƣợc.

- Xe được nâng lên bởi hệ thống 2 đường ray nhưng xe tựa vào một trong hai

bên thành của ray. Do đó, khi xe chuyển động thì vẫn tồn tại ma sát trượt

giữa xe và thành ray.

- Trong quá trình chuyển động, tại một số vị trí xe bị dao động.

- Khi xe chuyển động nhanh trên ray lực ma sát tác dụng lên xe có xu hướng ít

hơn so với trường hợp xe chuyển động chậm.

38

 Giải thích hiện tƣợng xe chuyển động tựa vào thành của ray và hƣớng

khắc phục.

 Xe chuyển động tựa vào thành của ray.

Nguyên nhân.

- Từ trường của các nam châm không giống nhau. Mặc dù ta đã lựa chọn nam

châm trên cùng một ray có độ lớn cường độ từ trường gần bằng nhau nhưng

từ trường do các nam châm ghép lại trên một ray không đều.

- Do hạn chế về số lượng nam châm có độ lớn từ trường gần bằng nhau nên

các nam châm trên hai thanh ray có hai giá trị khác nhau (một ray gồm

những nam châm có giá trị từ trường gần 11,6mT; ray còn lại gồm các nam

châm có giá trị từ trường gần 12,4mT). Từ trường của 2 hàng ray không

giống nhau dẫn đến độ lớn các lực đẩy và tác dụng lên xe khác nhau.

Do đó, thành phần lực theo phương Ox không được triệt tiêu nên xe thường

bị lệch về phía thanh ray có từ trường yếu hơn.

Phƣơng hƣớng khắc phục.

Tinh chỉnh bằng các nam châm dẻo gắn hai bên xe. Các nam châm dẻo này đặt sao

cho cùng cực với cực nam châm trên ray. Mục đích, nhờ tính chất đẩy của hai nam

châm cùng cực để xe có thể nằm trong khoảng giữa hai ray.

Kết quả sau khi tinh chỉnh.

Không khắc phục được hoàn toàn hiện tượng xe tựa vào thành ray. Ta chỉ tinh chỉnh

để xe nổi đều trên hệ thống và làm giảm sự dao động của xe. Do đó, cần làm chuyển

động của xe trơn hơn bằng cách thêm thanh mica vào hàng ray.

 Giải thích hiện tƣợng khi xe chuyển động nhanh, lực ma sát tác dụng lên

xe ít hơn so với khi xe chuyển động chậm.

Cấu tạo xe gồm một miếng gỗ hình hộp chữ nhật, trên xe có gắn 2 nam châm. Nam

châm bản chất cũng là khối kim loại. Do đó, khi nam châm chuyển động trong từ

trường do hai hàng ray sinh ra thì trong nam châm sẽ xuất hiện những dòng điện

39

xoáy. Theo định luật Lentz thì dòng điện này có chiều chống lại từ trường thay đổi

do nam châm chuyển động. Vì vậy, khi nam châm chuyển động trong từ trường thì

sẽ chịu thêm một lực cản do dòng điện cảm ứng sinh ra và ta gọi đó là lực cản của

từ trường (lực cản từ).

Về mặt định tính, ta có thể hiểu được lực cản từ bằng cách xét từ thông khuếch tán

vào hệ thống ray (tức là từ trường tìm cách khuếch tán vào hệ thống ray).

Trong trường hợp xe chuyển động nhanh thì lúc này từ trường xuyên sâu vào nam

châm. Tức là, các đường sức từ của nam châm và của hệ thống ray không đan xen

sâu vào nhau. Do đó, lực cản từ nhỏ.

Còn trường hợp khi xe chuyển động chậm, vận tốc chuyển động của nam châm trên

xe nhỏ. Lúc này, các đường sức từ của nam châm và hệ thống ray sẽ đan sâu vào

nhau làm tăng mức cản trở chuyển động của xe trong từ trường.

3.2.3 Đánh giá quá trình nâng của hệ thống.

Để đánh giá hệ thống nâng tốt hay không, ta khảo sát vận tốc chuyển động của xe

trên ray có đều hay không, nếu không đều thì ta sẽ xác định vận tốc từng vị trí thay

đổi nhiều hay ít bằng cách tính vận tốc tại vị trí đang xét giảm bao nhiêu phần trăm

so với vận tốc ban đầu.

3.2.3.1 Khảo sát vận tốc chuyển động của xe.

 Phương pháp: sử dụng máy đo vận tốc Dopler xác định vận tốc của xe tại các

Đầu đo Dopler

vị trí trên quãng đường khảo sát.

Hình 3.21 Bố trí dụng cụ đo vận tốc của xe tại các vị trí.

40

 Khảo sát vận tốc đối với xe thứ nhất (xe không có gắn lò xo).

 Một kết quả khảo sát được.

lớn vận

tốc

Vị trí cách máy đo (m).

Độ (m/s).

Độ giảm tương đối của vận tốc (%).

Thứ tự các vị trí khảo sát.

0,630

0,707

0,587

0,694

1,75

0,552

0,672

4,87

0,521

0,652

7,75

0,488

0,639

9,64

0,456

0,626

11,40

0,425

0,620

12,31

0,394

0,612

13,45

0,364

0,601

15,01

0,334

0,590

16,49

0,306

0,590

16,52

0,275

0,584

17,31

0,247

0,568

19,53

0,219

0,549

22,27

Bảng 4: Số liệu khảo sát độ lớn vận tốc tại các vị trí trong quá trình chuyển động.

41

0,8

0,7

0,6

/

) s m

(

0,5

0,4

0,3

c ố t n ậ v n ớ

l

0,2

ộ Đ

0,1

8 Thứ tự vị trí khảo sát

Hình 3.22 Đồ thị thể hiện vận tốc của xe thứ nhất tại các vị trí trong

quá trình chuyển động.

 Nhận xét.

- Vận tốc chuyển động của xe thứ nhất trên quãng đường giảm dần.

- Vật chuyển động trên quãng đường dài 0,4m; vận tốc khi xe tại vị trí cuối

quãng đường giảm 22% so với vận tốc của xe tại vị trí bắt đầu xét. Từ đó, ta

thấy sự thay đổi vận tốc trên quãng đường còn lớn.

- Thực hiện phép đo vận tốc đối với xe thứ nhất nhiều lần, tôi đều thu được

hình dạng đường biểu diễn vận tốc theo các vị trí chuyển động của xe như

trường hợp trên.

 Khảo sát vận tốc đối với xe thứ hai (xe có gắn lò xo).

 Một kết quả khảo sát được.

42

Vị trí cách máy đo (m).

Độ lớn vận tốc (m/s).

Độ giảm tương đối của vận tốc (%).

Thứ tự các vị trí khảo sát.

0,694

0,579

0,665

0,581

-0,24

0,636

0,580

-0,10

0,607

0,583

-0,61

0,577

0,572

1,29

0,549

0,540

6,77

0,523

0,513

11,53

0,499

0,504

13,05

0,472

0,484

16,51

0,449

22,55

0,429

0,443

23,51

0,407

0,463

20,02

0,381

0,470

18,95

0,358

0,455

21,41

0,336

0,446

23,04

0,314

0,443

23,58

0,292

0,448

22,67

0,284

0,438

24,37

0,250

0,456

21,22

0,223

0,480

17,19

0,200

0,453

21,76

Bảng 5: Số liệu khảo sát độ lớn vận tốc tại các vị trí trong quá trình chuyển động.

43

0,8

0,7

/

0,6

) s m

(

0,5

0,4

0,3

c ố t n ậ v n ớ

l

0,2

ộ Đ

0,1

8 Thứ tự vị trí khảo sát

Hình 3.23 Đồ thị thể hiện vận tốc của xe thứ hai tại các vị trí trong

quá trình chuyển động.

 Nhận xét.

- Vận tốc chuyển động của xe thứ hai trên quãng đường cũng có xu hướng

giảm dần.

- Tại một số vị trí khảo sát, vận tốc của xe tăng rồi giảm.

Thực hiện phép đo vận tốc đối với xe thứ hai nhiều lần, tôi đều thu được hình dạng

đường biểu diễn vận tốc theo các vị trí chuyển động của xe như trường hợp trên.

 Một vài nguyên nhân khả dĩ làm vận tốc của vật giảm.

- Hệ thống vẫn tồn tại ma sát trượt trong quá trình xe chuyển động.

- Do hai ray có từ trường không đều nên xe luôn ở trạng thái không ổn định,

dao động quanh khối tâm trong quá trình chuyển động. Động năng cung cấp

ban đầu cho xe chuyển động sẽ chuyển hóa thành 2 phần: năng lượng cho xe

chuyển động tịnh tiến và năng lượng cho xe dao động. Do đó, vận tốc xe

giảm dần trong quá trình chuyển động.

- Mỗi xe đều được tinh chỉnh bằng một lượng nam châm dẻo ở hai bên xe

khác nhau. Các nam châm dẻo được bố trí sao cho cùng cực với nam châm

trên ray. Mà vị trí khi đặt 2 nam châm cùng cực trực diện là vị trí cân bằng

44

không bền (hình 3.24a). Trong quá trình chuyển động của xe, các nam châm

bị lệch khỏi vị trí cân bằng trên, lực tương tác giữa nam châm trên một bên

ray và nam châm dẻo trên xe sẽ có dạng như hình ( 3.24b). Lúc này xe sẽ

chịu thêm các lực và . Vì từ trường trên ray không đều nên tổng hợp 2

lực này không triệt tiêu nhau theo phương chuyển động của xe. Do đó, sẽ có

hiện tượng xe chuyển động lúc nhanh lúc chậm ở cả hai xe (nhưng rõ nhất là

ở xe thứ hai) và đây cũng là một trong những nguyên nhân làm xe dao động

trong quá trình chuyển động.

𝐹 1

𝐹

𝐹 2

a. Vị trí cân bằng không bền. b. Vị trí khi xe chuyển động.

Hình 3.24 Mô hình lực tương tác giữa nam châm tinh chỉnh và nam châm trên ray.

Từ việc khảo sát vận tốc của hai xe tại các vị trí, ta nhận thấy hệ thống đệm từ

trường còn tồn tại lực cản khá lớn.

3.2.3.2 Khảo sát độ lớn lực ma sát trong quá trình chuyển động

của xe trên ray.

 Phƣơng pháp.

- Cho ray nghiêng góc so với mặt phẳng nằm ngang sao cho xe chuyển động

với gia tốc là a.

- Dùng máy đo vận tốc Dopler để xác định gia tốc của xe.

45

- Xác định khối lượng của từng xe: . Lấy giá trị gia tốc trọng

trường g=9,8m/s2.

- Sử dụng công thức động lực học theo phương chuyển động:

để xác định giá trị của lực ma sát.

Độ lớn thành phần theo phương chuyển động của trọng lực là mgsin .

 Kết quả thu đƣợc.

Trƣờng hợp

Bảng 6: Số liệu khảo sát lực ma sát giữa xe thứ hai với hệ thống khi .

Độ lớn vận tốc (m/s). Giá trị gia tốc (m/s2). Giá trị lực ma sát (N).

Vị trí cách đo máy (m).

Tỷ lệ % giữa độ lớn lực ma sát và thành phần theo chuyển phương trọng động của lực.

0,406 0,402 0,397 0,392 0,386 0,379 0,373 0,367 0,36 0,353 0,347 0,34 0,332 0,324 0,317 0,308 0,3 0,293 0,285 0,083 0,091 0,1 0,112 0,121 0,125 0,129 0,132 0,134 0,135 0,138 0,146 0,151 0,154 0,159 0,161 0,157 0,153 0,154 0,108 0,164 0,197 0,186 0,134 0,09 0,067 0,052 0,046 0,06 0,095 0,109 0,089 0,072 0,047 -0,009 -0,044 -0,024 0,02 84,3 76,1 71,3 72,9 80,5 86,9 90,2 92,5 93,3 91,3 86,2 84,1 87 89,5 93,2 101,4 106,5 103,5 97,1 0,202 0,183 0,171 0,175 0,193 0,208 0,216 0,222 0,224 0,219 0,207 0,202 0,209 0,215 0,224 0,243 0,256 0,248 0,233

46

0,277 0,269 0,263 0,252 0,242 0,233 0,224 0,156 0,155 0,171 0,191 0,19 0,191 0,201 0,057 0,157 0,257 0,176 0,072 0,086 0,069 0,22 0,185 0,15 0,178 0,215 0,21 0,216 91,7 77,1 62,6 74,4 89,6 87,4 89,9

Trƣờng hợp

trị gia

tốc

Vị trí cách máy đo (m).

Độ lớn vận tốc (m/s).

Giá (m/s2).

Giá trị lực ma sát (N).

Tỷ lệ % giữa độ lớn lực ma sát và theo thành phần phương chuyển động của trọng lực.

Bảng 7: Số liệu khảo sát lực ma sát giữa xe thứ hai với hệ thống khi .

0,667 0,647 0,627 0,607 0,586 0,565 0,542 0,519 0,496 0,473 0,449 0,424 0,4 0,373 0,346 0,317 0,289 0,387 0,394 0,403 0,413 0,426 0,441 0,452 0,461 0,465 0,471 0,483 0,498 0,517 0,537 0,554 0,565 0,574 0,156 0,172 0,196 0,233 0,26 0,244 0,201 0,148 0,13 0,185 0,263 0,329 0,369 0,346 0,281 0,225 0,173 0,245 0,24 0,231 0,218 0,209 0,214 0,23 0,248 0,255 0,235 0,208 0,185 0,171 0,179 0,201 0,221 0,24 81,8 79,9 77,1 72,8 69,7 71,5 76,6 82,8 84,9 78,5 69,3 61,6 56,9 59,6 67,2 73,7 79,8

47

Trƣờng hợp

trị gia

tốc

Vị trí cách máy đo (m).

Độ lớn vận tốc (m/s).

Giá (m/s2).

Giá trị lực ma sát (N).

Tỷ lệ % giữa độ lớn lực ma sát và theo thành phần chuyển phương trọng động của lực.

Bảng 8: Số liệu khảo sát lực ma sát giữa xe thứ hai với hệ thống khi .

0,723 0,703 0,677 0,654 0,626 0,599 0,568 0,538 0,507 0,473 0,439 0,402 0,364 0,324 0,281 0,238 0,192 0,594 0,581 0,579 0,597 0,572 0,525 0,488 0,507 0,574 0,635 0,69 0,711 0,707 0,667 0,582 0,492 0,426 0,152 0,157 0,157 0,151 0,16 0,176 0,189 0,183 0,159 0,138 0,119 0,111 0,113 0,127 0,156 0,188 0,211 42,2 43,5 43,7 41,9 44,4 48,9 52,6 50,7 44,2 38,3 32,9 30,9 31,3 35,2 43,4 52,1 58,6 0,43 0,46 0,487 0,517 0,549 0,575 0,601 0,621 0,65 0,679 0,713 0,75 0,785 0,821 0,854 0,88 0,9

 Nhận xét.

Sau khi thực hiện tính toán nhiều lần lực ma sát của từng xe với hệ thống đệm từ trường, tôi rút ra được một số nhận xét như sau :

- Ở trường hợp khi ray nghiêng một góc so với mặt phẳng nằm ngang,

tại một số vị trí xuất hiện giá trị gia tốc âm (giải thích tương tự như trường

hợp khảo sát vận tốc của xe).

- Khi tăng góc nghiêng giữa ray và mặt phẳng nằm ngang, thành phần trọng

lực theo phương chuyển động của xe tăng nên gia tốc của xe cũng tăng.

48

Nhưng ở các trường hợp khi và , ta thấy các giá trị của lực ma

sát gần như không đổi tại cùng một vị trí cách máy đo. Còn khi , cũng

xét cùng các vị trí đó nhưng giá trị lực ma sát lúc này giảm rõ. Ví dụ: Tại

, ta thu được giá trị lực ma sát là 0,183 N;

cùng một vị trí cách máy đo xấp xỉ 0,4m. Trường hợp khi góc nghiêng

thì giá trị lực ma sát

là 0,171N; thì giá trị lực ma sát chỉ còn 0,111N. Điều này cho ta

khẳng định được nhận định ban đầu về hiện tượng khi xe chuyển động nhanh

sẽ ít ma sát hơn trong trường hợp xe chuyển động chậm. Khi , lúc này

góc nghiêng đủ lớn để xe có thể chuyển động với vận tốc lớn do đó lực cản

từ sẽ nhỏ hơn ở hai trường hợp và . Mặc khác, khi góc nghiêng

tăng thì ma sát giữa xe và ray giảm vì theo quan sát nhận thấy xe phần lớn

chuyển động ở khoảng giữa 2 ray.

- Ở cả 3 trường hợp đã xét, giá trị lực ma sát ở từng vị trí trên hệ thống khác

nhau, chêch lệch giữa chúng khá lớn.

 Từ việc khảo sát và phân tích lực ma sát giữa xe và hệ thống ray trong

các trƣờng hợp trên, tôi rút ra một số kết luận nhƣ sau:

- Lực ma sát của hệ thống còn tương đối lớn.

- Lực ma sát tại các vị trí khác nhau trên hệ thống không giống nhau.

- Lực ma sát bao gồm : lực cản của không khí ; lực ma sát giữa xe và ray ; lực

cản của từ trường nam châm,…

3.2.4 Đánh giá bƣớc đầu về chất lƣợng hoạt động của hệ thống đệm từ

trƣờng nghiên cứu.

- Xe trượt chuyển động trên hệ thống đệm từ trường vẫn còn ma sát khá lớn;

ma sát tại các vị trí khác nhau trên hệ thống không đồng đều.

- Xe nổi được trên ray nhưng đôi khi ở trạng thái dao động nên vận tốc chuyển

động của vật không ổn định.

- Hệ thống đệm từ trường hoạt động không loại bỏ hoàn toàn lực cản như

mong đợi.

49 CHƢƠNG 4

THỬ NGHIỆM BAN ĐẦU CHO THÍ NGHIỆM VỀ

BẢO TOÀN ĐỘNG LƢỢNG

Vì hệ xe và ray vẫn còn tồn tại lực cản khá lớn nên ta chưa thể sử dụng mô hình này

để kiểm chứng các thí nghiệm về bảo toàn động lượng. Tuy nhiên, chúng ta có thể

sử dụng thí nghiệm về bảo toàn động lượng để đánh giá chất lượng của hệ thống

thông qua thí nghiệm va chạm đàn hồi giữa 2 xe.

Máy Dopler

Cổng quang điện

Lá chắn

Đệm từ trường

Xe 1

Xe 2

4.1 Cách bố trí dụng cụ thí nghiệm (nhƣ hình 4.1).

Hình 4.1 Sơ đồ bố trí thí nghiệm va chạm hai xe.

4.2 Cách tiến hành.

- Đặt xe thứ hai đứng yên tại vị trí giữa ray, vận tốc của xe trước va chạm bằng

không ( ).

- Trên xe thứ nhất có gắn lá chắn cổng quang. Cho xe thứ nhất chuyển động

với vận tốc đến va chạm với xe thứ hai.

- Xác định vận tốc của xe thứ nhất trước khi va chạm nhờ cổng quang điện.

- Xác định vận tốc của xe thứ hai sau va chạm nhờ máy đo Dopler.

Lƣu ý

50

Để xác định chính xác vận tốc của xe thứ nhất trước va chạm bằng cách sử dụng

cổng quang thì chiều dài s của lá chắn cổng quang nhỏ và đặt vị trí cổng quang gần

vị trí xảy ra va chạm. Ở đây, tôi chọn s=3cm, vì theo kết quả khảo sát vận tốc

chuyển động của xe thì trong quãng đường đủ nhỏ để vận tốc của xe không chênh

lệch nhiều.

Vận tốc xe thứ nhất được xác định bởi :

;

s :chiều dài lá chắn cổng quang ;

: khoảng thời gian lá chắn qua cổng quang.

Khối lượng 2 xe : .

4.3 Kết quả thu đƣợc.

Sau khi va chạm, xe thứ nhất đứng yên ( ), xe hai chuyển động cùng chiều với

chiều chuyển động với xe thứ nhất với vận tốc .

Đây là một trong những kết quả thu được.

Bảng 9: Vận tốc của xe 1 trước va chạm và vận tốc xe 2 sau va chạm.

Lần 1 Lần 2 Lần3

0,79m/s 0,79m/s 0,79m/s Vận tốc xe 1 trước va chạm.

0,687m/s 0,691m/s 0,679m/s

Vận tốc xe 2 sau va chạm.

4.4 Nhận xét.

4.4.1 Theo lý thuyết.

51

Hệ kín gồm 2 vật có khối lượng bằng nhau, vật 1 chuyển động với vận tốc đến va

chạm với vật 2 đang đứng yên. Sau va chạm, vật 1 đứng yên và vật 2 chuyển động

với .

4.4.2 Thực nghiệm.

Sau khi tiến hành thí nghiệm va chạm giữa 2 xe, ta thu các số liệu được thể hiện

trong bảng 9 và nhận thấy

Bảng 10: Độ chênh lệch giữa giá trị vận tốc thực nghiệm so với giá trị lý thuyết của

xe 2.

Lần 1 Lần 2 Lần 3

0,789m/s 0,789m/s 0,789m/s Vận tốc xe 2 sau va chạm theo lý . thuyết

Vận tốc xe 2 sau va chạm theo thực 0,687m/s 0,691m/s 0,679m/s nghiệm .

13% 12% 14%

Ta thấy độ chêch lệch giữa giá trị vận tốc theo lý thuyết và thực nghiệm của xe 2

đều lớn hơn 10%. Mà đối với một thí nghiệm kiểm chứng thì độ chênh lệch hơn

10% giữa lý thuyết và thực nghiệm được coi là khá lớn, không thể chấp nhận được.

Do đó, ta rút ra nhận xét: Động lượng theo phương chuyển động và động năng tịnh

tiến của hệ hai xe trước và sau khi va chạm không được bảo toàn.

 Một vài nguyên nhân khả dĩ làm động lƣợng của hệ không đƣợc bảo

toàn.

- Va chạm giữa hai xe không tuyệt đối đàn hồi xuyên tâm.

- Sau khi va chạm, xe 2 vừa chuyển động tịnh tiến, vừa dao động quanh khối

tâm. Động năng cung cấp ban đầu cho xe chuyển động sẽ chuyển hóa thành

2 phần: năng lượng cho xe chuyển động tịnh tiến và năng lượng cho xe dao

52

động. Do đó, vận tốc tịnh tiến của xe 2 giảm so với vận tốc tịnh tiến lý

thuyết.

- Xe chuyển động trên đệm từ còn chịu tác dụng của lực cản: ma sát trượt giữa

xe và thành ray, lực cản từ,…

- Tương tác từ giữa nam châm trên hai xe với nhau.

Kết luận: Thông qua kết quả thí nghiệm va chạm giữa 2 xe, ta thấy động lượng

theo phương chuyển động của hệ trước và sau va chạm không được bảo toàn. Có rất

nhiều nguyên nhân dẫn đến kết quả trên nhưng chủ yếu là do hệ thống đệm từ

trường hoạt động chưa ổn định: xe chuyển động kèm theo dao động; còn tồn tại ma

sát trên hệ thống ray và xe.

Vì thời gian thực hiện đề tài hạn chế nên tôi chỉ kịp tiến hành thử nghiệm với một

thí nghiệm về định luật bảo toàn động lượng. Do đó để xem xét việc đưa vào sử

dụng bộ dụng cụ này cho thí nghiệm bảo toàn động lượng thì cần phải tiếp tục

nghiên để khắc phục các hạn chế trên và tiến hành thêm các thí nghiệm khác bổ

sung.

53

CHƢƠNG 5

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

5.1 Kết luận.

Sử dụng tính chất đẩy nhau của hai nam châm, hình dạng đường sức từ của nam

châm vĩnh cửu và dựa trên những mô hình đã được lắp ráp về đệm từ trường, tôi đã

tiến hành nghiên cứu hai cấu hình. Cả hai cấu hình này đều có chung một đặc điểm :

xe chịu tác dụng của hai lực nâng từ hệ thống ray. Nhưng ở mỗi cấu hình thì sẽ có

một kết cấu và sự sắp xếp các nam châm trên hệ thống ray khác nhau.

5.1.1 Đối với cấu hình 1.

Kết cấu của hệ thống ray và xe giống mô hình của đệm không khí. Các nam châm

trên hệ thống ray và xe được đặt trực diện với nhau. Nhưng sau khi tiến hành lắp

ráp và nghiên cứu thực nghiệm, tôi rút ra nhận xét : Khi đặt hai nam châm cùng cực

trực diện với nhau thì đó là vị trí cân bằng không bền. Do đó, xe không nổi được

trên hệ thống ray và luôn bị hút lệch về một bên ray. Mặc dù đã tìm các phương

pháp khác nhau để khắc phụ hiện tượng nhưng đều không được. Vì vậy, không thể

tạo ra một hệ thống đệm từ trường theo cấu hình này.

5.1.2 Đối với cấu hình 2.

- Kết cấu của hệ thống ray và xe gồm : 2 hàng ray nam châm đặt song song

nhau; xe sẽ nổi trong khoảng giữa của 2 ray. Với kết cấu này, sau khi tiến

hành lắp ráp và nghiên cứu thực nghiệm, tôi đã thu được sản phẩm : xe được

nâng lên bởi hệ thống ray.

- Tuy nhiên, do hạn chế về nguồn nam châm vĩnh cửu có độ lớn từ trường

giống nhau; từ trường của các nam châm không đều;… nên hệ thống vận

hành chưa được tốt. Hệ thống vẫn còn một số hạn chế sau :

 Xe chuyển động tựa vào thành ray dẫn đến ma sát với 2 thành ray.

 Khi chuyển động, xe có trạng thái dao động tại một số vị trí.

54

 Mặc dù đã tìm cách để giảm những hạn chế trên nhưng kết quả không

triệt tiêu hoàn toàn các hiện tượng kể trên.

- Qua các bước khảo sát ban đầu về chất lượng vận hành của hệ thống, tôi

thấy : xe chuyển động trên hệ thống đệm từ trường còn tồn tại lực ma sát; ma

sát tại các vị trí khác nhau trên hệ thống không giống nhau.

- Việc thử nghiệm ban đầu cho thí nghiệm về bảo toàn động lượng một lần

nữa đánh giá hoạt động của hệ thống vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế: xe

chuyển động kèm theo dao động; còn tồn tại ma sát trên hệ thống ray và xe.

 Kết luận.

- Xe nổi được trên hệ thống.

- Hệ thống đệm từ trường hoạt động chưa loại bỏ hoàn toàn được lực cản như

mong đợi.

- Chưa thể đưa vào sử dụng hệ thống đệm từ trường này vào dùng cho các thí

nghiệm về bảo toàn động lượng.

5.2 Hƣớng phát triển.

Từ những hạn chế của hệ thống đệm từ trường theo cấu hình 2, tôi đề xuất hướng

phát triển của đề tài như sau :

- Nghiên cứu phương án để xe có thể nổi trên khoảng giữa hai ray mà không

tựa vào ray nhằm làm giảm tối đa lực cản.

- Nghiên cứu các sắp xếp các nam châm sao cho từ trường trên các ray tương

đối ổn định và đồng nhất.

- Thực hiện thêm một số thí nghiệm về định luật bảo toàn động lượng khác.

Ngoài ra, đối với hệ thống đệm từ trường này, ta có thể thực hiện một số thí nghiệm

về dao động cơ học. Ví dụ như có thể thực hiện thí nghiệm về dao động cưỡng bức.

55 PHỤ LỤC 1

TÀU CHẠY TRÊN ĐỆM TỪ [7]

1. Nguyên tắc hoạt động của tàu chạy trên đệm từ (tàu Maglev).

Hoạt động của tàu dựa vào lực đẩy của hai nam châm cùng tên và lực hút của hai

cực khác tên của hai nam châm.

2. Kết cấu của hai loại tàu đệm từ trên thế giới hiện nay.

Hiện nay, trên thế giới có hai loại tàu ứng với hai cấu tạo khác nhau: cách treo điện

từ EMS (electromagnetic suspension) và cách treo điện động EDS (electrodynamic

suspension).

a. Tàu maglev kiểu EMS.

Đối với cách treo điện từ, thường bố trí cho tàu chạy trên một đường dẫn

dạng thanh dầm hình chữ T dưới thanh dầm có gắn hai đường ray sắt. Đáy

tàu có hai cái ngàm ngậm vào thanh dầm chỗ đường ray. Ở chỗ ngàm của tàu

có bố trí các nam châm điện cũng như dọc theo đường dẫn có bố trí ngầm

các nam châm điện. Các nam châm điện này tạo ra lực hút mạnh vào thanh

sắt dưới thanh dầm, tàu bị kéo lên, cao độ 10 milimet tạo ra đệm không khí.

Các nam châm điện cũng làm nhiệm vụ đẩy tàu tiến về phía trước nhờ thay

đổi nhịp nhàng chiều dòng điện trong các cuộn dây liên tiếp để tàu bị nam

châm điện hút về phía trước và đẩy ở phía sau (hình 1). Các nam châm điện

cũng được dùng để tự động chỉnh cho con tàu khi chạy luôn nổi cách mặt

thanh dầm một khoảng cách nhất định là 10 milimet và luôn cân xứng ở giữa

đường dẫn, không bao giờ để cho va chạm.

56

Hình 1. Tàu maglev kiểu EMS.

b. Tàu maglev kiểu EDS.

Đối với cách treo điện động EDS, người ta dùng các nam châm đặt trên tàu

chuyển động để tạo ra dòng cảm ứng lên các cuộn dây ở trên đường dẫn. Kết

quả là tạo ra lực đẩy, đẩy cho tàu nổi lên. Nam châm ở trên tàu phải mạnh và

nhẹ nên người ta dùng nam châm siêu dẫn, thực chất chỉ là cuộn dây điện

làm bằng chất siêu dẫn, lúc làm lạnh ở nhiệt độ rất thấp, điện trở của cuộn

dây bằng không. Nhờ vậy có thể cho dòng điện cực lớn chạy qua mà không

sợ nóng lên do hiệu ứng Joule. Cuộn dây siêu dẫn có dòng điện lớn chạy qua,

không cần lõi sắt, vẫn cho từ trường rất mạnh như nam châm điện. Lực đẩy

ở đây mạnh để tàu có thể nổi lên cao hơn mặt đường dẫn 100 milimet (cao

gấp 10 lần so với tàu EMS) nhờ đó tàu chạy được nhanh hơn tàu EMS. Tàu

maglev kiểu treo điện động EDS phải có chuyển động thì nam châm của tàu

mới tạo ra dòng cảm ứng ở các cuộn dây dưới đường tàu. Do đó, tàu phải có

các bánh xe cao su để tiếp xúc với mặt đường dẫn lúc đứng yên. Ngoài ra

phải có những hệ khác để đẩy tàu chạy về phía trước, hệ tự động đảm bảo

khoảng cách, chạy theo đường dẫn v.v...

57

Hình 2. Từ trƣờng vừa dùng để nâng vừa dùng để nâng.

58 PHỤ LỤC 2

BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỘ LỚN TỪ TRƢỜNG CỦA MỘT NAM CHÂM

Thứ tự 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Hàng 1 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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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

(Khi đặt máy đo cách bề mặt nam châm 5mm) - Đơn vị: mT.

59 PHỤ LỤC 3

BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỘ LỚN TỪ TRƢỜNG CỦA 4 NAM CHÂM

Hàng 2 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 3 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 4 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 5 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 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 7 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 8,7 9,2 9,4 9,4 9,1 8,8 8,5 9,6 7 7,5 7 7,1 7 7

Hàng 1 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

(Khi đặt máy đo cách bề mặt nam châm 1,5 cm) - Đơn vị:mT.

60

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 8,1 8,3 7,9 8,1 8 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

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

61 PHỤ LỤC 4

BẢNG SỐ LIỆU KHẢO SÁT ĐỘ LỚN TỪ TRƢỜNG CỦA 4 NAM CHÂM

(Khi đặt máy đo cách bề mặt nam châm 2 cm) – Đơn vị: mT.

Hàng 4 Hàng 7

8 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

4 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 8,2 8 8,2 8,2 8,2 7,9 7,5 7,1 7 6,6 6,7 6,5 6,6 6,7

Hàng 1 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 Hàng 2 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 Hàng 3 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 Hàng 5 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 Hàng 6 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