圆电流中导体的磁悬浮效应研究

本文基于椭圆积分法计算了圆电流产生的磁场,进而得到了导体在圆电流产生的高频电磁场中受力的解析表达式.结果表明:高频电磁场作用下,趋肤深度内的导体受到强烈的磁悬浮作用.频率越低,磁悬浮力的穿入深度越大,但其数值降低得越快.     

高导电率材料的电磁悬浮和熔化演示实验

电磁悬浮熔炼是利用电磁悬浮力实现对高导电率材料悬浮熔炼的一种无坩埚材料加工处理技术,在熔炼过程中避免材料与容器壁接触,是研究、制备高纯材料不可或缺的,具有诸多优点.本文介绍自行研制的高导电率材料电磁悬浮和熔化演示实验装置及其有趣的实验现象,对电磁悬浮现象进行了理论分析,并数值计算了几种不同励磁线圈结构电磁悬浮力分布,合理解释了各种实验现象产生原因.该实验装置演示效果极佳,实验现象奇妙,揭示了浅显物理原理.适合对中学、理工科大学学习物理的学生开展直观教学,也适合科技馆向青年学生展示.     

电磁悬浮熔炼的温度特性

利用一般电磁悬浮熔炼感应器，球形试样悬浮情况下，悬浮力和悬浮试样输入功率表达式，建立了不含悬浮感应器电流的悬浮试样输入功率表达式.利用这些表达式，结合自然对流情况下，球形试样在气体介质中的功率耗散模型，建立了悬浮熔炼工艺参量与悬浮熔炼试样温度之间的关系.以(TbDy)Fe2合金在Ar气保护情况下，在一定工艺条件下的电磁悬浮熔炼为例，得到了电磁悬浮熔炼各种工艺参量与悬浮试样温度的关系.通过对计算结果的分析，结合实际电磁悬浮熔炼特点，得到了降低电磁悬浮熔炼试样最低温度的措施：减小悬浮试样的半径；在能够实现悬浮 关键词： 电磁悬浮熔炼 悬浮力 输入功率 耗散功率     

临界电流密度对场冷超导磁悬浮力的影响研究

基于Kim临界态模型,通过考虑超导块材内部屏蔽电流的穿透历史过程,讨论了场冷条件下临界电流密度对高温超导悬浮系统磁悬浮排斥力和吸引力的影响.结果显示:最大超导磁悬浮排斥力和吸引力均随临界电流密度的增加呈指数关系增加,并趋于饱和;场冷条件下的磁悬浮力回滞能量损耗远高于零场冷情况;存在一个磁悬浮力比率κ,κ值对于评价大电流...     

运动超导体内的电磁场及磁悬浮力

论述了两种基本运动超导体内的电磁场及电流分布 ,分析了超导体受到的磁悬浮力。     

辅助永磁体厚度对单畴GdBCO超导体捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响

研究了两种磁悬浮系统组态中圆台形辅助永磁体厚度对高温超导体捕获磁场和超导磁悬浮力的影响。结果表明,圆台形辅助永磁体的下表面和GdBCO超导体上表面同处在一个水平面上,磁化用圆台形辅助永磁体的厚度H从5 mm增加到45 mm时,超导体捕获磁场和磁悬浮力与圆台形辅助永磁体的厚度直接相关。（1）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向上且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从21.8 N增大到26.5 N,再减小到22.9 N;（2）当圆台形辅助永磁体的北极垂直向下且用液氮冷却后移除辅助永磁体时,最大磁悬浮力从20.5 N减小到11.9 N ,再增加到20.4 N;（3）两种磁悬浮系统组态中最大磁悬浮力不一致,与零场冷情况下的最大磁悬浮力14.6 N也不同。在超导磁悬浮应用系统设计中,只有科学选择辅助永磁体形状和尺寸,合理设计组合方式,才能获得较强的磁场强度,提高超导磁悬浮力特性,该结果对促进高温超导体的实际应用具有重要的指导作用。     

磁性液体磁悬浮原理演示实验研究

基于磁性液体的Bernoulli方程推导了磁性液体中非磁性物体所受的磁悬浮力,通过演示实验研究了2种磁性液体对不同密度非磁性物体的磁悬浮情况．磁性液体中非磁性物体所受的磁悬浮力受磁性液体的磁化率、磁场强度、磁场梯度的影响．相同条件下,随磁场强度和磁场梯度增强,M FP-1磁性液体分别在不同电流时将6种非磁性双锥体浮起,当电流达到3．00 A时,还出现了Rosensweig尖峰;MFP-2磁性液体的磁化率小于MFP-1磁性液体,仅浮起了聚氟乙烯、玻璃、铝双锥体．随着电流增大,中心磁场梯度较强,边缘磁场梯度较弱,出现非磁性双锥体向侧壁移动现象．     

高频原子波导中冷原子的磁导引

建立了高频原子波导模型,分析了铷冷原子在该波导内与磁场的相互作用势。高频波导线圈输入电流,在线圈中心轴线区域的势阱深度为mK量级,在线圈的径向能对温度为100 K左右的冷原子实现囚禁。通过分析可知改变输入波导线圈的输入电流大小,可改变势场的大小。计算了进入高频原子波导的冷原子和波导磁场产生相互作用束缚力的大小。在波导轴线中心区域,原子受到的束缚力较大,最大为1.710－23 N,为原子所受重力的10倍。     

高分子材料固体平板中声速与吸收系数的测量

在日本海洋科学技术中心建造的6500m潜水调查船上,装备了观测声呐(水下图像声呐)。这种声呐的平面位置显示设备(PPI)使用频率为100kHz,图像显示用300kHz。为提高探测距离,必须制备透射损失非常小的声窗。而且由于导流罩与收发换能器之间的距离仅为10cm左右,为防止它们之间的混响,也需要透射损失很小的声窗。 以往使用的各种声窗材料,其穿透频率大部分在100kHz以下,而对100kHz以上的高频,则是以天然橡胶为主,但是天然橡胶的透声损失在1dB以上,且     

辅助永磁体磁化方式对单畴GdBCO超导块材捕获磁场分布及其磁悬浮力的影响

通过对方形永磁体和方形辅助永磁体在液氮温度下对GdBCO超导体磁化后超导磁悬浮力的测量, 研究了两种组态中方形辅助永磁体对超导体的磁化方式对单畴GdBCO超导块材磁场分布及其磁悬浮力的影响. 结果发现, 方形辅助永磁体的下表面和超导体上表面保持在同一个水平面上, 磁化进程中方形辅助永磁体在GdBCO超导体上表面水平面内沿直径方向的位置x从–15 mm增加到+15 mm时, 超导磁悬浮力大小与超导体的磁化方式有着密切关系(以Z=0.1 mm为例): 1) 当方形辅助永磁体N极垂直向上且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体最大磁悬浮力先从16.7 N增大到23.1 N, 再减小到16.6 N; 2) 当方形辅助永磁体N极垂直向下且场冷后去掉辅助永磁体时, 超导体最大磁悬浮力先从17.7 N减小到7 N, 再增加到17.6 N; 3) 两种组态中最大磁悬浮力不相等, 而且与零场冷下的最大磁悬浮力(17.1 N)也不同. 这些结果说明: 只有通过科学合理地设计超导体和永磁体的组合方式, 才能获得较高的磁场强度, 有效地提高超导体的磁悬浮力特性, 该结果对促进超导体的应用具有重要的指导意义. 关键词： 单畴GdBCO 永磁体 捕获磁场 磁悬浮力     

Consecutive induction melting of nickel-based superalloy in electrode induction gas atomization

The crucible-free electrode induction melting gas atomization(EIGA) technology is an advanced technology for preparing ultra-clean nickel-based superalloy powders. One of the key issues for fabricating powders with high quality and yield is the consecutive induction melting of a superalloy electrode. The coupling of a superalloy electrode and coil,frequency, output power, and heat conduction are investigated to improve the controllable electrode induction melting process. Numerical simulation results show that when the coil frequency is 400 kHz, the output power is 100 kW, superalloy liquid flow with a diameter of about 5 mm is not consecutive. When the coil frequency is reduced to 40 kHz, the output power is 120 kW, superalloy liquid flow is consecutive, and its diameter is about 7 mm.     

PHYSICAL CHARACTERISTICS OF ELECTROMAGNETIC LEVITATION PROCESSING

Electromagnetic levitation has developed from a pure physical phenomenon into a practical containerless processing technique in the fields of both applied physics and materials science. In order to obtain a better understanding of this processing technique, two typical levitation coils were designed and the physical characteristics in levitation droplets suspended in these two coils, such as electromangetic field, levitation force field, total levitation force, and power absorption, were analyzed numerically and calculated in this paper. It was found that the eddy current density, together with the magnetic flux density and levitation force density, increases rapidly with radius as it approaches sample surface. The maximum levitation force produced by coil A is larger than that of coil B, whereas the levitated sample can obtain less power absorption at the equilibrium position in the former coil than that in the latter one. Moreover, the calculated results also demonstrated that the levitation ability decreases as the atomic number increases. The larger the material's electrical resistivity, the easier the samples can obtain more power absorption.     

超导悬浮系统中电磁力的有限元分析

利用超导体宏观电磁场的Bean模型和有限元方法对由超导体和超导悬浮线圈所组成的悬浮系统进行了分析计算,通过定量计算与模拟,得到了超导体感应的屏蔽电流分布,从而得到了悬浮间隙及悬浮线圈中的电流对悬浮力的影响规律,同时分析了悬浮线圈尺寸与最大悬浮力之间的关系。这些数值计算结果为优化超导悬浮系统的结构设计提供了理论依据。     

Development of a new soft ferrite core for power applications

Manganese-substituted nickel–zinc ferrites have been investigated as power core materials for applications in switched-mode-power supplies. High frequency operation of these power supplies requires high performance cores with low power losses. The main contributors to the power loss are eddy current loss, hysteresis loss and residual loss. The ferrites have been synthesized by the citrate precursor technique and their electromagnetic properties such as resistivity, permeability, saturation magnetization and Curie temperature studied. A power loss of 500 mW/cc could be obtained at a frequency of 500 kHz, flux density of 50 mT and temperature 100 °C.     

非平衡磁控溅射等离子体频谱特征

利用朗缪尔探针和快速傅里叶变换研究了非平衡磁控溅射等离子体静电波动的驻波共振频谱特征。频带宽度为0~300kHz,典型放电条件下磁控靶前2cm和10cm两个位置的共振本征频率变化范围分别为10~50kHz和1~10kHz,研究了线圈电流、气压和放电功率等参数对共振本征频率的影响;指出了非平衡磁控溅射中能够导致等离子体静电驻波共振的两种势阱结构,提出驻波共振机制解释特征频率出现的原因,根据声驻波共振机制计算的电子温度数值符合实验的结果。     

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利用朗缪尔探针和快速傅里叶变换研究了非平衡磁控溅射等离子体静电波动的驻波共振频谱特征。频带宽度为0~300kHz,典型放电条件下磁控靶前2cm和10cm两个位置的共振本征频率变化范围分别为10~50kHz和1~10kHz,研究了线圈电流、气压和放电功率等参数对共振本征频率的影响;指出了非平衡磁控溅射中能够导致等离子体静电驻波共振的两种势阱结构,提出驻波共振机制解释特征频率出现的原因,根据声驻波共振机制计算的电子温度数值符合实验的结果。     

Levitation in the field of a nonsuperconducting coil with magnetic flux stabilization

A method providing the “frozen flux” conditions in a nonsuperconducting coil is suggested and demonstrated with a model. The feasibility of permanent magnet stable levitation in the field of the coil with magnetic flux stabilization and mean current control is shown. The method allows researchers to exploit permanent magnet-superconducting body interaction in physical devices, for example, to reproduce, using nonsuperconducting coils, the frozen magnetic flux conditions required for the stable levitation of the magnet over a superconducting body.     

EPR在体测量专用调制磁场驱动装置

利用电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance,EPR）在体测量人牙齿可以实现无损伤地快速评估人体辐射剂量,具有实际应用价值.本文针对EPR在体测量牙齿剂量的应用特点,研制了专用调制磁场驱动装置,包括功率放大器、调制磁场激励线圈、调制频率设定模块、感应型调制幅度显示模块等.功率放大器采用脉冲功率放大方式取代传统的线性放大方式,用多N-MOSFET管H桥电路,功率容量大、效率高、结构简单,且调制频率设定自如.实验结果表明：（1）此装置可在大于9 cm磁极间距的中心样品位置产生调制幅度为0~0.9 mT的调制磁场,调制频率为10~100 kHz;（2）用该装置与EPR在体测量谱仪配合使用,可以明显观测到1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH）样品谱线调制增宽过程以及辐射诱发的整体牙齿中的自由基信号,验证了该装置的高调制效率和实用性.     

一种非连续微波探询信号的实现

铷原子频标（RAFS）的微波探询信号可用于激励铷原子产生基态能级之间的跃迁，从而实现共振探测.目前常用的微波产生方案都存在电路结构复杂、功耗大、不便于集成的缺点.本文提出了一种利用锁相环（PLL）技术产生非连续微波探询信号的设计方案，这种方案以10 MHz信号作为参考频率，在单片机的合理配置下可直接得到（6 834.687 5 MHz±f_M）信号（f_M表示最大频偏）.该方案具有电路结构简单、功耗低、数字化程度高等优点，利用该方案实现的整机稳定度优于1.5E-11/√τ（1 s≤τ≤100 s），性能指标均可满足小型商业铷原子钟要求.