利用磁力搅拌器探究磁悬浮现象

磁力搅拌器中的搅拌子在具有黏性的流体中随磁力搅拌器转速的改变能实现稳定上升和悬浮.本文利用动力学方程对磁悬浮现象中搅拌子的运动规律进行了理论分析,通过控制变量对影响稳定悬浮的参量进行了实验探究.实验和理论结果一致表明:流体黏度越大,搅拌子悬浮高度越低;随着磁力搅拌器驱动转速增大,搅拌子摆动角速度ω_w加强,转动角速度ω_s减弱,悬浮高度降低;较小的搅拌子更容易稳定在中心,直径小的烧杯容易提供初始的稳定态;当搅拌子初始距底高度z_b固定,驱动转速越大,或当驱动转速固定,搅拌子z_b高度越高,对应的摆动振幅都越小.     

气体物理性质对近场超声悬浮特性的影响研究

在利用近场超声悬浮技术搬运晶圆的过程中,为提高近场超声悬浮力,该文研究了气体物理性质与近场超声悬浮力之间的关系。利用声辐射压理论与流体力学理论对不同气体介质下的悬浮力进行建模与求解。搭建了可测量不同气体环境中悬浮力的实验平台。实验发现氩气环境下超声悬浮力平均值相对空气环境下提升24.8%。结合实验与理论计算分析了气体密度、比热容比、声速与动力黏度对悬浮力的影响,推断气体的比热容比为影响近场超声悬浮力的主要参数。该方法为晶圆搬运的环境适用性提供了参考价值。     

搅拌子磁悬浮悬浮原理及动态平衡实验探究

在某些特定情况下,磁力搅拌器的“搅拌子”在搅拌时,能在黏性流体中出现稳定上升和悬浮的情况。基于此现象,该文设计了一系列实验探究“搅拌子”动态稳定的原理以及相关影响因子的影响机制。对于磁悬浮原理方面,主要通过观测悬浮过程中6个阶段搅拌子的自旋转情况,并建立流体内圆柱体旋转模型进行分析,得到搅拌子动态悬浮过程中的受力情况。对于影响因子方面,该文从黏性流体、搅拌子形状及规格等方面入手,通过实验观测各条件下搅拌子的最小悬浮角速度,反映出各因子的影响机制,并验证了圆柱体旋转模型的合理性。最终得到在本实验中8.0mm×45.0mm的棱柱形搅拌子在26.0℃纯甘油(946.00泊)中维持磁悬浮所需搅拌磁棒转速最小,ω_up为171.5r/min、ω_down为262.0r/min。该实验探究成果为旋转式磁悬浮在水中升降机的应用提供了一定的参考。     

油中悬浮粒子激光多普勒测速瞬时速度的分析

二维频移激光多普勒测量油中悬浮粒子速度时,根据悬浮粒子通过针孔光阑时存在的四种不同情况,对原有激光多普勒测量悬浮粒子瞬时速度的方法进行了改进,提出一种悬浮粒子瞬时速度分析处理方法,利用该方法,对水平方管内的油中悬浮粒子的瞬时速度进行了测量分析。结果表明:改进方法获取的悬浮粒子瞬时速度的稳定性较好,能够表征在一组粒子通过激光多普勒的针孔光阑的时间段内粒子组随着时间的变化趋势,提高了频移激光多普勒采样数据的利用效率,有利于进一步准确表征悬浮粒子在油液中二维瞬时速度的分布特征和运动轨迹,为激光多普勒实验测量中悬浮粒子瞬时速度的表征提供理论支撑。     

近场超声悬浮启浮瞬态行为的理论分析及实验测试

超声悬浮气膜瞬态行为的认识对悬浮体运动规律及悬浮精度控制等都有着重要作用。运用气体动力学理论研究超声挤压问题,建立了自由悬浮体瞬态气膜压力及其非线性动力学模型.应用数值方法对模型进行求解,获得超声激励下气体挤压膜在启浮过程中的瞬态压力分布、承载能力以及悬浮盘位移的变化规律。分析发现激励盘振幅、频率等参数对启浮过程的瞬态行为有着显著的影响,激励盘振幅越小、激励频率越高,启浮过渡过程达到稳态所需时间越长。在理论分析的基础上还对瞬态启浮过程进行实验研究,应用激光位移传感器对瞬态悬浮位移进行测试,发现理论分析和实验测试结果一致性较好。      

快捷做好悬浮演示实验

中学教师教学用书推荐的悬浮演示实验是在蜡块上插大头针调节自身重力达到悬浮目的,这在实际操作上非常困难,因为对于悬浮在液体中的物体只要有一向上或向下极其微小的干扰力,就会破坏原有的悬浮状态.用改变液体密度的方法可做悬浮演示实验.用“保济丸”空瓶装大约半瓶盐(多点少点都可),滴水稀释并滴入1至2滴红墨水,盖上瓶塞使它能在清水中下沉,在盐水中漂浮.可在瓶中加水或减水调节达到要求.在500ml量筒中倒入大约120ml的盐水.把悬浮子放入盐水中,使它漂浮,再往量筒中加入清水,直到悬浮子能悬浮于混合液中为止.此方法的优点为:1)悬浮子的材…     

光电反馈式静电悬浮及静电力机制研究

本文介绍了光电反馈式静电悬浮方法 ,给出了静电悬浮力的理论计算公式 ,讨论了静电力与电极电压、电极 -悬浮体间距、悬浮体材料等因素之间的关系。通过实验测定了静电力与上述因素之间的关系曲线 ,获得了理想的结果。理论分析与实验结果均表明 ,实现导体与常规非导体的静电悬浮是完全可行的     

声悬浮过程的激光全息干涉研究

利用二次曝光全息干涉术实现了对单轴式声悬浮声压场的研究.分别拍摄了悬浮不同物体和 不同输出功率情况下声悬浮场的多幅全息图，并进行了对比分析.结果表明，实验中获得的 声压分布图样与由声波动方程获得的理论声压分布基本一致，其相应中轴线的强度分布也具 有很好的一致性.与以往的声场测量方法相比，二次曝光法非接触、无干扰及全场测量的优 势在声悬浮场测量中得以充分体现，该方法的引入不但简化了声悬浮场测量的实际操作，而 且可以更直观地获得全场信息，为优化声悬浮系统提供了实验依据. 关键词： 全息干涉术 二次曝光法 声悬浮 谐振     

关于磁悬浮陀螺稳定悬浮条件的探讨

利用牛顿力学中的稳定性理论对磁悬浮陀螺稳定悬浮的条件进行了分析,在实验上对磁悬浮陀螺底座磁场的空间分布进行了测量,将理论分析和测量的数据结合起来从理论上预测陀螺稳定悬浮的区域范围,再将实验上实际观察到的稳定悬浮区域与之对比,得到了一致性的结论,由此得出了磁悬浮陀螺稳定悬浮的条件.     

也谈悬浮实验成功的方法

贵刊2001年第6期中发表的傅和平等的《悬浮实验成功的奥秘及其方法》(以下简称傅文)较好地从理论上对悬浮实验的成败进行了分析研究,提出了做好该实验成功的理论依据,即要用粘滞系数较大的液体做实验,并例举了用甘油做实验成功的例子.笔者多年一直从事中教法物理实验教学和指导中学物理教育实习工作,几乎每年实习中都要涉及到初二物理"浮力"一章,因此对悬浮实验及实验教学也曾进行过探讨与实践,并且收到了较好效果.     

中子引起氘核破裂反应的实验研究

对25 MeV中子引起氘核破裂反应的中子-中子准自由散射和17.36 MeV中子引起氘核破裂反应的中子-中子末态相互作用进行了细致的研究。首先,以小于5%的不确定度,精确测量了25MeV中子-中子准自由散射出射的中子三重微分截面。实验数据用基于现实核子-核子势(CD-Bonn,Argonne!18,Nijm I和II)的理论计算配合Monte-Carlo模拟进行了分析。实验结果比基于CD-Bonn势的理论预言高(16.0±4.6)%,进一步证实了目前的理论在中子-中子准自由散射方面还无法准确描述实验数据。其次,通过运动学非完全测量,精确测量了17.36 MeV中子引起氘核破裂反应在0°角附近出射的质子能谱,用基于现实核子-核子势(CD-Bonn、Bonn-B和Nijm I)的理论计算以及Monte-Carlo模拟分析了所测得的质子能谱,确定了中子-中子散射长度ann=(-16.8±0.6)fm。     

基于生物光学算法的海洋悬浮粒子检测技术研究

 通过研究分析海水中几种主要物质的固有光学特性,提出了基于生物光学算法的机载蓝绿激光雷达检测海洋悬浮粒子的方法。针对海洋悬浮粒子的两类代表物质浮游植物和非色素悬浮粒子,采用生物光学算法,分别构建了基于机载蓝绿激光雷达的浮游植物叶绿素浓度检测模型和非色素悬浮粒子浓度的检测模型。仿真计算可以证明这两个检测模型能有效探测出浮游植物叶绿素浓度的大小和非色素悬浮粒子浓度,为实际海洋悬浮粒子的检测提供理论基础和技术支持。     

光电反馈式静电悬浮的机制研究

本文主要讨论光电反馈式静电悬浮的理论问题。研究在静电场作用下导电悬浮体的静电感应机制和绝缘悬浮体的静电极化机理,推导出悬浮体表面的感应电荷或极化电荷的计算公式,以及作用于悬浮体上的静电悬浮力的计算公式,在理论上揭示了静电力与电极电压、电极面积、悬浮间距及悬浮体电学特性等因素之间的关系。结果表明,导电悬浮体表面的感应电荷量比绝缘悬浮体表面的极化电荷量多,因此前者所受的静电悬浮力比后者大,但两者均可实现静电悬浮,这些结论与实验结果完全符合。本文工作为实现静电悬浮的光电反馈控制提供了理论依据。     

Bhabha散射中的完整电弱效应与标准模型的完美性问题

本文在电弱统一标准模型(SM)的理论框架中, 对Bhabha散射问题作了全新的理论分析与深入研究.在具体研究方法上采用了量子场论微扰理论中的一种全新计算模式——重整化链图传播子理论, 并应用到Bhabha散射的计算研究中. 在SM中, 本文需要考虑Bhabha散射内部过程的完整电弱作用效应, 为此应寻求出由光子gamma 和中间玻色子Z_0构成的复杂混合圈链图重整化传播子, 然后利用这类传播子计算出Bhabha散射中由混合圈链图传播子传递完整电弱作用下的反应截面. 这一理论计算结果与实验值在实验观测误差范围内吻合较好. 本文这一重要研究结果不但从另一个侧面证实了SM理论描述电弱作用下的粒子反应的精确性; 而且也暗示SM理论应该是一个十分完美的理论, 理论终极预言的且被学术界长期特别关注的希格斯“神秘粒子”最终被寻找到的可能性应该是十分大的.     

Bhabha散射中的完整电弱效应与标准模型的完美性问题

本文在电弱统一标准模型(SM)的理论框架中,对Bhabha散射问题作了全新的理论分析与深入研究.在具体研究方法上采用了量子场论微扰理论中的一种全新计算模式——重整化链图传播子理论,并应用到Bhabha散射的计算研究中.在SM中,本文需要考虑Bhabha散射内部过程的完整电弱作用效应,为此应寻求出由光子γ和中间玻色子Z0构成的复杂混合圈链图重整化传播子,然后利用这类传播子计算出Bhabha散射中由混合圈链图传播子传递完整电弱作用下的反应截面.这一理论计算结果与实验值在实验观测误差范围内吻合较好.本文这一重要研究结果不但从另一个侧面证实了SM理论描述电弱作用下的粒子反应的精确性;而且也暗示SM理论应该是一个十分完美的理论,理论终极预言的且被学术界长期特别关注的希格斯"神秘粒子"最终被寻找到的可能性应该是十分大的.     

鄱阳湖水体悬浮颗粒物散射光谱分解方法研究

内陆水体复杂性为水体悬浮颗粒物散射光谱分解带来难题,也制约着水色遥感理论算法的发展。以2009年鄱阳湖秋季观测数据为基础,提出一种二元简化主轴(ranged major axis,RMA)方法的水体悬浮颗粒物散射光谱分解模型,对鄱阳湖水体中悬浮无机颗粒物与有机颗粒物的散射光谱进行了提取研究。结果表明采用RMA方法建立的悬浮颗粒物散射光谱分解模型在鄱阳湖具有很好的分离效果,在高浑浊水体区域总悬浮颗粒物散射系数预测误差在15%以内,与现有方法相比具有明显优势。分解结果显示鄱阳湖悬浮颗粒物散射主要来自以伊利石/蒙脱石为主要成分的无机颗粒物,RMA方法能够反映占主导地位悬浮颗粒物的散射特性,可以为高浑浊水体散射模型与水色遥感反演算法的研究提供重要依据。     

第一性原理研究Li_2NH的晶格动力学和热力学性质

采用第一性原理的赝势平面波方法系统地研究了Li_2NH的电子结构、晶格动力学和热力学性质.计算得到的晶格常数与先前的理论和实验结果符合得很好.运用线性响应理论计算了整个布里渊区高对称方向上的声子色散曲线和相应的声子态密度,发现Li_2NH(Pnma)声子色散曲线没有虚频,动力学性能相对最稳定,计算结果和先前实验及理论数据符合得很好.最后,利用得到的声子态密度进一步预测了Li_2NH的热力学性质,包括晶格振动对Helmholtz自由能、内能、熵和热容的贡献,计算结果在一定程度上可为Li-N-H储氢体系的应用提供理论指导.     

声学悬浮技术及其应用

声学悬浮技术是利用声学方法将一个小客体稳定地悬浮在声场中某一位置,从而研究其与声波相联系的力学性质的一种新的有效实验手段.所谓悬浮就是说没有明显的机械支撑,而是由一种悬浮力来平衡该客体的重力.在声学悬浮技术中,这种悬浮力就主要是由不随时间改变的二阶声辐射压力提供的. 由于声学悬浮技术简单易行,而且除了伴随声波产生的少量热量以外,几乎对客体没有     

超声波在悬浮液(水)中的吸收

本文研究了低浓度松花粉悬浮液中由于悬浮粒子引起超声波的附加吸收问题。实验上测量声吸收和声速都是采用脉冲干涉仪(当测量吸收时曾以移板法、多次反射法及比较法配合进行),频率范围为3—20Mc,温度范围为20°—80℃,在不同浓度重复进行。针对这样的具体实验条件,根据Epstein提出的理论进行了较严格的计算,并从实验和计算结果的比较中得出几点结论。同时,作者还总结和评述了其他作者关于石松子悬浮液中超声吸收的研究,通过对他们的实验结果和理论值之间的比较,认为他们简单地应用小球或低频极限情况下所得出的理论来解释实     

赝势对计算石墨烯声子谱线的第一性原理研究

石墨烯是理论与实验方面研究的热点,而探究其声子谱线结构又为研究力学、热力学等提供基础.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理,运用不同的交换关联和赝势方法,计算了石墨烯以及石墨的声子谱线.对比研究发现:在声子谱低频率阶段,不同的赝势计算的结果差别很小;而在声子谱的高频率阶段,不同赝势计算的结果差别显著.相对于GGA交换关联,LDA交换关联计算的高频光学支有所软化,计算结果与实验值更加接近.相对于US赝势方法,PAW赝势方法计算的结果与实验值更加接近.综合比较,PAW-LDA赝势的计算结果与实验值最为接近.