CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYET Trong chương này, phân đầu tiên, tôi xin trình bày về những cơ sở lý thuyết được sử dụng trực tiếp dé phục vụ nghiên cứu dé tài như: các đặc điểm cau tạo của nam châm vĩnh cửu: hình dang từ phô của từng loại nam châm: sự tương tác giữa các cực của nam châm. Ngoài ra, dé thực hiện dé tài nghiên cứu này, tôi có tham khảo một số tải liệu về mô hình tau chạy trên đệm từ đã được nghiên cứu và lắp ráp. Nên trong phan tiếp theo, tôi xin trình bay một số cầu hình mà tôi đã tìm hiểu. Đây chính là những cơ sở rất quan trọng dé tôi bắt dau quá trình nghiên cứu của mình, sẽ được trình bảy ở chương sau.1 Co sở lý thuyết chính.
- Nam châm vĩnh cửu được cấu tạo từ các vật liệu từ cứng có khả năng giữ từ tính. - Bat cứ một thanh nam châm nao cũng có hai cực Bắc và Nam, có nghĩa là bắt cứ thanh nam châm nào cũng là lưỡng cực từ. - Không gian xung quanh nam châm tôn tại từ trường. Dé đặc trưng cho từ trường về mặt hình học, chúng ta sử dụng khái niệm đường sức từ.
Sau đây là một số dang từ phố của nam châm thăng và nam châm hình chit U.1 Dường sức từ của nam châm vĩnh cửu thăng.2 Đường sức từ của nam châm vĩnh cửu hình chữ U. Dựa vào hình dang đường sức từ của hệ các nam châm, ta có thé xác định một cách định tính lực tương tác giữa chúng: - Các đường sức của các nam châm đây nhau tương ứng với lực đây giữa chúng (hình 1. Hai nam châm cùng cực thì đây nhau. Hai nam châm khác cực thi hút nhau.3 Lực tương tác giữa các nam châm thông qua hình ảnh đường sức từ.
Một số mô hình tham khảo. Hau hết các sản pham đệm từ trường ché 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 điện với nam châm trên ray. Lúc này, xe sẽ chịu tác dụng của hai lực đây thăng đứng hướng lên như hình 1. ` ", — BLM Na —“ ,“ ZZ4.4 Phác họa hệ thông nam châm cho các mô hình đã được lắp ráp.
Dựa trên sự bô 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 phâm như hình (1. Model maglev train Hình 1.5 Mô hình đệm từ trường đã được lap rap [3].6 Sản phẩm đệm từ trường đơn giản [4].7 Sản phâm đệm từ trường do một hãng dé chơi sản xuất [5].8 Sản phâm đệm từ trường được lắp ráp trong “ Stem Maglev Project” [6]. 14 CHƯƠNG 2 CÁC BƯỚC CHUAN BI CHO QUÁ TRÌNH CHE TẠO THỰC NGHIỆM Ở chương nay, tôi sẽ trình bay hai bước trong quá trình chuẩn bị trước khi nghiên cứu chế tạo các cầu hình đệm từ trường: khảo sát từ phô của nam châm và nghiên cứu lực tương tác giữa các nam châm với nhau. Ở từng bước, tôi sẽ trình bảy rõ mục dich, phương pháp tiền hành cũng như các kết quả thu được.
Vì mục tiêu của đề tài là sử dụng các nam châm vĩnh cửu dé chế tạo hệ thông 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. Ngoai 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 thẻ.1 Khảo sát từ phố của nam châm.
Chon vật liệu chính dé làm hệ thong ray là nam châm den (2,5cmx6cmxIcm). Do đó, tôi tiền hành khảo sat từ phô đối với nam châm loại này. - Khao sát độ lớn từ trường tại các vị trí khác nhau trên bê 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 cham lớn: khảo sat 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 thé sử dụng các nam châm ghép lại dé tao thành một nam châm kích thước lớn va có độ lớn cảm ứng từ đồng nhất hay không?".2 Cách thực hiện. 15 - Bước 1: Dùng giấy có kẻ ô li bọc nam châm dé dé dang 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 hang từ trên xuống dưới như hình 2. m Pt | | | |} | |} | | {Hàng Pt ttt tt tt Hình 2.1 Sơ đồ xác định vị tri khảo sát bề mặt nam châm. - Bước 2: Dùng máy đo từ trường dé xác định giá trị cam ứng từ I8| ở từng vị trí trên nam châm theo các khoáng cách khác nhau. Đề xác định chính xác từng vị trí, ta dùng đèn roi vào nam châm.
Vị trí bóng của đầu dé 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 dau đò 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 sat từ trường tại các vị trí trên một nam châm khi đặt đầu dò cách bề mặt nam châm 1,5em 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: Xứ lý số liệu và nhận xét kết quả thu được.2 Cách bố trí dụng cụ đo cường độ từ trường của 4 nam châm ghép sát.3 Kết quả thu được. 70 ES 64 > g 50 = ——Hang 1 ce} = 40 —— Hang 2 De 30 —— Hang 3 Ệ Cao. —Hàng 4 5 10 ———Hảng 5 § 0 T T T T T TT T Hang 6 oO 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 2 25 27 29 ==== Hang 7 Ba 104 -20 ' « ˆ Thứ tự vị trí khảo sát trên một hàng Hình 2.3 Đồ thị thé hiện gia tr] từ trường của | nam cham tại các vj trí khác nhau, ở khoảng cách 5mm so với bê mat nam cham. 17 30 ‘S ~ > 5 25 8 ——Hàng 1 im 20 + = ——Hang 2 Da 5 Ẹ 15 —— Hang 3 E 1 —— Hang 4 2 wwe Hang 5 5 5 ——Hang 6 nd 0 ====Hảng 7 1 4 7 1013 16 1922 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 D6 thị thé hiện giá trị từ trường của 4 nam châm ghép lại tại các vị trí khác nhau, ở khoảng cách 1,5em so với bề mặt nam châm.
20 - k¬ = 18- ° 16 - 3 14- ——Hàng1 # »- ——Hàng2 SE ad 8¬ —Hang 4 2 : 1 —Hang 5 Š =———Hààng 6 es 77 Qo Oss ag 1 4 7 1013 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 Thứ tự vi tri khảo sát trên một hang Hình 2.5 Đồ thị thé hiện giá trị từ trường của 4 nam châm ghép lại tại các vị trí khác nhau, ở khoảng cách 2em so với bẻ mặt nam châm. Ghi chú: Trên đồ thị. + Trục tung thê hiện các giá trị từ trường tại các vị trí của nam châm. 18 + Trục hoành thê hiện các vị trí của nam châm mà ta đã đánh số thứ tự.
+ Từng đường trên đô thị thé hiện số liệu theo từng hang ta khảo sat. Đối với | 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 dan vẻ hai bên ria. Trên cùng một bé mặt của nam châm, cực nam châm không thông nhất tại một số vị trí.
a 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 vj trí đo đạc với bẻ mặt nam châm, ta thấy sự chênh lệch độ lớn từ trường của các vị trí cảng giảm.
Vì lúc này, từ trường tại từng vị trí là tông hợp từ trường do các nam châm khác nhau sinh ra. Như vậy, ta có thê sử dụng các nam châm nhỏ ghép lại dé 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. dé có một diy các nam châm có từ trường tương đối đều nhau, thi 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 gan nhau để sử dung bằng tiễn hanh các bước sau: Dùng một nam châm thử để khảo sát từ tính trên cùng một mặt của từng nam châm dé đảm bảo: trên cùng bê mặt nam châm, các cực từ trưởng tại các vị # x~Ấ trí giong nhau.
19 - Dùng máy đo từ trường khảo sát giá trị từ trường tại điểm giữa của nam châm.6 Cách bố trí dụng cụ khảo sát giá trị từ trường tại điểm giữa của nam châm.2 _ Nghiên cứu tương tac lực từ giữa ray và xe trượt. Xác định giá trị lực day lớn nhất mà hai nam châm có thé tạo ra khi hai nam châm đặt trực điện với nhau. Từ đó, chúng ta có thé tính toán được khối lượng tối đa của xe ma hệ thong ray có thé nâng ứng với từng cấu hình cụ thẻ nghiên cứu.2 Cách tiễn hành và kết qua thu được. Chon vật liệu chính dé làm hệ thống ray la nam châm den (2.
Xe trượt có thé sử dụng các nam châm cùng loại.