Projekt cewki Helmholtza o średnicy 0,5 m wykonanej z płyty OSB gr. 11 mm i drewna: Wstęp teoretyczny, zastosowania oraz wprowadzenie wzorów
Ta praca została zweryfikowana przez naszego nauczyciela: 23.01.2025 o 3:48
Rodzaj zadania: Wypracowanie
Dodane: 23.01.2025 o 3:43
Streszczenie:
Cewki Helmholtza generują jednorodne pola magnetyczne, mają zastosowanie w laboratorach i medycynie. Projekt uwzględnia wyliczenia elektryczne i stabilną konstrukcję. ⚡️?
Teoretyczne podstawy budowy cewki Helmholtza
Cewki Helmholtza to fundamentalne urządzenia stosowane do generowania jednorodnych pól magnetycznych. Zostały nazwane na cześć niemieckiego fizyka Hermanna von Helmholtza, który zaproponował ich użycie w połowie XIX wieku. Typowy układ składa się z dwóch identycznych cewek cylindrycznych umieszczonych równolegle i w odległości równej ich promieniowi. Konfiguracja ta jest optymalna dla uzyskania jednorodnego pola magnetycznego w obszarze pomiędzy cewkami. Fungują one na zasadzie superpozycji pól magnetycznych generowanych przez każdą z cewek, co pozwala na ich wzajemne zrównoważenie i eliminację gradientów wewnętrznych.Jednorodność pola magnetycznego, jaką możemy uzyskać przy użyciu cewek Helmholtza, jest nieoceniona w wielu zastosowaniach naukowych i technicznych. W laboratoriach fizycznych wykorzystuje się je do kalibracji przyrządów pomiarowych oraz badania właściwości magnetycznych materiałów. Co więcej, cewki te znajdują zastosowanie w nowoczesnych systemach obrazowania medycznego, takich jak rezonans magnetyczny (MRI), oraz w różnorodnych systemach nawigacji, w tym systemach nawigacji inercjalnej, które wymagają precyzyjnych danych dotyczących pola magnetycznego. Dzięki swojej prostocie i efektywności, cewki Helmholtza stanowią kluczowe narzędzie w eksperymentach związanych z pomiarami magnetycznymi oraz w zaawansowanych badaniach naukowych.
Teoretyczne wyliczenia elektrotechniczne
Przystępując do projektowania cewki Helmholtza, niezbędne jest uwzględnienie wartości elektrycznych, które zapewnią jej optymalną funkcjonalność. W naszym projekcie założono zasilanie prądem stałym o wartości 5 A. Kluczowym parametrem jest rezystancja cewki, która wpływa na napięcie zasilania i wydajność całego systemu. Rezystancję \( R \) można określić za pomocą wzoru:\[ R = \frac{\rho \times L}{A} \]
gdzie: - \( \rho \) (rezystywność materiału) wynosi około \( 1.68 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot m \) dla miedzi, - \( L \) to całkowita długość drutu, którą ustalamy na podstawie liczby zwojów, - \( A \) to przekrój poprzeczny drutu, dla naszego projektu wynosi \( .95 \, mm^2 \).
Jeśli w każdej z dwóch cewek znajduje się 100 zwojów, długość jednego zwoja to \(\pi \times .5\, m\), a całkowita długość drutu to:
\[ L = 2 \times 100 \times \pi \times .5\, m \approx 314.16 \, m \]
Rezystancję wyznaczamy jako:
\[ R = \frac{1.68 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot m \times 314.16\, m}{.95 \times 10^{-6} \, m^2} \approx 5.57 \, \Omega \]
Stosując prawo Ohma, napięcie \( U \) konieczne do utrzymania prądu 5 A wynosi:
\[ U = I \times R = 5 \, A \times 5.57 \, \Omega = 27.85 \, V \]
Wykonanie projektu
Projekt mechaniczny cewek realizowany będzie z użyciem płyty OSB o grubości 11 mm oraz drewna, co zapewnia stabilność oraz właściwe rozproszenie ewentualnych drgań. Cewki zostaną umieszczone na specjalnie przygotowanej konstrukcji składającej się z ramy wykonanej z tych materiałów, co zapewni precyzyjne rozmieszczenie cewek względem siebie i minimalizację ewentualnych ruchów, które mogłyby wpłynąć niekorzystnie na jednorodność pola. W projekcie przewidziano również odpowiednią izolację elektryczną zwojów, co ma na celu zapobieganie uszkodzeniom wynikającym z przepływu prądu o dużym natężeniu oraz kontrolę ciepła wydzielanego podczas ich pracy.Miejsce na grafikę projektu i zdjęcia modelu
[Tutaj należy wkleić grafikę oraz zdjęcia modelu]Załączone materiały graficzne obejmować będą zarówno projekt wykonany w AutoCAD, jak i zdjęcia modelu fizycznego. Przedstawione diagramy i fotografie winny ukazywać kluczowe aspekty konstrukcyjne tego projektu, takie jak sposób montażu cewek, ich konstrukcję i umiejscowienie na całej ramie. Analiza tych materiałów po ich stworzeniu pozwoli na ocenę jednorodności pola magnetycznego oraz na dopasowanie ewentualnych modyfikacji w projekcie w warunkach laboratoryjnych.
Ocena nauczyciela:
Ta praca została zweryfikowana przez naszego nauczyciela: 23.01.2025 o 3:48
O nauczycielu: Nauczyciel - Aleksandra F.
Od 8 lat pracuję w liceum ogólnokształcącym i systematycznie przygotowuję do matury. Stawiam na logiczny plan, celne przykłady i styl dopasowany do formy wypowiedzi; z ósmoklasistami ćwiczę czytanie ze zrozumieniem i krótkie formy. Na zajęciach panuje cisza sprzyjająca skupieniu i miejsce na pytania. Uczniowie chwalą klarowność wskazówek i spokojny sposób prowadzenia.
Świetnie opracowane wypracowanie, które obejmuje zarówno teoretyczne aspekty, jak i praktyczne zastosowania cewek Helmholtza.
Komentarze naszych użytkowników:
Oceń:
Zaloguj się aby ocenić pracę.
Zaloguj się