Устройство для демонстрации действия силы лоренца

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ДЕЙСТВИЯ СИЛЫ ЛОРЕНЦА, содержащее имитатор зарядов, связанный с источником электрического поля, магнит и й, «i«a 4tSrtwWi регистратор отклонения зарядов, отличающееся тем, что, с целью повьппенйя наглядности, он имеет вертикально расположенный с возможностью.поворота между полюсами магнита полый цилиндр, выполненный из немагнитного токопроводящего материала , имитатор зарядов выполнен в виде воронки с сыпучим материалом, имекицей цилиндрический наконечник, расположенный соосно с цилиндром, а регистратор отклонения состоит из закрепленного на наружной поверхности цилиндра зеркала, источника света и градуированной планки, расположенной на пути отраженного от зеркала луча.

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(5l) G 09 B 23/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3682237/28-12 (22) 30.12.83 (46) 15.05.85. Бюл. 9 18 (72) А.И.Злькин, Г.Е.Лященко и Б.П.Суздальцев (71) Одесский ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им.И.И.Мечникова (53) 371.66(088.8) (56) А.А.Марголис. Практикум по школьному физическому эксперименту.

М., 1977, с. 212. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ

ДЕЙСТВИЯ СИЛЫ ЛОРЕНЦА, содержащее имитатор зарядов, связаннь1й с источником электрического поля, магнит и

„„SU„„1156114 А регистратор отклонения зарядов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения наглядности, он имеет вертикально расположенный с возможностью, поворота между полюсами магнита полый цилиндр, выполненный ° из немагнитного токопроводящего материала, имитатор зарядов выполнен в виде воронки с сыпучим материалом, имеющей цилиндрический наконечник, расположенный соосно с цилиндром, а регистратор отклонения состоит из закрепленного на наружной поверхности цилиндра зеркала, источника света и градуированной планки, расположенной на пути отраженного от зеркала луча.

1156114.г

Изобретение относится к учебным приборам по физике, а именно для изучения действия силы Лоренца.

Целью изобретения является повышение наглядности. 5

Устройство содержит электромагнит (магнит) 1, к полюсам которого прикреплены две изолирующие пластины 2 и две токопроводящие компенсационные пластины 3, к которым прикреплены 10 токопроводящие подшипники 4 немагнитных осей 5, установленных выше центра тяжести легкого токопроводящего немагнитного, например из алюминиевой фольги, полого цилиндра 6. На 15 цилиндре 6 закреплено плоское зеркало 7, отражающее луч 8 источника света — осветителя 9 — на градуированную планку 10 с нулевой отметкой

11 Цилиндр 6 установлен с возмож- 20 ностью свободного поворота в подшипниках перпендикулярно направлению магнитного поля. Над верхним концом цилиндра установлен имитатор зарядов, выполненный в виде немагнитной во- 25 ронки 12, закрепленной на изоляторе

13 штатива 14. Нижний конец воронки

1 выполнен в виде цилиндрического наконечника 15 и является формирователем потока заряженных частиц 16. Воронка 30 установлена так, чтобы .нижний конец формирователя находился на расстоянии

2-3 см над цилиндром 6 и обеспечивал попадание на нее потока заряженных частиц,для чего трубка формирователя выполнена по диаметру в 2-2,5 раза меньше цилиндра.6 визуализации, а оси наконечника 15 и цилиндра расположены на одной прямой. Воронка подключена с помощью проводника 17 к > источнику электрического поля высокого напряжения 18 через переключатель полярности 19. Воронка заполнена неслипающимся мелким сыпучим материалом 20, например сухим песком,4 и является имитатором зарядов визуализации, установленного в ппоскости симметрии посередине между полюсами магнита, определяется размерами полюсных наконечников магнита по 0 вертикали, Зеркало, осветитель и градуированная планка составляют регистратор отклонения зарядов.

Устройство работает следующим образом. М

Воронка 12 заполняется мелким сухим песком, который, просыпаясь через формирователь, в виде струи попадает в цилиндр 6. При заряженйи воронки высоким напряжением от источ ника 18 через переключатель полярности 19 подводимого напряжения (например, от электоофорной машины, индуктора и т.п.) песок заряжается, и заряженные частицы, пролетая в цилиндре, отклоняются магнитным полем в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции и направлению скорости движения частиц.

Для положительного заряда направление силы Лоренца 6пределяется согласно правой тройке векторов или правилу правого буравчика.

При вращении правого буравчика от вектора Y к вектору 8, направление его движения указывает направление силы F

Отклоненные магнитным полем заря-. женные частицы приобретают некоторое количество движения mY в направлении действующей силы Лоренца, и сумма импульсов, передаваемых частицами, сталкивающимися с передней стенкой

rI цилиндра 6, больше чем сумма импульсов, передаваемых стенке b, в результате чего цилиндр поворачивается на некоторый угол, что вызывает отклонение отраженного от зеркала луча осветителя от нулевой отметки шкалы.

Зто отклонение свидетельствует о повороте цилиндра визуализации, отклоняемой от вертикального положения потоком отклоненных магнитным полем движущихся заряженных частиц определенного знака заряда, .т.е. о. действии силы на движущиеся в магнитном поле заряженные частицы.

При изменении знака заряда частиц с помощью переключателя полярности (при прежнем направлении магнитного поля) направление силы

Лоренца изменяется на противоположное и световое пятно на шкале отклоняется в противоположную сторону.

При изменении направления магнитного поля изменяется соответственно направление силы Лоренца.

Токопроводящие компенсационные пластины 3 введены для нейтрализации электростатических сил притяжения между заряженным цилиндром 6 и полюсами магнита.

В отсутствии этих пластин полюсные наконечники магнита зарядились бы по индукции от наэлектризованного

1156114

3}МЯЛИ Заказ 3151/48 Тираж 452 Цодлшское

Фшлйал ППП "Паташт, г. Ужгород, ул.Нроежтшая,4.

3 заряженным песком цилиндра 6 заряда противоположного знака.

При этом силы электростатического притяжения цилиндра к правому и левому полюсам магнита равны и npoTHBoIIoJIoKHo направлены только при расположении цилиндра строго в плоскости симметрии.

При случайном небольшом отклонении цилиндра из этой плоскости, например, 1р к южному полюсу силы электростатического притяжения к этому полюсу возрастают обратно пропорционально квадрату расстояния, а сила притяжения к северному полюсу ослабевает в той же зависимости. В результате на цилиндр действовала бы все большая и большая сила, вплоть до заклинивания подшипников и деформации легкой (из алюминиевой фольги) трубки.

При наличии пластин предусмотренных конструкцией, заряжаемых через оси и подшипники одноименно с цилиндром, .случайное боковое откло- нение цилиндра в сторону какого-либо полюса вызывает увеличение силы отталкивания его от этого полюса и ослабление этой силы от другого полюса, в результате чего цилиндр автоматически возвращается.в плоскость симметрии.

Введение в устройство имитатора зарядов, выполненного в виде воронки, заполненной заряженными микрочастицами, и узла визуализации в виде токопроводящего цилиндра с зеркалом позволяет продемонстрировать действйе силы Лоренца на положительно или ° отрицательно заряженные микрочасти- цы, движущиеся в магнитном поле.