Прибор для демонстрации точки кюри ферромагнетиков

 

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 09 В 23(18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4873974/12 (22) 16.10,90 (46) 30.10.92. Бюл. ¹ 40 (71) Харьковский политехнический институт им. В, № Ленина (72) А. К. Кульчицкая, 8. 8, Ушаков и С. B.

Очеретяный (56) Козлов В. И. Общий физический практикум, Электричество и магнетизм. М., 1987, с.

132-133.

„„. Щ „„1 772816 А1 (54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ТОЧКИ КЮРИ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (57) Сущность изобретения; устройство содержит колебательные контуры 1, 2, осциллограф 3, трансформатор 4 сетевого напряжения, диоды 5, 6, ферромагнетик 7, 2

1772816

Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике.

Известен прибор для демонстрации точки Кюри ферромагнетиков, содер>кащий осциллограф, трансформатор сетевого на- 5 пряжения, катушки индуктивности и ферромагнетик, Недостатками известного устройства являются невысокие дидактические возможности. 10

Целью настоящего изобретения является расширение дидактических возможностей, На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 а, б — осциллограммы, поясня- 15 ющие принцип его действия.

Устройство содержит рабочий колебательный контур 1, состоящий из катушки индуктивности Li и конденсатора С1, настроечный колебательный контур 2, состоя- 20 щий из катушки индуктивности Е2 и конденсатора Cz, осциллограф 3, трансформатор 4 сетевого напряжения, два диода 5 и 6, а также демонстрируемый ферромагнетик 7 с термопарой (не показана), На фиг. 1 25 приведен основной вариант коммутации входов осциллографа с колебательными контурами 1 и 2: контур 1 (точки а и b) коммутирует с вертикальным входом осциллографа, а контур 2 (точки с и d) — с 30 горизонтальным. Одноименные электроды диодов 5 и 6 соединены соответственно с первым выводом вторичной обмотки трансформатора и первыми выводами колебательных контуров 1 и 2, Питание устройства 35, может осуществляться как от электросети, так и от генератора синусоидальных сигналов звукового диапазона частот.

В начальном состоянии ферромагнетик

7 должен находиться за пределами катушки 40 (.1.

Устройство работает следующим образом, В течение каждого положительного полупериода синусоидального напряжения на 45 трансформаторе 4 диоды 5 и 6 пропускают ток в колебательные контуры 1 и 2, при этом напряжения на конденсаторах С1 и С2 изменяются синфазно, и, за вычетом незначительного падения напря>кения на диодах 5 50 и 6, адекватны напряжени|о на вторичной обмотке трансформатора. Поэтому в течение положительного полупериода электронный луч описывает на экране прямую в первом квадранте, независимо от парамет- 55 ров L, С обоих контуров, В конце положительного полупериода (фиг. 2а), когда токи смещения Cdu/dt в конденсаторах С1 и Cz и токи в катушках Li u Lg достигают экстремального значения, диоды

5 и 6 запираются и автоматически отключают от трансформатора 4 колебательные контуры 1 — 2. За счет запасенной энергии магнитного поля в катушках Li, L2 реализуются собственные затухающие колебания напряжения на конденсаторах Ci и С2 в отрицательный полупериод сетевого напряжения, Эти колебания можно демонстрировать совместно на экране двухлучевого осциллографа, изменяя частоту генератора синусоидальных сигналов.

Для подготовки и настройки прибора к работе необходимо добиваться синфазности колебаний в контурах 1 и 2 s течение всего периода сетевого напряжения, что достигается варьированием емкости С2 и индуктивности L2 в настроечном контуре 2.

Критерием правильной настройки может служить любое из трех изображений на экране осциллографа, 1. При включении осциллографа по схеме на фиг. 1 колебания отображаются в виде прямой, проходящей в первом и третьем квадранте (результат сложения взаимно перпендикулярных синфазных колебаний).

2, Если вертикальный вход осциллографа на фиг. 1 подключить к точкам а и с, на экране наблюдается отрезок горизонтальной прямой, 3. При подключении контуров 1 и 2 к двухлучевому осциллографу кривые сливаются в одну, После настройки прибора, в катушку Li рабочего контура вводят нагретый испытываемый образец. Если температура образца окажется выше точки Кюри, изображение на экране осциллографа не изменится, т. к. образец в п арама г нитном состоянии обладает малой магнитной проницаемостью, и поэтому индуктивность рабочего контура 1 остается практически неизменной, По мере остывания образца его температура приближается к точке Кюри, и с момента ее достижения происходит быстрое увеличение магнитной проницаемости до значений 10 +10 Вследствие увеличения индуктивности рабочего контура 1 осцилляции напряжений в контурах 1 и 2 имеют характер, показанный на фиг. 2а. Это обстоятельство приводит к резкому изменению изображения на экране осциллографа в зависимости от способа его подключения к схеме.

1. При включении осциллографа по схеме на фиг, 1, прямая преобразуется в сложную спиралеобразную траекторию типа фигуры Лиссажу для двух колебаний близких частот, но убывающей амплитуды.

Если вертикальный вход осциллографа подключить к точкам а-с, и на горизонтально отклоняющие пластины подать напря>ке1772816

Составитель В,Ушаков

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М.максимишинец

Редактор

Заказ 3847 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ние генератора развертки, на экране возникает типичная картина биений. показанная на фиг 2б.

3. При подключении контуров-1 и 2 к двухлучевому осциллографу единая осцилляционная кривая расщепляется на две, сдвиг фаз между которыми постепенно увеличивается (фиг. 2а).

В любом из трех способов точка Кюри определяется по термопарному термометру

Кроме описанной возможны и другие методики демонстрации точки Кюри с помощью предлагаемого прибооа(нагревание образца непосредственно в катушке L>, введение компенсационного ферромагнетика в катушку 1 и т..д.).

Преимущество заявляемого прибора с прототипом состоит в том, что для демонстрации фазового перехода пригодны образцы произвольной формы и.малого объема (стержни, пластинки, куски ферромагнетиков). Это объясняется тем, что образец вво. дится только в одну из катушек, причем для реализации биении требуется незначительное изменение индуктивности рабочего колебательного контура. Куски ферромагнетиков удобно, например, нагревать предварительно в пламени горелки, что невозможно использовать для прототипа.

Второе преимущество — расширенные функциональные и дидактические возможности при изучении электромагнетизма и колебательных процессов (эатухающие и вынужденные колебания, сложение колебаний, биения и т. д,) на простом и легко изготавливаемом устройстве. В частности, переход к прототипу осуществляется отключением диодов 5 и 6, введением двух

5 резисторов в колебательные контуры 1-2 и

П-образных ферромагнитных сердечниковв катушки. Наибольший дидактический эффект, информативность и удобства демонстрирования достигаются при использовании

10 генератора звукового диапазона частот.

Формула изобретения

Прибор для демонстрации точки Кюри ферромагнетиков, содержащий осцилло15 граф, трансформатор сетевого напряжения. катушки индуктивности и ферромагнетик, отличающийся тем. что, с целью расширения дидактических возможностей путем регистрации фазового перехода фер20 ромагнетика в парамагнетик, он снабжен диодами и конденсаторами, образующими с катуш ка ми инду ктив ности кол ебател ьн ые контуры, при этом первый вывод вторичной обмотки трансформатора се евого напря25 жения соединен с анодами диодов, катоды которых подключены к первому и второму входам осциллографа и первым выводам колебательных контуров, соединенных вторыми выводами с третьим и четвертым

30 входами осциллографа и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора сетевого напряжения, причем ферромагнетик размещен внутри катушки индуктивности одного из колебательных контуров.