Учебный прибор по физике

 

Изобретение относится к учебным пособиям по физике. Прибор содержит размещенный в полости электромагнита-соленоида сосуд из токопроводного материала, частично заполненный ферромагнитной жидкостью, с крышкой из диэлектрика, в направляющих которой установлен токопроводящий стержень, снабженный возвратной пружиной с кнопкой и диэлектрическим наконечником, взаимодействующим с жидкостью, а также сигнализатор, соединенный последовательно с источником тока через ключ, стержень и корпус сосуда, что позволяет демонстрировать изменение агрегатного состояния ферромагнитной жидкости под действием магнитного поля. 1 ил.

Изобретение относится к учебным пособиям и может быть использовано на занятиях по физике для наглядной демонстрации группе обучаемых явления изменения вязкостного состояния ферромагнитной жидкости при воздействии на нее магнитного поля.

Известен учебный прибор по физике, содержащий испытуемый образец, помещенный в сосуд с крышкой, снабженный нагревательным элементом, и датчик деформации испытуемого образца (авт.св. СССР N 564651).

Недостаток прибора - невозможность демонстрации изменения магнитных свойств образца при изменении его агрегатного состояния.

Известны различные виды калориметров и дилатометров, позволяющих регистрировать изменение фазового состояния твердых тел, а также переход вещества из жидкого состояния в твердое (Костин П.П. Физико-механические испытания материалов, сплавов и неметаллических материалов. М.: Машиностроение, 1990, с.177-190).

Недостаток устройств - невозможность использования для демонстрации перехода из жидкого состояния в твердое ферромагнитных жидкостей.

Наиболее близким к предлагаемому является учебный прибор по физике (авт. св. N 1030835), содержащий испытуемый образец, помещенный в сосуд из токопроводного материала с крышкой из диэлектрика, датчик деформации образца, выполненный в виде токопроводящего стержня, установленного в крышке с возможностью контактирования с испытуемым образцом, сигнализатора и источника тока, при этом корпус сосуда, токопроводящий стержень и сигнализатор соединены последовательно и подключены к источнику тока.

Данный прибор может демонстрировать изменение объема различных твердых тел при плавлении, но с помощью его невозможно показать изменение физических свойств ферромагнитной жидкости при изменении ее агрегатного состояния.

Цель изобретения - расширение демонстрационных возможностей путем демонстрации изменения вязкостных свойств ферромагнитной жидкости при изменении ее агрегатного состояния.

Для этого в качестве испытуемого образца используется ферромагнитная жидкость, сосуд размещен в полости электромагнита-соленоида, на торце стержня, взаимодействующего с испытуемым образцом, закреплен наконечник из диэлектрического материала, а сам стержень снабжен пружинным возвратным механизмом, установленным на крышке сосуда.

На чертеже показан общий вид прибора, который содержит металлический сосуд 1, испытуемый образец (ферромагнитная жидкость) 2, крышку 3 из диэлектрического материала, токопроводящий стержень 4 с диэлектрическим наконечником 5, возвратную пружину 6 с кнопкой 7, сигнализатор 8 с автономным источником 9 тока и ключом 10, электромагнит - соленоид 11, запитываемый через ключ 12, токоподводы 13 и 14 сигнализатора 8 и электромагнита 11 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении сосуд 1, частично заполненный ферромагнитной жидкостью 2, размещен во внутренней полости электромагнита-соленоида 11, ключи 10 и 12 разомкнуты, т.е. сигнализатор 8 и электромагнит-соленоид 11 обесточены, а кнопка 7 под действием пружины 6 находится в крайнем верхнем положении, которое на чертеже показано пунктиром. При этом образец 2 (ферромагнитная жидкость) находится в желеобразном (жидком) состоянии. После этого включают ключ 10 и нажимают кнопку 7 до срабатывания сигнализатора 8, поскольку электрическая цепь источника 9 замыкается через токопроводящий стержень 4, образец 2 (ферромагнитная жидкость, находясь в желеобразном состоянии, не препятствует погружению в нее стержня 4 с наконечником 5) и корпус 1. При отпускании кнопки 7 она под действием пружины 6 возвращается в исходное положение. Многократное нажатие на кнопку 7 и срабатывание сигнализатора 8 демонстрирует жидкое состояние образца 2. Затем перед нажатием кнопки 7 замыкают ключ 12 и пропусканием тока по катушке электромагнита-соленоида создают в его полости магнитное поле. Под действием магнитного поля ферромагнитная жидкость переходит из желеобразного состояния в твердое. При нажатии кнопки 7 цепь питания сигнализатора 8 не замыкается, так как изготовленный из диэлектрического материала наконечник 5 стержня 4 упирается в твердую свободную поверхность образца 2. Этим демонстрируется твердое состояние образца 2. Разомкнув ключ 12 и тем самым устранив воздействие магнитного поля на образец 2, переводят его в жидкое состояние. При этом при нажатии кнопки 7 стержень 4 вновь погружается в ферромагнитную жидкость и сигнализатор 8 срабатывает. При дальнейшем удержании кнопки 7 в нажатом положении замыкают ключ 12 и образец 2 переходит в твердое состояние. Отпускание кнопки 7 не приводит к размыканию цепи сигнализатора 8, поскольку образец 2, находясь в твердом состоянии, удерживает наконечник 5. Этим подтверждается твердое состояние образца. После размыкания ключа 12 магнитное поле с образца 2 снимается и он переходит в жидкое состояние, а воздействием пружины 6 узел, состоящий из кнопки 7 и стержня 4, перемещается в верхнее положение, размыкая цепь сигнализатора 8. Этим демонстрируется переход ферромагнитной жидкости из твердого состояния в жидкое.

Прибор позволяет демонстрировать переход ферромагнитной жидкости из жидкого (желеобразного) состояния в твердое и, наоборот, из твердого в жидкое.

Преимущество прибора состоит в возможности многократного использования, его простоте, доступности и высоких демонстрационных качествах.

Формула изобретения

УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ, содержащий испытуемый образец, помещенный в сосуд из токопроводящего материала с крышкой из диэлектрика, и датчик деформации образца, выполненный в виде сигнализатора и токопроводящего стержня, установленного в крышке с возможностью контактирования с образцом, при этом корпус, стержень и сигнализатор соединены последовательно с источником тока ключом замыкания, отличающийся тем, что сосуд размещен в полости электромагнита - соленоида, токопроводящий стержень снабжен установленным на крышке пружинным возвратным механизмом с кнопкой и диэлектрическим наконечником, взаимодействующим с образцом, в качестве которого использована ферромагнитная жидкость.

РИСУНКИ

Рисунок 1