Способ демонстрации явления униполярной индукции


 


Владельцы патента RU 2458409:

Федеральное казенное предприятие "Нижнетагильский институт испытания металлов" (ФКП "НТИИМ") (RU)

Изобретение относится к способу демонстрации явления униполярной индукции. Постоянный цилиндрический магнит со сквозным осевым отверстием приводят во вращение с постоянной скоростью вокруг его продольной оси симметрии и регистрируют наличие индукционного тока в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура. После регистрации индукционного тока в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура вращение постоянного цилиндрического магнита прекращают. Замыкают полюса постоянного цилиндрического магнита внутри него. Возобновляют вращение постоянного цилиндрического магнита и регистрируют отсутствие индукционного тока в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности выявления места наведения ЭДС униполярной индукции в замкнутом проводящем контуре. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам демонстрации явлений, изучаемых физикой, в частности явления электромагнитной индукции и конкретно ее частного случая - униполярной индукции в учебном процессе.

Явление электромагнитной индукции состоит в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре, помещенном в магнитное поле, при относительном движении замкнутого проводящего контура и магнитного поля. Проявлением возникновения этой ЭДС является появление индукционного тока в замкнутом проводящем контуре.

Явление униполярной индукции применяется в технике, например в генераторах постоянного тока, и, в частности, при создании вооружения. Явление униполярной индукции используют для получения постоянной ЭДС индукции. Указанное явление используют для разъяснения смысла закона электромагнитной индукции. При его демонстрации невозможно достоверно указать все элементы, составляющие замкнутый проводящий контур.

Известен способ демонстрации явления униполярной индукции, заключающийся в приведении во вращение вокруг своей продольной оси симметрии с постоянной скоростью цилиндрического постоянного магнита с полюсами на торцах, имеющего проводящий стержень, закрепленный на одном из его торцов и размещенный на продольной оси симметрии магнита, и регистрации наличия индукционного тока измерительным прибором, соединенным соответствующими проводниками со скользящими контактами с проводящим стержнем и боковой поверхностью магнита (см. Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М.: Наука, 1976, С 541). В указанном способе демонстрации явления униполярной индукции измерительный прибор и два проводника со скользящими контактами являются неподвижными частями замкнутого проводящего контура. Недостатком предложенного способа является отсутствие возможности указания места наведения ЭДС униполярной индукции в замкнутом проводящем контуре.

Известен способ демонстрации явления униполярной индукции, заключающийся в приведении во вращение с постоянной скоростью вокруг своей продольной оси симметрии цилиндрического постоянного магнита с полюсами на торцах, регистрации наличия индукционного тока в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура измерительным прибором, соединенным с боковой поверхностью магнита проводниками со скользящими контактами, разнесенными вдоль боковой поверхности магнита (см. Поль Р.В. Учение об электричестве. - М.: Физматгиз, 1962, С.114). В указанной демонстрации измерительный прибор и два проводника со скользящими контактами являются неподвижными частями замкнутого проводящего контура.

Недостатком предложенного способа является отсутствие возможности установления места наведения ЭДС индукции в замкнутом проводящем контуре.

Целью предлагаемого изобретения является способ демонстрации явления униполярной индукции, позволяющий установить место наведения ЭДС униполярной индукции.

В предлагаемом способе демонстрации для достижения указанной цели постоянный цилиндрический магнит со сквозным осевым отверстием приводят сначала во вращение с постоянной скоростью вокруг его продольной оси симметрии, регистрируют наличие индукционного тока в неподвижной части замкнутого проводящего контура, затем прекращают вращение цилиндрического постоянного магнита и замыкают его полюса внутри магнита замыкающим элементом из ферромагнитного материала, и приводят магнит с замыкающим элементом во вращение с постоянной скоростью.

На чертеже представлена схема элементов для демонстрации явления униполярной индукции на этапе установления места возникновения ЭДС униполярной индукции, где 1 - постоянный цилиндрический магнит; 2 - части замыкающего элемента; 3 - монтажные провода; 4 - микроамперметр (регистратор наличия индукционного тока); 5 - скользящие контакты.

Для демонстрации явления униполярной индукции предлагаемым способом в качестве источника магнитного поля использован постоянный цилиндрический магнит 1 с полюсами на торцах и со сквозным осевым отверстием для размещения частей замыкающего элемента для замыкания полюсов магнита. Постоянный цилиндрический магнит 1 в представленном описании демонстрации собран из кольцевых ферритовых магнитов с токопроводящим покрытием из медной фольги, закрепленной на боковой поверхности магнита.

Замыкающий элемент в представленном описании демонстрации содержит две одинаковые части 2, выполненные из магнитомягкого материала, например стали 3. Каждая часть 2 выполнена в виде цилиндра с диском на одном торце. У цилиндра наружный диаметр меньше внутреннего диаметра осевого отверстия цилиндрического постоянного магнита, высота равна половине высоты цилиндрического постоянного магнита, а внешний диаметр диска равен наружному диаметру постоянного цилиндрического магнита. Высота диска зависит от выбранного материала для изготовления частей 2. Диски указанных цилиндров в сборке примыкают к полюсам постоянного цилиндрического магнита 1 снаружи, а другие их торцы соединены между собой внутри его сквозного осевого отверстия.

В представленном способе демонстрации неподвижными элементами замкнутого контура являются микроамперметр (регистратор наличия индукционного тока) 4 и два обычных монтажных провода 3 со скользящими контактами 5, соединяющими микроамперметр 4 с боковой поверхностью постоянного цилиндрического магнита 1. Один скользящий контакт 5 проводника 3 размещен на боковой поверхности магнита вблизи его торца, а другой - вблизи середины боковой поверхности магнита для получения максимального индукционного тока. Скользящие контакты в представленной в описании демонстрации представляют собой пластины, выполненные из пружинистой стали с нанесенным слоем меди в местах контакта с боковой поверхностью магнита для предотвращения возникновения термоЭДС от нагрева за счет трения скользящего контакта о боковую поверхность магнита. Скользящие контакты установлены друг над другом в плоскости, перпендикулярной горизонтальной поверхности демонстрационного стола, закреплены на диэлектрическом основании, которое закреплено на лабораторной стойке.

Постоянный цилиндрический магнит 1 и описанные неподвижные элементы 3, 4, 5 замкнутого проводящего контура представляют собой элементы модели униполярной машины.

Перед демонстрацией постоянный магнит 1 помещают в зажимной патрон, установленный на оси двигателя, закрепленного на демонстрационном столе. Зажимной патрон выполнен в виде цилиндрического стакана из немагнитного материала с тремя зажимными винтами для центрирования магнита 1. Ось двигателя перпендикулярна горизонтальной поверхности демонстрационного стола. На демонстрационном столе установлен микроамперметр 4 с проводниками 3 со скользящими контактами 5 в виде пластин, один конец которых закреплен на лабораторной стойке, а другой размещен на боковой поверхности постоянного цилиндрического магнита 1. Двигатель приводит в равномерное вращательное движение вокруг своей оси постоянный цилиндрический магнит 1. Микроамперметр 4 показывает наличие индукционного тока. Чувствительность микроамперметра 4 зависит от геометрических размеров магнита, его индукции и скорости вращения. Например, при выполнении цилиндрического магнита из 5 колец из феррита с размерами: наружный диаметр - 60 мм, внутренний диаметр - 25 мм, высота колец - 9 мм, и вращении магнита со скоростью 1100 оборотов в минуту был использован микроамперметр М 122 с ценой деления 1×10-7 А, который показал ток 15×10-7 А (стрелка микроамперметра отклонилась на 15 делений). На этом этапе демонстрации обнаруживают индукционный ток в неподвижных проводниках 3, соединенных с боковой поверхностью цилиндрического магнита 1 при его вращении. Далее вращение магнита 1 прекращают, вынимают из зажимного патрона магнит 1, затем замыкают его полюса с помощью частей 2 замыкающего элемента, тем самым уменьшая внешнее поле магнита 1, и устанавливают магнит 1 с замыкающим элементом в зажимной патрон, снова приводят магнит 1 во вращение. Стрелка микроамперметра 4 не отклоняется от нуля. При замыкании магнитных полюсов внешнее магнитное поле постоянного цилиндрического магнита 1 полностью не устраняется, поэтому при использовании более чувствительного микроамперметра 4 можно обнаружить индукционный ток. Отсутствие индукционного тока на этапе демонстрации с применением постоянного цилиндрического магнита 1 с замкнутыми полюсами доказывает, что ЭДС униполярной индукции при вращении постоянного цилиндрического магнита 1 возникает в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура: в проводах 3 со скользящими контактами 5, соединяющих микроамперметр 4 с боковой поверхностью постоянного цилиндрического магнита 1. Таким образом, в представленном способе демонстрации явления униполярной индукции на модели униполярной машины в выбранной системе отсчета вначале регистрируют появление индукционного тока в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура, вызванного электрическим полем, появившимся из-за вращения (движения) магнитного поля постоянного цилиндрического магнита 1 вследствие вращения магнита 1 вокруг своей продольной оси симметрии. А затем после замыкания полюсов магнита 1 с помощью частей 2 замыкающего элемента регистрируют отсутствие индукционного тока из-за ослабления внешнего магнитного поля постоянного цилиндрического магнита 1, и отсутствие индукционного тока в этом случае указывает на то, что местом возникновения ЭДС униполярной индукции являются неподвижные элементы замкнутого проводящего контура.

Способ демонстрации явления униполярной индукции, включающий приведение во вращение с постоянной скоростью постоянного цилиндрического магнита вокруг его продольной оси симметрии и регистрацию наличия индукционного тока в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура, отличающийся тем, что демонстрацию явления проводят с использованием постоянного цилиндрического магнита со сквозным осевым отверстием и после регистрации индукционного тока в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура вращение постоянного цилиндрического магнита прекращают, замыкают полюса постоянного цилиндрического магнита внутри него, возобновляют его вращение и регистрируют отсутствие индукционного тока в неподвижных элементах замкнутого проводящего контура.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к демонстрационному оборудованию и предназначено для демонстрации физических свойств магнитных жидкостей - магнитных и жидкостных - в общеобразовательных, учебных и выставочных целях.

Изобретение относится к демонстрационно-исследовательскому оборудованию и предназначено для демонстрации и исследования физических свойств магнитных жидкостей в общеобразовательных, учебных, выставочных целях и научных.

Изобретение относится к области феррогодродинамики и может быть использовано в качестве учебного и наглядного пособия при изучении физических свойств магнитной жидкости, в выставочной деятельности, а также в развлекательных и рекламных целях.

Изобретение относится к демонстрационно-исследовательскому оборудованию и предназначено для демонстрации и исследования физических свойств магнитных жидкостей в общеобразовательных, учебных, выставочных целях и научных.

Изобретение относится к области электроники, электротехники и атомной физики и может быть использовано при проведении лабораторных работ и научных исследований в указанной области.

Изобретение относится к группе механизмов, в которых связь механических звеньев осуществляется прохождением магнитного потока при отсутствии между ними контакта, и предназначено для демонстрации опытов по электромагнетизму.

Изобретение относится к средствам обучения и является аппаратным оснащением процесса обучения разработке микроконтроллерных систем управления. .

Изобретение относится к средствам индивидуального или группового обучения работе с цифровыми логическими электронными схемами. .

Изобретение относится к учебным установкам и может быть использовано для изучения и углубления знаний физических законов и явлений. .

Изобретение относится к научным моделям, приборам для демонстрации в натуральную величину, учебно-тренировочным устройствам, в частности, для моделирования магнитной обстановки в отсеках космического корабля.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к техническим средствам обучения

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики для получения и углубления знаний физических законов и явлений

Изобретение относится к области обучающихся устройств, а именно к техническим средствам для изучения основ функционирования электрических машин и электроприводов

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних специальных учебных заведениях по курсу физики для изучения и углубления знаний физических законов и явлений

Изобретение относится к области электронных обучающих устройств. Стенд для изучения гибридных электронных устройств содержит: блок логических элементов, блок триггеров, счетчик, дешифратор двоичного кода в позиционный, регистр, аналого-цифровой преобразователь, первый блок индикации, второй блок индикации, блок ввода-вывода, блок компараторов, блок переключателей, аналоговый сумматор, набор диодов, набор резисторов, набор конденсаторов, блок управления, регулятор напряжения, генератор. Второй блок индикации содержит линейный многоразрядный светодиодный индикатор. Вход аналого-цифрового преобразователя подключен к соответствующим гнездам наборного поля, а выход соединен с входом второго блока индикации и вторым входом данных блока ввода-вывода. Блок ввода-вывода дополнительно содержит второй модуль оперативной памяти, вход данных которого подключен ко второму входу данных блока ввода-вывода, выход данных которого образуют объединенные в многоразрядную шину данных выходы первого и второго модулей оперативной памяти. Первый блок индикации дополнительно содержит знакосинтезирующий индикатор, входы которого подключены к соответствующему разряду входа блока индикации. Техническим результатом изобретения является получение практических навыков работы с цифровыми и гибридными электронными устройствами, исследования динамики работы цифровых устройств и выполнения компьютерных измерений. 9 ил.

Изобретение относится к комплекту оборудования по курсу физики «Электромагнитные явления». Устройство содержит корпус, съемную крышку, маркированный и немаркированный магнит, компас, установочный столик, источник питания, набор соединительных проводов, прямоугольные платы, на каждой из которых закреплены либо выключатель, либо лампочка, либо постоянный резистор, либо переменный резистор, либо катушка, либо проволочные резисторы на каркасе, штатив. Маятник выполнен в виде катушки-мотка. Намоточный провод снабжен маркером направления намотки. Подставка для магнита выполнена в виде [-образной скобы. Ползун выполнен в виде стержня, изготовленного из немагнитного материала, на одном конце которого закреплен набор магнитов, а на другом направляющая шайба. Направляющая ползуна выполнена в виде немагнитопроводящей полиэтиленовой прозрачной трубки с ограничителями. Электромагнит выполнен в виде катушки-мотка, закрепленной на пластине с вертикальным стержнем. Пластина закреплена на плате, а выводы обмотки катушки-мотка взаимодействуют с электрогнездами платы. Техническим результатом изобретения является повышение удобства пользования, расширение диапазона проведения опытов. 7 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к лабораторным приборам по разделу физики "Магнетизм". Сердечник выполнен составным из двух автономных элементов, каждый из которых выполнен в виде металлической пластины с закрепленным на ней вертикальным стержнем. Одна из пластин закреплена на прямоугольной плате с электрогнездами. Первичная обмотка выполнена в виде катушки-мотка, закрепленной на свободном конце пластины. Вторичная катушка выполнена в виде автономной катушки - мотка, выводы которой снабжены штекерами, и установлена на вертикальный стержень закрепленной пластины. Вторая пластина с вертикальным стержнем является замыкающей и установлена стержнем в первичную обмотку. Свободным концом пластина взаимодействует со стержнем закрепленной пластины. Выводы намоточного провода закрепленной катушки-мотка соединены с контактными лепестками образованных в плате электрогнезд, которые соединительными проводами соединены либо с гнездами источника постоянного тока, либо с ключом, либо с источником переменного тока. 2 ил.

Изобретение относится к учебным приборам по физике. Учебный прибор имеет штатив, немаркированный магнит, компас, подставку для магнитов, вольтметр, амперметр, миллиамперметр, источник питания учебный ВУ-4. Концы соединительных проводов снабжены штекерами. Ползун выполнен в виде стержня, изготовленного из немагнитного материала. На одном конце стержня закреплен набор магнитов, а на другом - ограничительная шайба. Направляющая для ползуна выполнена в виде немагнитопроводящей полиэтиленовой прозрачной трубки с ограничителями. Маятник выполнен в виде катушки-мотка. Намоточный провод снабжен маркером направления намотки. Концы намоточного провода соединены с удлинительными проводами, свободные концы которых снабжены штекерами. Удлинительные провода проходят внутри трубчатого стержня, выполненного из немагнитного материала, один конец которого соединен с катушкой, а свободный конец снабжен подвесным отверстием. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. Лист электропроводящей бумаги уложен на планшет. Через отверстие в планшете проходит длинный соленоид. Одно из лекал, входящих в набор лекал, через его отверстие насажено на длинный соленоид и уложено на лист электропроводящей бумаги и зафиксировано фиксатором его положения. Общий контакт переключателя на два положения соединен с первым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением. Неподвижный контакт закреплен на листе электропроводящей бумаги и соединен со вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением. Зонд соединен с первым контактом переключателя. Витки индикаторной катушки охватывают длинный соленоид под планшетом. Первый вывод катушки соединен со вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением, а второй вывод - со вторым контактом переключателя на два положения. Техническим результатом изобретения является моделирование циркуляции вектора вихревого электрического поля в разнообразных замкнутых контурах. 7 ил.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики для получения и углубления знаний физических законов и явлений. Установка содержит зонд, потенциометр, соединенный двумя концевыми контактами с источником постоянного тока. Два электрода круглого сечения плотно прижаты винтами к планшету с листом электропроводящей бумаги. Первый электрод соединен с движком потенциометра, а второй электрод - с одним из концевых контактов потенциометра. Первый ввод вольтметра с большим входным сопротивлением соединен со вторым электродом, а второй ввод - с зондом. Криволинейные кольца выполнены из диэлектрика и имеют разметку на их наружном и внутреннем контурах. Используемое из набора кольцо уложено на планшете с листом электропроводящей бумаги и прижато фиксатором положения. Прямоугольная система координат планшета направлена вдоль сторон планшета. Документальный лист имеет прямоугольную систему координат, которая аналогична прямоугольной системе координат планшета. Прямоугольный треугольник выполнен из диэлектрика и служит для переноса координат зонда с листа электропроводящей бумаги на документальный лист. Техническим результатом является упрощение конструкции и расширение области исследований. 6 ил.
Наверх