CN202976604U - 一种基于磁悬浮的角动量守恒演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于磁悬浮的角动量守恒演示仪。其特征在于支杆上安装永磁悬浮轴承，该轴承由转子和定子组成。转子和定子上分别安装有永磁体，其磁极方向垂直于二者的共切面且方向相反，由此转子既能保持径向悬浮又能保持轴向悬浮，减小了机械摩擦和能量损失。转子中安装有控制芯片、电池、电磁体，手持遥控器发射遥控信号，控制芯片根据信号指令来调节电磁体产生的磁场，则金属球受力改变，进而距离支杆的距离改变，从而系统的转动惯量随之改变。本实用新型结构简单，演示效果明显，便于控制。

Description

一种基于磁悬浮的角动量守恒演示仪

技术领域

本实用新型涉及物理演示实验教学仪器，具体说是一种基于磁悬浮的角动量守恒演示装置。

背景技术

目前，在大学物理角动量守恒演示实验中，一般采用茹科夫转椅来演示当转动惯量改变时角动量守恒，但是该装置体积较大，不便于带到课堂上演示。由于该装置轴承处摩擦大，

演示持续时间较短，不能达到满意的效果。该演示装置需要在演示过程中手动调节，对演示效果存在一定的影响，还存在一定的安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的：提供一种结构简单、效果明显，便于携带，控制方便的角动量守恒演示仪。

本实用新型的技术方案为：为达到上述目的，本角动量守恒演示仪由底座、支杆、永磁悬浮轴承、金属球、圆筒、电池、电磁体、控制芯片、遥控器组成。支杆固定在底座上，永磁悬浮轴承设置在支杆上。永磁悬浮轴承由定子和转子组成，定子和转子之间通过永磁体之间的斥力得以保持一定的间隙，从而减小摩擦损失，实现持久旋转。转子中安装有电池、控制芯片和电磁体，电池和控制芯片安装在转子的内部，两个电磁体对称安装在转子的外表面上。控制芯片与电池和电磁体通过导线相连，其中控制芯片在干路上，两个电磁体并联，分属两条支路。金属球放置在圆筒内，圆筒的一端固定在永磁悬浮轴承的转子上，并且使电磁体位于圆筒内部，电磁体产生磁场的方向沿圆筒轴线方向并指向外侧，圆筒的另一端封闭。遥控器将控制信号传给控制芯片，控制芯片通过控制电池提供给电磁体的电流来调节电磁体产生的磁场，进而改变金属球的受力，从而控制金属球距离支杆的距离，即调节系统的转动惯量，由此验证角动量守恒定律。

本实用新型的有益效果为：本装置安装了永磁悬浮轴承，因其既能保持轴向悬浮又能保持径向悬浮，减小了因摩擦而造成的能量损失，使得演示维持时间更长，效果更佳明显。该演示仪靠改变电磁体的磁场来调节系统的转动惯量，在演示过程中，通过遥控控制即可方便调节装置的转动惯量，更加清晰直观的验证角动量守恒定律。并且该装置结构简单，体积小，造价小，便于推广。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型角动量守恒演示仪的平面效果图。

图2是永磁悬浮轴承的平面效果图。

图中：1.支杆，2.永磁悬浮轴承，3.右电磁体，4.左电磁体，5.右圆筒，6.左圆筒，7.金属球，8.底座，9.定子，10.转子，11.电池，12.控制芯片，13.永磁体，14.永磁体。

具体实施方式

如图1所示，支杆1固定在底座8上，永磁悬浮轴承2设置在支杆1上，由于永磁悬浮轴承2的存在，减小了摩擦能量损失。右电磁体3、左电磁体4对称设置在永磁悬浮轴承2的表面上，可以产生垂直于支杆并且方向向外的磁场。右圆筒5和左圆筒6的一端固定在永磁悬浮轴承2上，另一端封闭，并且电磁体3、4分别在圆筒5、6的内部，其产生的磁场沿圆筒轴线方向并指向外侧。金属球7放在圆筒5内，其直径略小于圆筒5的内径。

如图2所示，永磁悬浮轴承2由定子9和转子10构成。定子9中设置有四个永磁体13，转子10中设置有四个永磁体14，永磁体13和永磁体14二者的磁极方向相反，并且垂直于二者的共切面，使得斥力既有轴向分量又有径向分量，此永磁悬浮轴承2既能保持轴向悬浮又能保持径向悬浮。转子10中安装有电池11，控制芯片12、右电磁体3、左电磁体4。右电磁体3和左电磁体4与电池11和控制芯片12用导线连在一起，控制芯片12在干路上，电磁体3、4之间并联且分属两条支路。遥控器将信号传给控制芯片12，控制芯片12根据信号指令调节通过电磁体3、4的电流，从而改变金属球7的受力。

装置演示时，用手推到圆筒5、6旋转。由于永磁悬浮轴承2存在，装置可以长时间保持匀速转动。手持遥控器调节电磁体3、4产生的磁场，则金属球7的受力随之发生改变。当调节增大电磁体3、4产生的磁场，金属球7受到的吸引力增大，则向靠近支杆1的方向移动，装置的转动惯量减小，从而转动的角速度增大。反之，转动的角速度减小。

Claims (2)

1.一种基于磁悬浮的角动量守恒演示仪，由底座、支杆、永磁悬浮轴承、金属球、圆筒、电池、电磁体、控制芯片、遥控器组成，其特征是：支杆固定在底座上，永磁悬浮轴承设置在支杆上，永磁悬浮轴承由定子和转子组成，转子内部安装有电池和控制芯片，转子的表面上对称安装有两个电磁体，电池、控制芯片和电磁体三者之间通过导线连接，控制芯片在干路上，两个电磁体并联，分属两个支路；金属球放置在圆筒内，圆筒的一端封闭，另一端固定在转子上，且电磁体位于圆筒的内部，其产生的磁场沿圆筒轴线方向。 

2.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮的角动量守恒演示仪，其特征在于：永磁悬浮轴承由定子和转子构成，定子和转子上分别安装有永磁体，其磁极方向相反且垂直于二者的共切面，使得永磁体既能保持轴向悬浮又能保持径向悬浮。 

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