DE2507837C3

DE2507837C3 - Arrangement for demonstrating the magnetic field of a coil

Info

Publication number: DE2507837C3
Application number: DE19752507837
Authority: DE
Inventors: Theo Dr.-Ing. Dipl.-Ing. 8180 Tegernsee Huettner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-02-24
Filing date: 1975-02-24
Publication date: 1982-03-25
Also published as: DE2507837A1; DE2507837B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Demonstration des Magnetfeldes einer Spule, bei der die Richtung der Feldlinien anzeigende Magnetnadeln frei drehbar im Magnetfeld angeordnet sind und bei der die gesamte Versuchsanordnung auf drei im Abstand parallel übereinanderliegenden transparenten Platten, von denen eine mit einer Skala versehen ist, in einer für die Projektion in Durchlicht oder Auflicht geeigneten Größe untergebracht ist.The invention relates to an arrangement for demonstrating the magnetic field of a coil in which the The direction of the field lines indicating magnetic needles are arranged freely rotatable in the magnetic field and in which the entire experimental set-up on three transparent plates lying parallel on top of each other at a distance, one of which is provided with a scale, in one suitable for projection in transmitted light or reflected light Size is housed.

Diese zum Beispiel aus dem DE-GM 18 50 223 bekannte Demonstrationsanordnung ermöglicht es dem Lehrer, die Theorie des Spulenmagnetfeldes durch die Darstellung des Magnetfeldes mittels Eisenfeilspänen, welche die Gestalt des Magnetfeldes um die Spulenwindungen durch ihre Konzentration und Ausrichtung entlang der Feldlinien wiedergeben, oder durch die Anordnung von Kompaßnadeln in der Nähe der Spule zur Darstellung der magnetischen Polarität an den Spulenenden beziehungsweise der Feldlinienrichtung zu untermauern.This demonstration arrangement known for example from DE-GM 18 50 223 enables the Teacher, the theory of the coil magnetic field through the representation of the magnetic field by means of iron filings, which shape the magnetic field around the coil windings through their concentration and orientation along the field lines, or by placing compass needles near the coil to show the magnetic polarity at the coil ends or the direction of the field lines underpin.

Nachteilig bei dieser Demonstration ist es, daß die am Experimentiertisch gezeigten Aufbauten beziehungsweise deren Versuchsabläufe nur einem kleinen Höhrerkreis zugänglich sind. Entsprechend große Schaltungsaufbauten bringen wohl eine größere Sichtbarkeit, stehen aber andererseits wegen ihres entsprechenden Volumens einer sinnvollen Verwahrung in den Behältnissen für physikalische Sammlungen im Wege.The disadvantage of this demonstration is that the structures shown on the experiment table or whose test procedures are only accessible to a small group of listeners. Correspondingly large Circuit structures probably bring greater visibility, but on the other hand stand because of their corresponding Volume of a meaningful storage in the containers for physical collections in the way.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eineThe invention is based on the object of a

Anordnung zu schaffen, mit der es möglich ist, dieTo create an arrangement with which it is possible to use the

> physikalischen Vorgänge um eine stromdurchflossene Spule einem größeren Hörerkreis mit Hilfe von Tageslichtprojektoren darzubieten, und dabei nicht nur die Richtung des Magnetfeldes, sondern auch die des Stromflusses sowie eine quantitative Anzeige der> physical processes around a current-carrying coil to a larger audience with the help of To present overhead projectors, and thereby not only the direction of the magnetic field, but also that of the Current flow as well as a quantitative display of the

in Feldstärke sichtbar zu machen.to make visible in field strength.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöstThis task is given by the combination of those in the characterizing part of the main claim Features solved

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der ι ϊ Zeichnungen der F i g. 1 bis F i g. 4 näher erläutert. Es zeigtIn the following the invention is based on the ι ϊ drawings of F i g. 1 to F i g. 4 explained in more detail. It shows

Fig. 1 Einsatz der P:ojektionsschaltung zur Demonstration des Magnetfeldes einer Spule mit Hilfe des Tageslichtprojektors.Fig. 1 Use of the P: ojection circuit for demonstration the magnetic field of a coil with the help of the overhead projector.

>o F i g. 2 die auf der obersten transparenten Kunststoffplatte aufgezeichnete Spulensymbolik mit den Magnetfeldlinien und den Formeln des Magnetflusses für die Spule mit und ohne Eisenkern.> o F i g. 2 the ones on the top transparent plastic plate recorded coil symbols with the magnetic field lines and the formulas of the magnetic flux for the Coil with and without iron core.

F i g. 3 die auf der mittleren transparenten Kunststoff- >-, platte aufgebrachte Spule und die Magnetnadeln zur Anzeige der Magnetfeldeinrichtungen und der Richtung des in oder aus der Spule fließenden Stromes.F i g. 3 the coil attached to the middle transparent plastic-> -, plate and the magnetic needles for Display of the magnetic field devices and the direction of the current flowing into or out of the coil.

F i g. 4 die untere transparente Kunststoffplatte, auf welcher für die quantitativen Messungen drehbar eine so Magnetnadel und eine Skala aufgebracht sind.F i g. 4 the lower transparent plastic plate on which a rotatable for the quantitative measurements so magnetic needle and a scale are applied.

Gemäß F i g. 1 besteht die auf den Tageslichtprojektor 1 gestellte Projektionsanordnung 2 zur Demonstration des Magnetfeldes einer Spule aus drei völlig transparenten Kunststoffplatten 3, 4 und 5. Durch diesen Aufbau entstehen zwei Kammern, in welchen die Spule 6 und die Magnetnadeln 7 untergebracht sind.According to FIG. 1 there is the projection arrangement 2 placed on the overhead projector 1 for demonstration purposes the magnetic field of a coil made of three completely transparent plastic plates 3, 4 and 5. By This structure creates two chambers in which the coil 6 and the magnetic needles 7 are housed.

Auf der über der Spule 6 liegenden transparenten Kunststoffplatte 3 nach F i g. 2 sind innen oder außen durch geeignete Verfahren die symbolische Darstellung 4() 8 der Spule samt Zuleitung, der Feldlinienverlauf (beziehungsweise der Magnetfluß) 9 durch die Spule sowie der Magnetfeldverlauf um eine Spulenwindung 10, die Ampere'schen Strom- und Feldlinienregeln bezüglich eines stromdurchflossenen Leiters 11, die Formeln 12 bzw. 13 für den Magnetfluß in Luft bzw. in Eisen, sowie die Angabe der Spulenwindungszahl 14 und das Symbol 15 für den durch die Spule fließenden Strom /aufgebracht.On the transparent plastic plate 3 lying above the coil 6 according to FIG. 2 are inside or outside the symbolic representation 4 () 8 of the coil including supply line, the course of the field lines, by means of suitable processes (or the magnetic flux) 9 through the coil and the course of the magnetic field around a coil turn 10, the Ampere's current and field line rules with respect to a current-carrying conductor 11, the Formulas 12 and 13 for the magnetic flux in air or in iron, as well as the indication of the number of coil turns 14 and the symbol 15 for the current flowing through the coil / is applied.

Unterhalb der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Platte 3 liegt die transparente Kunststoffplatte 4, welche die Fig.3 zeigt. Auf ihr ist die elektrische Spule 6 aufgesetzt, die auf ein transparentes Kunststoffrohr 16 gewickelt ist, durch deren Öffnung 17 verschiedenartige Eisenkerne in die Spule eingebracht werden können. Die Magnetnadel 18, welche auf der transparenten Kunststoffplatte 4 drehbar gelagert ist, dient zur Anzeige der Feldlinienrichtung für den auf der transparenten Platte 3 in F i g. 2 angegebenen Magnetfeldkreis 10 eines stromdurchflossenen Leiters. Die beiden, ebenfalls auf der Platte 4 in der Fig.3 angegebenen Magnetnadeln 19 zeigen die Richtung des Magnetflusses der in der Fig.2 auf der transparenten Platte 3 gezeichneten Feldlinien 9 an. Der elektrische Anschluß der Spule 6 erfolgt über die Stifte 20 und 21 in Fig.3. Während vom Stift 20 die Zuleitung direkt zur Spule 6 führt, ist in die vom Anschlußstift 21 zur Spule 6 führende Zuleitung noch eine, um einen Eisenkern gewickelte kleine Spule 6 fließenden Stromes /Below the plate 3 shown in FIGS. 1 and 2 is the transparent plastic plate 4, which shows the Fig.3. The electric coil 6 is on top of it placed, which is wound on a transparent plastic tube 16, through the opening 17 of various types Iron cores can be introduced into the coil. The magnetic needle 18, which is on the transparent Plastic plate 4 is rotatably mounted, is used to display the field line direction for on the transparent plate 3 in F i g. 2 specified magnetic field circuit 10 of a current-carrying conductor. the two magnetic needles 19, also indicated on the plate 4 in FIG. 3, show the direction of the Magnetic flux in Fig.2 on the transparent Plate 3 drawn field lines 9. The electrical connection of the coil 6 is made via pins 20 and 21 in Fig. 3. While from the pin 20, the lead directly to Coil 6 leads, in the lead from the pin 21 to the coil 6 there is still one to an iron core wound small coil of 6 flowing current /

hinsichtlich seiner Richtung mittels der Magnetnadel 23 übernimmt. Die Spule 22 ist so klein dimensioniert, daß sie von der auf die Platte 3 in F i g. 2 dick gezeichneten Spulenzuleitung überdeckt wird und bei der Projektion nicht sichtbar ist Mit den in den F i g. 2 und 3 gezeigten Platten 3 und 4 ergibt sich beim Anschluß einer Spannungsquelle an die Stifte 20 und 21 bei der Projektion mittels des Tageslichtprojektors eine Aussage über die Richtung des in die Spule 6 fließenden Stromes. Ferner werden die Flußrichtung und der Richtungssinn des Magnetfeldes um einen Leiter in Abhängigkeit von der an den Anschlußklemmen 20 und 21 liegenden Polarität der Spannungsquelle sichtbar.with regard to its direction by means of the magnetic needle 23 takes over. The coil 22 is so small that it from the on the plate 3 in F i g. 2 thickly drawn coil lead is covered and in the projection is not visible With the in the F i g. 2 and 3 plates 3 and 4 shown when connecting a Voltage source to the pins 20 and 21 during the projection by means of the overhead projector a statement via the direction of the current flowing into the coil 6. Furthermore, the flow direction and the Direction of the magnetic field around a conductor depending on the direction of the terminals 20 and 21 lying polarity of the voltage source visible.

Zur quantitativen Aussage des durch die Spule 6 erzeugten Magnetfeldes wird die in den F i g. 1 und 4 gezeigte transparente Kunststoffplatte 5 verwendet Wie die F i g. 4 zeigt ist auf der transparenten Platte 5 eine Magnetnadel 24 drehbar gelagert Zur Feststellung einer Lageänderung der Kompaßnadel 24 in zudem auf die Platte 5 eine Skala 25 aufgezeichnet. Wird die Schärfentiefe des Tageslichtprojektors auf die Ebene der Platte 5 eingestellt so ergeben sich undeutliche Konturen der höher liegenden Platte 3 mit ihren aufgetragenen Zeichnungen, und der Betrachter wird dann zwangsweise optisch auf die durch das MagnetfeldFor a quantitative statement of the magnetic field generated by the coil 6, the information shown in FIGS. 1 and 4 shown transparent plastic plate 5 used As the F i g. 4 shows is on the transparent plate 5 a magnetic needle 24 rotatably mounted to determine a change in position of the compass needle 24 in addition the plate 5 recorded a scale 25. Will the depth of field of the overhead projector on the plane the plate 5 set so there are indistinct contours of the higher plate 3 with their applied drawings, and the viewer is then forcibly visualized by the magnetic field

■-. der Spule 6 erzeugte Auslenkung der Magnetnadel 24 konzintriert Fließt kein Strom durch die Spule 6, so pendelt sich die Magnetnadel 24 auf einen Zahlenwert der Skala 25 ein. Wird anschließend die Spule 6 an eine Spannungsquelle angeschlossen, so erfolgt eine Auslen-■ -. The deflection of the magnetic needle 24 generated by the coil 6 is concentrated. If no current flows through the coil 6, so the magnetic needle 24 levels off to a numerical value on the scale 25. Is then the coil 6 to a Connected to the voltage source, a deflection

K) kung der Magnetnadel 24 durch das jeizt herrschende Magnetfeld. Diese Auslenkung wird um ein Vielfaches vergrößert wenn mittels der in der Fig.3 gezeigten öffnung 17 ein Weicheisenkern in die Spule gesteckt wird. Weiterhin kann zur angenäherten quantitativen Bestimmung des in der Formel 13 der Fig.2 angegebenen μ,-Wertes der Strom /, der durch die Spule 6 mit Eisenkern fließt so lange reduziert werden, bis die Magnetnadel 24 den Skalenwert auf der Skala 25 zeigt, der sich für die Spule ohne Eisenkern ergab. DieK) kung of the magnetic needle 24 by the prevailing jeizt Magnetic field. This deflection is many times over enlarged when a soft iron core is inserted into the coil by means of the opening 17 shown in FIG will. Furthermore, for the approximate quantitative determination of the in the formula 13 of FIG specified μ, value of the current / flowing through the Coil 6 with iron core flows are reduced until the magnetic needle 24 reaches the scale value on the scale 25 shows, which resulted for the coil without an iron core. the

in sich dabei ergebende Stromdifferenz ist dann eine annähernde Aussage für das μ,-des verwendeten Eisens.The resulting current difference is then a approximate statement for the μ of the iron used.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement to demonstrate the magnetic field of a coil, in which the direction of the field lines indicating magnetic needles are arranged freely rotatable in the magnetic field and in which the entire Experimental set-up on three transparent plates lying parallel on top of each other at a distance from one of which is provided with a scale, in one suitable for projection in transmitted light or reflected light Size is housed, characterized by the following features:

a) the upper plate (3) carries a symbolic representation (8) of the current path and the coil as well as the course of the field lines (9),

b) are on the middle plate (4), congruent with the symbol representation of the d & rübe.-lying Plate, a real coil (6) and its leads, as well as the one for visualization the magnetic field direction freely rotatably mounted magnetic needles (19) attached,

c) A small coil (22) is connected in the power supply, next to the one for indicating the direction of the current a magnetic needle (23) is arranged,

d) on the lower plate (5) is a magnetic needle (24) rotatably mounted under the spool (6) arranged, the deflection of which can be read off on the scale (25) as a quantitative field strength variable is projectable.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the coil (6) on a transparent Plastic pipe is wound, the opening (17) of which is used to receive iron cores.

3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that one on the middle plate (4) attached magnetic needle (18) to indicate the direction of the field lines perpendicular to the plane of the plate extending turn portion (10) is used.