PL210491B1 - Przyrząd do badania prądów wirowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania prądów wirowych, który służy do wyjaśniania warunków powstawania tych prądów i może mieć zastosowanie w pracowniach fizycznych, szczególnie studenckich.

Znany przyrząd do badania prądów wirowych opisany jest w książce Szczepana Szczeniowskiego, pt. „Fizyka doświadczalna, część III, elektryczność i magnetyzm”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1966 r. i nazywany wahadłem Waltenhofena. Przyrząd ten składa się z silnego elektromagnesu z dwiema cewkami i otwartym rdzeniem stalowym z pionową szczeliną. W szczelinie, między biegunami elektromagnesu, może wahać się płaska płyta miedziana. W czasie, gdy przez uzwojenie elektromagnesu nie płynie prąd płyta waha się swobodnie i jej wahania zanikają bardzo powoli. Po włączeniu prądu wahania płyty są silnie tłumione i jej ruch szybko ustaje.

Również w książce Stanisława G^cksmana, pt. „Technika demonstracji z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Krakowie oraz w Łodzi w 1956 r. opisany jest znany przyrząd, podobny jak w książce Szczepana Szczeniowskiego, z tą różnicą, że płyta wahadła jest wymienna i może być zastąpiona przez płytę z radialnymi nacięciami. Przed włączeniem prądu zasilającego elektromagnes zarówno płyta bez nacięć, jak i płyta z nacięciami wahają się swobodnie. Po włączeniu prądu wahania płyty bez nacięć są szybko tłumione, natomiast wahania płyty z nacięciami są tłumione znacznie wolniej. Szybkość tłumienia wahań mierzona jest ich ilością, wykonaną przed zatrzymaniem się płyty.

Także znany przyrząd, podobny jak w książce Szczepana Szczeniowskiego i nazywany wahadłem Waltenhofena, opisany jest katalogu Nr 00003.2 niemieckiej firmy Phywe, pt. „Physik systemkatalog, Phywe systeme Gmbh wydanym w Gottingen w 1998 r.

Znany jest także przyrząd, podobny jak w książce Szczepana Szczeniowskiego i nazywany wahadłem Waltenhofena, opisany w książce Tadeusza Dryńskiego, pt. „Doświadczenia pokazowe z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1966 r. Płyta tego wahadła wykonana jest z blachy miedzianej o grubości 8-12 mm i ma kształt wycinka koła o długości łuku 10-12 cm i wysokości 7-8 cm. Płyta ta połączona jest z pionowym prętem, zaopatrzonym w poziomą oś ułożyskowaną w dwóch łożyskach stożkowych. Drugie wahadło ma budowę podobną do poprzedniego z tą różnicą, że płyta zaopatrzona jest w 6-8 radialnych nacięć. Po włączeniu prądu zasilającego elektromagnes wahania płyty bez nacięć są silnie tłumione, natomiast wahania płyty z nacięciami są tłumione słabiej.

Tadeusz Dryński w cytowanej książce ujawnia także przyrząd do badania prądów wirowych, złożony z miedzianej lub aluminiowej tarczy o średnicy 30-35 cm i grubości 3-5 mm, obracającej się na poziomej osi, przy czym brzeg tarczy przechodzi przez szczelinę elektromagnesu. Przed włączeniem prądu zasilającego elektromagnes tarcza obraca się swobodnie a po włączeniu prądu obrót tarczy jest szybko hamowany.

W cytowanej książce Tadeusz Dryński ujawnia jeszcze dwa przyrządy do badania prądów wirowych. Pierwszy z nich, nazywany przyrządem Arago i składa się z igły magnetycznej, zawieszonej nad poziomą miedzianą tarczą, wprawianą w ruch obrotowy za pomocą wirownicy. Podczas szybkiego obrotu tarczy igła magnetyczna również się obraca. Drugi przyrząd stanowią dwa miedziane sześciany o boku 4-5 cm, z których jeden jest lity a drugi składa się z odizolowanych od siebie płytek o grubości 1-1,5 mm. Sześciany te zawieszane są kolejno między biegunami elektromagnesu i wprawiane w ruch wahadłowy. Obserwuje się, że wahania sześcianu litego są silnie tłumione, natomiast wahania sześcianu złożonego z płytek są tłumione znacznie słabiej.

Znane są także przyrządy do badania prądów wirowych opisane przez Richarda Manliffe Suttona w książce, pt. „Demonstration experiments in physics, wydanej przez McGraw-Hill Book Company, Inc. w Nowym Jorku i Londynie w 1938 r. Pierwszy z tych przyrządów składa się z miedzianego dysku, mogącego obracać się w płaszczyźnie pionowej między biegunami elektromagnesu, przy czym jego brzeg zanurzony jest w naczyniu z rtęcią i poprzez galwanometr połączony z osią dysku. Po wprawieniu dysku o obrót przez popchnięcie ręką, przy wyłączonym prądzie zasilania elektromagnesu, obserwuje się swobodny obrót dysku. Po włączeniu prądu zasilania obrót dysku jest silnie hamowany a galwanometr wskazuje przepływ prądu przez dysk. Drugi z opisanych przyrządów jest podobny do przyrządu Arago, ujawnionego przez Tadeusza Dryńskiego, z tą różnicą, że zamiast igły magnetycznej zawieszony jest magnes.

PL 210 491 B1

Wszystkie znane z wymienionych w stanie techniki przyrządy do badania prądów wirowych, nazywane wahadłem Waltenhofena, charakteryzują się tym, że wymagają silnego elektromagnesu, zasilanego prądem o dużym natężeniu, natomiast przyrządy Arago, wymagają szybkiego obrotu tarczy. Z kolei w przyrządzie z obracającym się dyskiem, opisanym przez Richarda Manliffe Suttona stosowana jest toksyczna rtęć.

Istota rozwiązania polega na tym, że przyrząd do badania prądów wirowych składa się z prostokątnej ramy, utworzonej z dwóch elektroizolacyjnych listew i trzech kolumn. Pierwszą stanowi elektroprzewodząca rura, drugą pakiet na przemian ułożonych elektroizolacyjnych i elektroprzewodzących pierścieni nasuniętych na elektroizolacyjny pręt, a trzecią elektroprzewodząca rura z podłużną szczeliną. Rury i pierścienie wykonane są korzystnie z miedzi lub aluminium i mają jednakową grubość. Na każdej z kolumn umieszczony jest pierścieniowy magnes trwały, korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego.

Zasada działania przyrządu do badania prądów wirowych polega na tym, że wszystkie magnesy umieszcza się przy jednej z elektroizolacyjnych listew i szybko obraca przyrząd do pozycji pionowej tak, żeby listwa z magnesami znalazła się na górze. Następnie obserwuje się szybkość spadania magnesów, przy czym widać, że magnes na pierwszej kolumnie spada najwolniej, ponieważ jego ruch jest hamowany przez oddziaływanie prądów wirowych, o największym natężeniu indukowanych w rurze z polem magnetycznym magnesu. Magnes na drugiej kolumnie spada szybciej, ponieważ indukowane w elektroprzewodzących pierścieniach prądy wirowe mają mniejsze natężenie. Magnes na trzeciej kolumnie spada najszybciej, gdyż podłużna szczelina w kolumnie uniemożliwia indukowanie w rurze prądów wirowych.

Zaletami przyrządu do badania prądów wirowych według wynalazku są prosta konstrukcja i uż ytkowanie oraz niezawodność dział ania.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunkach 1 i 2, z których fig. 1 przedstawia przyrząd do badania prądów wirowych w widoku z frontu, natomiast fig. 2 pokazuje przekrój przyrządu według płaszczyzny A-A.

Przyrząd do badania prądów wirowych składa się z prostokątnej ramy, utworzonej z dwóch elektroizolacyjnych listew 1 i trzech kolumn. Pierwszą od lewej strony stanowi elektroprzewodząca rura 2, drugą pakiet na przemian ułożonych elektroizolacyjnych pierścieni 3 i elektroprzewodzących pierścieni 4, nasuniętych na elektroizolacyjny pręt 5, a trzecią elektroprzewodząca rura 6 z podłużną szczeliną 7. Rury i pierścienie wykonane są z miedzi lub aluminium i mają jednakową grubość. Na każdej z kolumn umieszczony jest pierścieniowy magnes trwały 8, korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego.

Zasada działania przyrządu do badania prądów wirowych według wynalazku polega na tym, że wszystkie magnesy 8 umieszcza się przy jednej z elektroizolacyjnych listew 1 i szybko obraca przyrząd do pozycji pionowej tak, żeby listwa z magnesami znalazła się na górze, a następnie obserwuje się szybkość spadania magnesów Można zaobserwować, że magnes 8 na pierwszej od lewej strony kolumnie spada najwolniej, ponieważ jego ruch jest hamowany przez oddziaływanie prądów wirowych, o największym natężeniu, indukowanych w rurze 2 z polem magnetycznym magnesu. Magnes 8 na drugiej kolumnie spada szybciej, ponieważ indukowane w elektroprzewodzących pierścieniach 4 prądy wirowe mają mniejsze natężenie, natomiast magnes 8 na trzeciej kolumnie spada najszybciej, gdyż podłużna szczelina 7 uniemożliwia indukowanie w rurze 6 prądów wirowych.

Claims (1)

1. Przyrząd do badania prądów wirowych i służący do wyjaśniania warunków powstawania tych prądów, mający zastosowanie pracowniach fizycznych, szczególnie studenckich, znamienny tym, że składa się z prostokątnej ramy, utworzonej z dwóch elektroizolacyjnych listew (1) i trzech kolumn, z których pierwszą od lewej strony stanowi elektroprzewodząca rura (2), drugą pakiet na przemian ułożonych elektroizolacyjnych pierścieni (3) i elektroprzewodzących pierścieni (4), nasuniętych na elektroizolacyjny pręt (5), a trzecią elektroprzewodząca rura (6) z podłużną szczeliną (7), przy czym rury i pierścienie wykonane są z miedzi lub aluminium i mają jednakową grubość zaś na każdej z kolumn umieszczony jest pierścieniowy magnes trwały (8), korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego.