PL236453B1 - Wózek do badania siły elektrodynamicznej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest wózek do badania siły elektrodynamicznej, mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, szczególnie do celów edukacyjnych. Wózek do badania siły elektrodynamicznej zawiera poziomą, prostokątną płytę nośną (1), zaopatrzoną w trzy rozmieszczone symetrycznie prostokątne otwory, przy czym w tylnej części płyty nośnej (1) znajdują się dwa otwory, a w jej przedniej części jeden otwór. Od dołu do płyty nośnej (1), w pobliżu podłużnych krawędzi każdego z prostokątnych otworów, przymocowane są łożyska ślizgowe (2), przez które przechodzą osie (3), zaopatrzone w koła napędzane (4) i koło napędowe (5), stanowiące walcowy magnes trwały, przewodzący prąd elektryczny i namagnesowany wzdłuż osi walca. Do obwodu koła napędowego (5) dotyka szczotka (6), a na płycie nośnej (1) znajduje się pojemnik (7) z akumulatorem (8), połączonym z przełącznikiem kierunku przepływu prądu, mającym suwak (9) z dwiema parami odizolowanych od siebie styków. Ponadto, jeden z przewodów (10), wychodzących z przełącznika kierunku przepływu prądu jest doprowadzony do szczotki (6), a drugi z tych przewodów (11) przyłączony do łożyska koła napędowego (5).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wózek do badania siły elektrodynamicznej, mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, szczególnie do celów edukacyjnych.

Znany przyrząd do badania siły elektrodynamicznej jest opisany w Katalogu Nr 9000491 EN firmy 3B Scientific, zatytułowanym „Physics and Engineering Experiments” i wydanym w 2017 r. Przyrząd ten składa się z podstawy w postaci poziomo ustawionego odcinka ceownika zwróconego ramionami w dół i zaopatrzonego na końcach w pionowe płytki, wykonane z materiału izolacyjnego. Na ceowniku ustawiony jest silny magnes trwały w kształcie litery U z ramionami skierowanymi poziomo. Na końcach ramion magnesu znajdują się prostopadłościenne nabiegunniki. Przez płytki przechodzą dwie równoległe, poziome prowadnice, wykonane z mosiądzu i zaopatrzone z jednej strony w gniazda o średnicy 4 mm, przeznaczone do przyłączenia zasilacza prądu stałego. Na prowadnicach ułożona jest również oś wykonana z rurki mosiężnej, skierowana prostopadle do prowadnic i zaopatrzona na końcach w krążki, zabezpieczające przed stoczeniem się z prowadnic na boki. Oś znajduje się w polu magnetycznym, wytwarzanym przez magnes trwały i linie tego pola skierowane są pionowo. Działanie znanego przyrządu polega na tym, że po przyłączeniu źródła zasilania przez prowadnice i oś przepływa prąd elektryczny. Ponieważ oś znajduje się polu magnetycznym skierowanym pionowo, czyli do niej prostopadłym, to działa na nią siła elektrodynamiczna skierowana pionowo, która powoduje toczenie się osi po prowadnicach. Po odwróceniu kierunku przepływu prądu oś toczy się w przeciwną stronę. Taką samą zmianę kierunku ruchu osi powoduje zamiana miejscami biegunów magnesu trwałego realizowana przez jego obrót wokół osi poziomej i ponowne ustawienie na ceowniku.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że wózek do badania siły elektrodynamicznej zawiera poziomą, prostokątną płytę nośną, zaopatrzoną w trzy rozmieszczone symetrycznie prostokątne otwory, przy czym w tylnej części płyty nośnej znajdują się dwa otwory, a w jej przedni ej części jeden otwór. Płyta nośna jest wykonana z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu. Od dołu do płyty nośnej, w pobliżu podłużnych krawędzi każdego z prostokątnych otworów, przymocowane są łożyska ślizgowe, przez które przechodzą osie zaopatrzone w koła, wystające ponad otwory płyty nośnej, przy czym dwa koła, umieszczone w części tylnej płyty nośnej są kołami napędzanymi, a jedno koło umieszczone z przodu jest kołem napędowym i stanowi magnes trwały w kształcie walca, przewodzący prąd elektryczny, namagnesowany wzdłuż osi walca i wykonany korzystnie ze spieku żelaza, neodymu i boru, pokrytego warstwą niklu. Łożyska ślizgowe, osie i koła napędzane wykonane są z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie ze stali au stenitycznej, albo z mosiądzu. Do obwodu koła napędowego dotyka szczotka, przymocowana do płyty nośnej i mająca kształt paska, wykonanego ze sprężystego, nieferromagnetycznego metalu, korzystnie z brązu fosforowego, albo z brązu berylowego. Ponadto, do płyty nośnej od góry przymocowany jest pojemnik, wykonany z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, z akumulatorem, korzystnie litowo-jonowym, połączonym z przełącznikiem kierunku przepływu prądu, mającym suwak z dwiema parami odizolowanych od siebie styków, przy czym styki jednej pary ustawione są równolegle, a styki drugiej pary są skrzyżowane. Oprócz tego jeden z przewodów, wychodzących z przełącznika kierunku przepływu prądu jest doprowadzony do szczotki, a drugi z tych przewodów przyłączony został do łożyska koła napędowego.

Zaleta wózka do badania siły elektrodynamicznej polega na tym, że pozwala w poglądowy sposób pokazać i badać praktyczne wykorzystanie tej siły do napędu pojazdu na niekonwencjonalnym modelu.

Wózek do badania siły elektrodynamicznej pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok wózka z boku, a fig. 2 widok wózka z góry.

Wózek do badania siły elektrodynamicznej zawiera poziomą, prostokątną płytę nośną 1, zaopatrzoną w trzy rozmieszczone symetrycznie prostokątne otwory, przy czym w tylnej części płyty nośnej 1 znajdują się dwa otwory, a w jej przedniej części jeden otwór. Płyta nośna 1 jest wykonana z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, korzystnie z tekstolitu. Od dołu do płyty nośnej 1, w pobliżu podłużnych krawędzi każdego z prostokątnych otworów, przymocowane są łożyska ślizgowe 2, przez które przechodzą osie 3, zaopatrzone w koła, wystające ponad otwory płyty nośnej 1, przy czym dwa koła 4, umieszczone w części tylnej płyty nośnej 1 są kołami napędzanymi, a jedno koło 5 umieszczone z przodu jest kołem napędowym i stanowi magnes trwały w kształcie walca, przewodzący prąd elektryczny, namagnesowany wzdłuż osi walca i wykonany korzystnie ze spieku żelaza, neodymu i boru, pokrytego warstwą niklu. Łożyska ślizgowe 2, osie 3 i koła 4, wykonane są z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie ze stali austenitycznej, albo z mosiądzu. Do obwodu koła napędowego 5, dotyka

PL 236 453 B1 szczotka 6, przymocowana do płyty nośnej 1 i mająca kształt paska, wykonanego ze sprężystego, nieferromagnetycznego metalu, korzystnie z brązu fosforowego, albo z brązu berylowego. Ponadto, do płyty nośnej 1 od góry przymocowany jest pojemnik 7, wykonany z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, z akumulatorem 8, korzystnie litowo-jonowym, połączonym z przełącznikiem kierunku przepływu prądu, mającym suwak 9 z dwiema parami odizolowanych od siebie styków, przy czym styki jednej pary ustawione są równolegle, a styki drugiej pary są skrzyżowane. Oprócz tego jeden z przewodów 10 wychodzących z przełącznika kierunku przepływu prądu jest doprowadzony do szczotki 6, a drugi z tych przewodów 11 przyłączony do łożyska koła napędowego 5.

Zasada działania wózka do badania siły elektrodynamicznej polega na tym, że suwak 9 przesuwa się do pozycji, w której para styków prostych łączy akumulator 8 z przewodem 10, szczotką 6 oraz przewodem 11. W tej sytuacji przez koło napędowe 5 przepływa prąd elektryczny w kierunku radialnym. Największa gęstość tego prądu jest w obszarze, znajdującym się między osią tego koła i szczotką 6. Ponieważ koło napędowe 5 stanowi walcowy magnes trwały, namagnesowany wzdłuż jego osi, to przepływ prądu odbywa się w polu magnetycznym skierowanym prostopadle do kierunku przepływu prądu. Skutkiem tego na koło napędowe 5 działa siła elektrodynamiczna, skierowana stycznie do płaszczyzny tego koła i powodująca jego obrót, a przez to poruszanie się wózka. W przypadku wykonania koła napędowego 5, korzystnie ze spieku żelaza, neodymu i bora pokrytego, warstwą niklu, przepływ prądu elektrycznego odbywa się głównie w tej warstwie, gdyż spiek tych pierwiastków ma dużą oporność elektryczną. Zastosowanie tego spieku zapewnia też dużą wartość indukcji magnetycznej. Po przesunięciu suwaka 9 do pozycji, w której druga para styków skrzyżowanych łączy akumulator 8 z przewodem 10, szczotką 6 oraz przewodem 11, przepływ prądu elektrycznego przez koło napędowe 5 odbywa się w odwrotnym kierunku i kierunek ruchu wózka ulega zmianie na przeciwny. Zatrzymanie wózka następuje przez przesunięcie suwaka 9 do pozycji, w której żadna para styków nie łączy się z przewodami 10, 11.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Wózek do badania siły elektrodynamicznej, mający pojemnik wykonany z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego z akumulatorem, korzystnie litowo-jonowym, zamienny tym, że zawiera poziomą, prostokątną płytę nośną (1), zaopatrzoną w trzy rozmieszczone symetrycznie prostokątne otwory, przy czym w tylnej części płyty nośnej (1) znajdują się dwa otwory, a w jej przedniej części jeden otwór, ponadto od dołu do płyty nośnej (1), w pobliżu podłużnych krawędzi każdego z prostokątnych otworów przymocowane są łożyska ślizgowe (2), przez które przechodzą osie (3) zaopatrzone w koła wystające ponad otwory płyty nośnej (1), przy czym dwa koła (4) umieszczone w części tylnej płyty nośnej (1) są kołami napędzanymi, a jedno koło (5) umieszczone z przodu jest kołem napędowym i stanowi magnes trwały w kształcie walca, przewodzący prąd elektryczny, namagnesowany wzdłuż osi walca, a ponadto łożyska ślizgowe (2), osie (3) i koła (4) wykonane są z metalu nieferromagnetycznego i oprócz tego do obwodu koła napędowego (5) dotyka szczotka (6) przymocowana do płyty nośnej (1) i mająca kształt paska, wykonanego ze sprężystego, nieferromagnetycznego metalu, a ponadto akumulator (8) połączony jest z przełącznikiem kierunku przepływu prądu mającym suwak (9) z dwiema parami odizolowanych od siebie styków, przy czym styki jednej pary ustawione są równolegle, a styki drugiej pary są skrzyżowane, zaś jeden z przewodów (10) wychodzących z przełącznika kierunku przepływu prądu jest doprowadzony do szczotki (6), a drugi z tych przewodów (11) przyłączony do łożyska koła napędowego (5).

2. Wózek do badania siły elektrodynamicznej według zastrz. 1, zamienny tym, że płyta nośna (1) wykonana jest korzystnie z tekstolitu.

3. Wózek do badania siły elektrodynamicznej według zastrz. 1, zamienny tym, że łożyska ślizgowe (2), osie (3) i koła (4) wykonane są korzystnie ze stali austenitycznej albo z mosiądzu.

4. Wózek do badania siły elektrodynamicznej według zastrz. 1, zamienny tym, że koło (5) wykonane jest korzystnie ze spieku żelaza, neodymu i boru, pokrytego warstwą niklu.

5. Wózek do badania sity elektrodynamicznej według zastrz. 1, zamienny tym, że szczotka (6) wykonana jest korzystnie z brązu fosforowego albo z brązu berylowego.