PL243712B1 - 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 (4, 5). Do obwodu koła napędowego (5) dotyka szczotka (6), a do płyty nośnej (1) od góry zamocowany został również magnes trwały, złożony z dwóch prostopadłościennych sztabek magnetycznych (7, 8), ustawionych równolegle do płaszczyzny koła napędowego (5), zaś końce sztabek zostały połączone ferromagnetyczną zworą (9). Na płycie nośnej (1) znajduje się też pojemnik (10) z akumulatorem (11), połączonym z przełącznikiem kierunku przepływu prądu, mającym suwak (12) z dwiema parami odizolowanych od siebie styków. Ponadto jeden z przewodów (13), wychodzących z przełącznika kierunku przepływu prądu jest doprowadzony do szczotki (6), a drugi z tych przewodów (14) przyłączony do łożyska koła napędowego (5).

Description

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 prostokątne otwory rozmieszczone symetrycznie względem podłużnej osi symetrii tej płyty nośnej, przy czym w tylnej części płyty nośnej znajdują się dwa otwory, a w jej przedniej 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, znajdujące się w prostokątnych otworach płyty nośnej, tak, że w każdym z tych prostokątnych otworów jest umieszczone jedno koło i te koła wystają z prostokątnych otworów płyty nośnej ponad górną powierzchnią i pod dolną powierzchnię tej płyty, przy czym dwa koła, umieszczone w części tylnej płyty nośnej są kołami napędzanymi, a jedno koło umieszczone z przodu jest kołem napędowym,. Łożyska ślizgowe, osie i koła napędzane oraz koło napędowe, wykonane są z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie ze stali austenitycznej, 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. Do płyty nośnej od góry zamocowany został również magnes trwały, złożony z dwóch prostopadłościennych sztabek magnetycznych, leżących na płycie oraz ustawionych równolegle do płaszczyzn bocznych koła napędowego i namagnesowanych wzdłuż osi tego koła. Prostopadłościenne sztabki magnetyczne wykonane są korzystnie ze spieku żelaza, neodymu i boru, zaś końcowe części tych sztabek zostały połączone ferromagnetyczną zworą. 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 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 rysunkach, z których 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 prostokątne otwory rozmieszczone symetrycznie, względem podłużnej osi symetrii tej płyty nośnej 1, 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 4,

5, znajdujące się w prostokątnych otworach płyty nośnej 1, tak, że w każdym z tych prostokątnych otworów jest umieszczone jedno koło i te koła 4, 5 wystają z prostokątnych otworów płyty nośnej 1 ponad górną powierzchnią i pod dolną powierzchnię tej płyty 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. Łożyska ślizgowe 2, osie 3 i koła 4, 5 wykonane są z metalu nieferromagnetycznego, korzystnie ze stali austenitycznej, albo z mosiądzu. Do obwodu koła napędowego 5, dotyka szczotka 6, przymocowana do płyty nośnej 1 i mająca kształt paska, wykonanego ze sprężystego, nieferromagnetycznego metalu, korzystnie z brązu fosforowego, albo z brązu berylowego. Do płyty nośnej 1 od góry zamocowany został również magnes trwały, złożony z dwóch prostopadłościennych sztabek magnetycznych 7, 8, leżących na płycie 1 oraz ustawionych równolegle do płaszczyzny bocznej koła napędowego 5 i namagnesowanych wzdłuż osi tego koła. Prostopadłościenne sztabki magnetyczne 7, 8 wykonane są korzystnie ze spieku żelaza, neodymu i boru, zaś końcowe części tych sztabek 7, 8 zostały połączone ferromagnetyczną zworą 9. Ponadto, do płyty nośnej 1 od góry przymocowany jest pojemnik 10, wykonany z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, z akumulatorem 11, korzystnie litowo-jonowym, połączonym z przełącznikiem kierunku przepływu prądu, mającym suwak 12 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 13 wychodzących z przełącznika kierunku przepływu prądu jest doprowadzony do szczotki 6, a drugi z tych przewodów 14 przyłączony do łożyska koła napędowego 5.

Zasada działania wózka do badania siły elektrodynamicznej polega na tym, że suwak 12 przesuwa się do pozycji, w której para styków prostych łączy akumulator 11 z przewodem 13, szczotką 6 oraz przewodem 14. W tej sytuacji przez koło napędowe 5 przepływa prąd elektryczny w ki erunku radialnym. Największa gęstość tego prądu jest w obszarze, znajdującym się między sztabkami magnetycznymi 7, 8, które wytwarzają pole magnetyczne, skierowane prostopadle do kierunku przepływu prądu. Skutkiem tego na koło napędowe 5 działa siła elektrodynamiczna, skierowana stycznie do płaszczyzny koła i powodująca jego obrót, a przez to poruszanie się wózka. Po przesunięciu suwaka 12 do pozycji, w której druga para styków skrzyżowanych łączy akumulator 11 z przewodem 13, szczotką 6 oraz przewodem 14, 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 12 do pozycji, w której żadna para styków nie łączy się z przewodami 13, 14.

Claims (4)

1. Wózek do badania siły elektrodynamicznej, mający pojemnik (10) wykonany z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego z akumulatorem (11), korzystnie litowo-jonowym, połączonym z przełącznikiem kierunku przepływu prądu, mającym suwak (12) 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 (13) wychodzących z przełącznika kierunku przepływu prądu jest doprowadzony do szczotki (6), a drugi z tych przewodów (14) przyłączony do łożyska koła napędowego (5), znamienny tym, że zawiera poziomą, prostokątną płytę nośną (1), wykonaną z materiału elektroizolacyjnego i nieferromagnetycznego, zaopatrzoną w trzy prostokątne otwory, rozmieszczone symetrycznie względem podłużnej osi symetrii tej płyty nośnej (1), 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 (4), (5), znajdujące się w prostokątnych otworach płyty nośnej (1), tak, że w każdym z tych prostokątnych otworów jest umieszczone jedno koło i te koła (4), (5) wystają z prostokątnych otworów płyty nośnej (1) ponad górną powierzchnią i pod dolną powierzchnię tej płyty (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, a ponadto łożyska ślizgowe (2), osie (3) i koła (4), (5) 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 poza tym do płyty nośnej (1) od góry zamocowany jest również

PL 243712 Β1 magnes trwały złożony z dwóch prostopadłościennych sztabek magnetycznych (7), (8) ustawionych równolegle do płaszczyzny bocznej koła napędowego (5) i namagnesowanych wzdłuż osi tego koła oraz wykonanych ze spieku żelaza, neodymu i boru, zaś końcowe części tych sztabek (7), (8) są połączone ferromagnetyczną zworą (9), a ponadto akumulator (11) połączony jest z przełącznikiem kierunku przepływu prądu mającym suwak (12) z dwiema parami odizolowanych od siebie styków, przy czym styki jednej pary ustawione są równolegle, a styki drugiej pary są skrzyżowane, przy czym jeden z przewodów (13) wychodzących z przełącznika kierunku przepływu prądu jest doprowadzony do szczotki (6), a drugi z tych przewodów (14) przyłączony do łożyska koła napędowego (5).

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

3. Wózek do badania siły elektrodynamicznej według zastrz. 1, znamienny tym, że łożyska ślizgowe (2), osie (3) i koła (4), (5) wykonane są ze stali austenitycznej albo z mosiądzu.

4. Wózek do badania siły elektrodynamicznej według zastrz. 1, znamienny tym, że szczotka (6), wykonana jest z brązu fosforowego albo z brązu berylowego.