PL248767B1 - Przyrząd do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest przyrząd do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym, mający zastosowanie do celów edukacyjnych. Przyrząd do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym zawiera ciecz (1), wypełniającą częściowo prostopadłościenne, otwarte od góry naczynie (2), nad którym znajduje się płasko-wypukła soczewka skupiająca (3), ustawiona ukośnie do powierzchni cieczy (1). Dolny brzeg soczewki (3) jest przyklejony do górnego brzegu naczynia (2), zaś do narożników przeciwległego, górnego brzegu soczewki (3) są przyklejone górne końce dwóch wsporników (4, 5) w postaci prętów o prostokątnym przekroju poprzecznym, a dolne końce wsporników (4, 5) są przyklejone do narożników górnego brzegu naczynia (2). Ogniskowa soczewki (3) jest większa niż odległość jej górnej krawędzi od dna naczynia (2), soczewka (3) jest zwrócona płaską powierzchnią ku górze. Naczynie (2) jest połączone z podstawą w kształcie prostokątnej płyty za pomocą czterech pionowych słupków (7, 8, 9, 10) w kształcie prętów o kołowym przekroju poprzecznym, przy czym słupki (7, 8, 9, 10) są rozmieszczone w pobliżu narożników naczynia (2) i podstawy i górne końce słupków (7, 8, 9, 10) są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w dnie naczynia (2), a dolne końce tych słupków są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w górnej powierzchni podstawy. Oprócz tego między dnem naczynia (2) i górną powierzchnią podstawy znajduje się przesuwna, prostokątna płyta zaopatrzona w nagwintowany otwór, w który jest wkręcona pionowo usytuowana śruba (12).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym, mający zastosowanie w laboratoriach naukowych, zwłaszcza fizycznych oraz do celów edukacyjnych.

Z artykułu autorstwa Edwarda Bormashenko zatytułowanego ”Moses effect: physics and applications” i opublikowanego w wydawanym przez wydawnictwo Elsevier czasopiśmie „Advances in Colloid and Interface Science” w nr 269 z 2019 r. jest znany układ do badania efektu Mojżesza, składający się z magnesu trwałego w kształcie walca umieszczonego pod warstwą cieczy, w której ten efekt zachodzi. Działanie znanego układu polega na tym, że w przypadku cieczy diamagnetycznej nad magnesem tworzy się zagłębienie w górnej powierzchni cieczy, spowodowane wypychaniem tej cieczy z obszaru silniejszego pola magnetycznego nad magnesem. Ten efekt jest nazywany prostym efektem Mojżesza. W przypadku cieczy paramagnetycznej nad magnesem tworzy się wzniesienie na górnej powierzchni cieczy, spowodowane przyciąganiem tej cieczy do obszaru silniejszego pola magnetycznego nad magnesem. Ten efekt jest nazywany odwrotnym efektem Mojżesza.

Ze strony internetowej Wikipedii w języku angielskim, zatytułowanej „Moses effect” i dostępnej pod adresem https://en.wikipedia.org/wiki/Moses_effect są znane tak samo skonfigurowane i tak samo działające układy do badania prostego i odwrotnego efektu Mojżesza, jak układ w cytowanym artykule Edwarda Bormashenko. Ponadto w cytowanym artykule jest też opisany układ do badania efektu Mojżesza, składający się z cieczy, w której pływa kulka i w jej pobliżu znajduje się ustawiony pionowo magnes trwały w kształcie długiego walca. Ten magnes jest złożony z szeregu krótkich magnesów walcowych, zwróconych ku sobie biegunami jednoimiennymi i utrzymujących się jako całość dzięki siłom przyciągania magnetycznego. Działanie tego układu polega na tym, że pływająca kulka wytwarza zagłębienie w górnej powierzchni cieczy. W wyniku oddziaływania cieczy i kulki z magnesem trwałym to zagłębienie i kulka przybliżają się albo oddalają od magnesu w zależności o tego, czy ciecz i kulka wykazują właściwości diamagnetyczne, czy paramagnetyczne i jaka jest różnica podatności magnetycznych tych ciał.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym zawiera ciecz, wypełniającą częściowo prostopadłościenne, otwarte od góry naczynie, nad którym znajduje się płasko-wypukła soczewka skupiająca, ustawiona ukośnie do powierzchni cieczy. Dolny brzeg soczewki jest przyklejony do górnego brzegu naczynia, zaś do narożników przeciwległego, górnego brzegu soczewki są przyklejone górne końce dwóch wsporników w postaci prętów o prostokątnym przekroju poprzecznym, a dolne końce wsporników są przyklejone do narożników górnego brzegu naczynia. Ogniskowa soczewki jest większa niż odległość jej górnej krawędzi od dna naczynia, soczewka jest zwrócona płaską powierzchnią ku górze. Naczynie, soczewka i wsporniki są wykonane z materiału przezroczystego, korzystnie z polimetakrylanu metylu. Naczynie jest połączone z podstawą w kształcie prostokątnej płyty za pomocą czterech pionowych słupków w kształcie prętów o kołowym przekroju poprzecznym, przy czym słupki są rozmieszczone w pobliżu narożników naczynia i podstawy i górne końce słupków są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w dnie naczynia, a dolne końce tych słupków są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w górnej powierzchni podstawy. Między dnem naczynia i górną powierzchnią podstawy znajduje się przesuwna, prostokątna płyta, przez którą przechodzą dwa słupki znajdujące się przy jednym z dłuższych boków podstawy i płyta jest zaopatrzona w nagwintowany otwór, w który jest wkręcona pionowo usytuowana śruba, mająca na dolnym końcu osadzone na niej na wcisk pokrętło z radełkowaną powierzchnią boczną i walcowy łeb, umieszczony w gnieździe wykonanym w górnej powierzchni podstawy, na który jest nałożona tulejka, wciśnięta w to gniazdo. Do górnej powierzchni płyty jest przyklejony magnes trwały w kształcie prostopadłościennej sztabki, umieszczony równolegle do dłuższego boku tej płyty w płaszczyźnie symetrii przyrządu, namagnesowany w kierunku pionowym i wykonany z materiału magnetycznie twardego o dużej koercji i remanencji, korzystnie ze spieku proszków żelaza, neodymu i boru. Do górnej powierzchni magnesu jest przyklejony nabiegunnik w kształcie graniastosłupa o trapezowym przekroju poprzecznym, skierowany krótszą podstawą ku górze i wykonany z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej, korzystnie z żelaza chemicznie czystego. Podstawa, słupki, przesuwna płyta, śruba z łbem, pokrętło i tulejka są wykonane z materiału nieferromagnetycznego, przy czym podstawa, słupki i przesuwna płyta są wykonane korzystnie z tekstolitu, zaś śruba z łbem, pokrętło i tulejka są wykonane korzystnie z mosiądzu.

Główną zaletą rozwiązania jest funkcjonalność, pozwalająca na dokładne badanie, jak zmiany wartości indukcji i rozkładu przestrzennego pola magnetycznego wpływają na kształt powierzchni swobodnej cieczy umieszczonej w tym polu. Dodatkowymi zaletami rozwiązania są bezpośrednia widoczność zachodzących efektów, niezawodność działania i prosta konstrukcja przyrządu.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny przyrządu płaszczyzną A-A, fig. 2 stanowi jego widok z przodu, natomiast fig. 3 pokazuje ten przyrząd w widoku z góry.

Przyrząd do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym zawiera ciecz 1 wypełniającą częściowo prostopadłościenne, otwarte od góry naczynie 2, nad którym znajduje się płasko-wypukła soczewka skupiająca 3, ustawiona ukośnie do powierzchni cieczy 1. Dolny brzeg soczewki 3 jest przyklejony do górnego brzegu naczynia 2, zaś do narożników przeciwległego, górnego brzegu soczewki 3 są przyklejone górne końce dwóch wsporników 4, 5 w postaci prętów o prostokątnym przekroju poprzecznym. Dolne końce wsporników 4, 5 są przyklejone do narożników górnego brzegu naczynia 2. Ogniskowa soczewki 3 jest większa niż odległość jej górnej krawędzi od dna naczynia 2. Soczewka 3 jest zwrócona płaską powierzchnią ku górze. Naczynie 2, soczewka 3 i wsporniki 4, 5 są wykonane z polimetakrylanu metylu. Naczynie 2 jest połączone z podstawą 6 w kształcie prostokątnej płyty za pomocą czterech pionowych słupków 7, 8, 9, 10 w kształcie prętów o kołowym przekroju poprzecznym, przy czym słupki 7, 8, 9, 10 są rozmieszczone w pobliżu narożników naczynia 2 i podstawy 6 i górne końce słupków 7, 8, 9, 10 są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w dnie naczynia 2. Dolne końce słupków 7, 8, 9, 10 są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w górnej powierzchni podstawy 6. Między dnem naczynia 2 i górną powierzchnią podstawy 6 znajduje się przesuwna, prostokątna płyta 11, przez którą przechodzą dwa słupki 9, 10 znajdujące się przy jednym z dłuższych boków podstawy 6 i płyta 11 jest zaopatrzona w nagwintowany otwór, w który jest wkręcona pionowo usytuowana śruba 12, mająca na dolnym końcu osadzone na niej na wcisk pokrętło 13 z radełkowaną powierzchnią boczną i walcowy łeb 14, umieszczony w gnieździe wykonanym w górnej powierzchni podstawy 6, na który jest nałożona tulejka 15, wciśnięta w to gniazdo. Do górnej powierzchni płyty 11 jest przyklejony magnes trwały w kształcie prostopadłościennej sztabki 16, umieszczony równolegle do dłuższego boku płyty 11 w płaszczyźnie symetrii przyrządu, namagnesowany w kierunku pionowym i wykonany ze spiek u proszków żelaza, neodymu i boru. Do górnej powierzchni magnesu 16 jest przyklejony nabiegunnik 17 w kształcie graniastosłupa o trapezowym przekroju poprzecznym, skierowany krótszą podstawą ku górze i wykonany z żelaza chemicznie czystego. Podstawa 6, słupki 7, 8, 9, 10 i przesuwna płyta 11 są wykonane z tekstolitu, zaś śruba 12 z łbem 14, pokrętło 13 i tulejka 15 są wykonane z mosiądzu.

Zasada działania przyrządu do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym polega na tym, że ciecz 1, znajduje się w niejednorodnym polu magnetycznym, wytwarzanym przez magnes 16 z nabiegunnikiem 17 jest wypychana na boki z obszaru najsilniejszego pola magnetycznego i tworzy bruzdę 18 wzdłuż naczynia 2. W polu magnetycznym o dostatecznie wysokiej indukcji magnetycznej i dużym gradiencie tego pola, rowek 18 staje się tak głęboki, że następuje odsłonięcie dna naczynia. Jest to prosty efekt Mojżesza. W przypadku cieczy paramagnetycznej nastąpi jej wciąganie w obszar najsilniejszego pola magnetycznego i utworzenie podłużnego wzniesienia z cieczy nad magnesem 16. Wtedy zachodzi odwrotny efekt Mojżesza. Zbliżając magnes 16 z nabiegunnikiem 17 do dna naczynia 2, przez pokręcenie śruby 11 za pomocą pokrętła 12, powoduje się wzrost indukcji pola magnetycznego w cieczy 1 i wystąpienie wyraźniejszego efektu Mojżesza, zarówno prostego jak też odwrotnego. Z kolei oddalenie magnesu 16 z nabiegunnikiem 17 od dna naczynia, przez pokręcenie śruby 11 w przeciwną stronę skutkuje zmniejszeniem i indukcji pola magnetycznego w cieczy 1 i wystąpieniem mniej wyraźnego efektu Mojżesza. Soczewka 3 spełnia rolę lupy, pozwalającej na dokładniejsze oglądanie powiększonego obrazu powierzchni cieczy 1 w naczyniu 2. Z tego powodu ogniskowa soczewki 3 musi być dłuższa, niż odległość jej górnej krawędzi od dna naczynia 2, gdyż wtedy ciecz 1 znajduje między ogniskiem soczewki 3 i tą soczewką i tylko wtedy soczewka 3 działa jako lupa, dając obraz pozorny, prosty i powiększony. Zastosowanie magnesu 16, wykonanego korzystnie ze spieku proszków żelaza, neodymu i boru daje większą wartość indukcji magnetycznej i wyraźniejszy efekt Mojżesza. Z kolei zastosowanie nabiegunnika 17 o przekroju poprzecznym trapezowym zwiększa gradient pola magnetycznego i też daje wyraźniejszy efekt Mojżesza. Ponadto wykonanie podstawy 6, słupków 7, 8, 9, 10, przesuwnej płyty 11, śruby 12 z łbem 14, pokrętła 13 i tulejki 15 z materiałów nieferromagnetycznych, w tym podstawy

6, słupków 7, 8, 9, 10 i przesuwnej płyty 11 z tekstolitu, natomiast śruby 12 z łbem 14, pokrętła 13 i tulejki 15 z mosiądzu, zapobiega niekorzystnemu rozpraszaniu pola magnetycznego przez te elementy, zapewnia dostateczną wytrzymałość mechaniczną przyrządu i małe tarcie między poruszającymi się elementami.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przyrząd do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym, zawierający ciecz, znamienny tym, że ciecz (1) wypełnia częściowo prostopadłościenne, otwarte od góry naczynie (2), nad którym znajduje się płasko-wypukła soczewka skupiająca (3), ustawiona ukośnie do powierzchni cieczy (1), przy czym dolny brzeg soczewki (3) jest przyklejony do górnego brzegu naczynia (2), zaś do narożników przeciwległego, górnego brzegu soczewki (3) są przyklejone górne końce dwóch wsporników (4, 5) w postaci prętów o prostokątnym przekroju poprzecznym, a dolne końce wsporników (4, 5) są przyklejone do narożników górnego brzegu naczynia (2), a oprócz tego ogniskowa soczewki (3) jest większa niż odległość jej górnej krawędzi od dna naczynia (2), soczewka (3) jest zwrócona płaską powierzchnią ku górze oraz naczynie (2), soczewka (3) i wsporniki (4), (5) są wykonane z materiału przezroczystego, a ponadto naczynie (2) jest połączone z podstawą (6) w kształcie prostokątnej płyty za pomocą czterech pionowych słupków (7, 8, 9, 10) w kształcie prętów o kołowym przekroju poprzecznym, przy czym słupki (7, 8, 9, 10) są rozmieszczone w pobliżu narożników naczynia (2) i podstawy (6) i górne końce słupków (7, 8, 9, 10) są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w dnie naczynia (2), a dolne końce słupków (7, 8, 9, 10) są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w górnej powierzchni podstawy (6), a ponadto między dnem naczynia (2) i górną powierzchnią podstawy (6) znajduje się przesuwna, prostokątna płyta (11), przez którą przechodzą dwa słupki (9, 10) znajdujące się przy jednym z dłuższych boków podstawy (6) i płyta (11) jest zaopatrzona w nagwintowany otwór, w który jest wkręcona pionowo usytuowana śruba (12), mająca na dolnym końcu osadzone na niej na wcisk pokrętło (13) z radełkowaną powierzchnią boczną i walcowy łeb (14), umieszczony w gnieździe wykonanym w górnej powierzchni podstawy (6), na który jest nałożona tulejka (15), wciśnięta w to gniazdo, a ponadto do górnej powierzchni płyty (11) jest przyklejony magnes trwały w kształcie prostopadłościennej sztabki (16), umieszczony równolegle do dłuższego boku płyty (11) w płaszczyźnie symetrii przyrządu, namagnesowany w kierunku pionowym i wykonany z materiału magnetycznie twardego o dużej koercji i remanencji, zaś do górnej powierzchni magnesu (16) jest przyklejony nabiegunnik (17) w kształcie graniastosłupa o trapezowym przekroju poprzecznym, skierowany krótszą podstawą ku górze i wykonany z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej, a poza tym podstawa (6), słupki (7, 8, 9, 10), przesuwna płyta (11), śruba (12) z łbem (14), pokrętło (13) i tulejka (15) są wykonane z materiału nieferromagnetycznego.
2. 2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że naczynie (2), soczewka (3) i wsporniki (4, 5) są wykonane z polimetakrylanu metylu.
3. 3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że magnes trwały (16) jest wykonany ze spieku proszków żelaza, neodymu i boru.
4. 4. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że nabiegunnik (17) jest wykonany z żelaza chemicznie czystego.
5. 5. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że podstawa (6), słupki (7, 8, 9, 10) i przesuwna płyta (11) są wykonane z tekstolitu.
6. 6. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że śruba (12) z łbem (14), pokrętło (13) i tulejka (15) są wykonane z mosiądzu.