PL41604B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 14 listopada 1958 r.Urzedu Patentowego | W POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 41604 KI."42 n, 11/50 Centralne Biuro Studiów i Projektów Budownictwa Wodnego „Hyclroprpjekt" *) Warszawa, Polska Model elektryczny do badania zjawisk fizycznych na zasadzie analogii, spo¬ sób wytwarzania materialu do wyrobu takich modeli oraz sposób wykony¬ wania tych modeli Patent trwa od dnia 24 maja 1958 r.Wynalazek dotyczy materialu przewodzacego, w szczególnosci przeznaczonego do budowy mo¬ deli elektrycznych oraz sposolbu wykonania mo¬ deli elektrycznych z itego materialu. Metoda analogii elektrycznych pozwala ma badanie pew¬ nych zjawisk fizycznych na .modelach elektrycz¬ nych takich, w których wielkosci elektryczne sa zwiazane tymi samymi równaniami Tnatema- tycznyrad, co i badane wielkosci fizyczne. Szcze¬ gólnie dogodne jest stosowanie modeli wielkosci okreslonych równaniem Laplace'a, a wiec po¬ siadajacych potencjal, wówczas bowiem latwo mozna ustalic analogie miedzy potencjalem wielkosci badanej a potencjalem elektrycznym.Sposród zagadnien, dla których metoda analogii elektrycznych znalazla zastosowanie praktyczne i zyskuje coraz szersze rozpowszechnienie, na- * Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspóltwórcami wynalazku sa inz. mgr Henryk Dzlatllk, inz. Janusz Stawski, inz. Adam Anysz i Janusz Bublewskt. lezy wymienic przede wszystkim filtracje wody gruntowej, której ruch w osrodku przepuszczal¬ nym mozna wyrazic potencjalem predkosci. Z innych zagadnien mozna wymienic zagadnienia aerodynamiki w konstrukcjach lotniczych, za¬ gadnienia rozkladu pól magnetycznych w ma¬ szynach elektrycznych, rozkladu pol elektrycz¬ nych w kondensatorach oraz lampach elektrono¬ wych i1p. Poniewaz jednak metoda modelowa¬ nia elektrycznego wszelkich wielkosci potencja¬ lowych pozostaje w zasadzie taka sama, wiec dla uproszczenia opisu w dalszym ciagu bedzie mowa tylko o elektrycznym modelowaniu filtra¬ cji Jak wiadomo, modelem elektrycznym filtracji moze byc przewodnik elektryczny, w którym plynie prad na skutek przylozonej róznicy po¬ tencjalów i w których mozna zbadac rozklad potencjalów w punktach z góry wyznaczonych.Czesto przy takich badaniach wyznacza sie linieekwipotencjalne, z których przez odwrócenie analogii mozna otrzymac wnioski o przebiegu filtracji w naturze. Linie ekwipotencjalne wyznacza sie (najczesciej za pomoca mostka Wheatstone^ z modelem wlaczonymi do jednej z jego galezi.Jezeli obiekt hydrotechniczny ma wyrazna rozciaglosc liniowa, tzn. jezeli jeden wy¬ miar przewyzsza wielokrotnie dwa wymiary pozostale, jak to np. ma miejsce w przypadku zapór wodnych, jazów,, itp. to wystarczy zbadac filtracje tylko w jednym przekroju tzw. filtracje plaska pionowa. Modelem takiej filtracji bedzie plaski przewodnik, uformowany w takim ksztal¬ cie, jaki ma przekrój badanego obiektu. Za po¬ moca modeli plaskich mozna badac równiez obiekty o znacznej rozciaglosci poziomej, lecz malej pionowej, w których wystepuje tzw. fil¬ tracja plaska pozioma. Przykladem takich obiek¬ tów sa np. stopnie wodne w obszarze, w którym miazszosc warstwy przepuszczalnej jest stosun¬ kowo nieduza.Sa jednak równiez wazne obiekty budowni¬ ctwa wodnego o ksztalcie zwartym, dla któ¬ rych nie mozna stosowac modelowania dwuwy¬ miarowego — np. grodze lub zbiorniki.. Wów¬ czas zachodzi potrzeba wykonania z odpowied¬ niego przewodnika modelu przestrzennego. Wy¬ konanie takich modeli jest o wiele trudniejsze niz modeli plaskich.Modelowanie gruntów o róznych wspólczyn¬ nikach filtracji wymaga stosowania przewodni¬ ków o róznych przewodnosciach wlasciwych.Wspólczynniki filtracji zmieniaja sie od k = 10"1 em/sek dla zwirów do k = 10-* cm/sek dla ilów.Z powyzszego omówienia mozna okreslic wa¬ runki, jakim ma odpowiadac przewodnik, na¬ dajacy sie do wykonywania modeli elektrycz¬ nych. Przewodnik taki powinien posiadac cechy podane ponizej.Przewodnik powinien miec wlasciwosc latwe¬ go formowania plastycznego i obróbki mecha¬ nicznej oraz latwego otrzyTnywania róznych przewodnosci wlasciwych w bardzo szerokich granicach.Przewodnik powinien równiez cechowac sie latwoscia laczenia róznych czesci modelu o róz¬ nych przewodnosciach wlasciwych oraz przyla¬ czania elekrod metalowych od zewnatrz i w gle¬ bi modelu, a takze dawac moznosc latwego do¬ konywania pomiarów geometrycznych i wyzna¬ czania oraz utrwalania badanych punktów i li¬ nii charakterystycznych dla modelu.Na koniec przewodnik powinien wykazywac niezmiennosc wlasnosci elektrycznych w czasie, mozliwosc regeneracji (wielokrotnego uzywania tego samego materialu) oraz powinien byc nie¬ szkodliwy dla zdrowia i niewrazliwy na czyn¬ niki zewnetrzne jak np. wilgoc i temperature.Zaden ze znanych materialów, uzywanych do budowy modeli elektrycznych, nie spelnia wszystkich wymienionych wyzej wymagan. Do modelowania plaskiego uzywa sie najczesciej elektrolitów w postaci cieklej lub pólzestalonej (np* w postaci galarety). Jednak najwieksza za¬ leta elektrolitów jaka jest latwosc otrzymywa¬ nia róznych przewodnosci wlasciwych w bardzo szerokich granicach nie moze byc wykorzystana do budowy modeli o przewodnosci niejedno¬ rodnej, gdyz elektrolity o róznych stezeniach lub skladach winny byc polaczone elektrycznie, lecz przegrodzone w przestrzeni, co jest warun¬ kiem nie latwym do spelnienia w modelu plas¬ kim a niemozliwym w modelu przestrzennym.Modele wykonane z mas galaretowatych sa nie¬ stale wobec dosc szybkiej dyfuzji wzajemnej elektrolitów.Zamiast elektrolitów stosuje sie obecnie dosc powszechnie papiery przewodzace, lecz ich prze¬ wodnosci wlasciwe sa niejednorodne i na ogól dosc przypadkowe. Oczywiscie papiery przewo¬ dzace zupelnie sie nie nadaja do budowy mo¬ deli przestrzennych. Wiele innych materialów przewodzacych proponowanych w literaturze fachowej, jak lakiery przewodzace, wilgotne masy proszkowe o podstawie grafitowej itd. nie przyjely sie w praktyce ze wzgledu na niesta¬ losc charakterystyk przewodzenia pradu.Przedmiotem wynalazku jest model elektrycz¬ ny wykonany z masy przewodzacej, która spel¬ nia wszystkie wymagania wymienione wyzej i nadaje sie równie dobrze do budowy modeli plaskich, jak i pnzestrzennych. Masa ta zawiera dwa zasadnicze skladniki: parafine i sadze, zmieszane ze soba w stosunku zaleznym od po¬ zadanej przewodnosci wlasciwej. Po zmieszaniu otrzymana ciastowata mase ostudza sie nieco do konsystencji, pozwalajacej na latwa obróbke plastyczna i poddaje sie wielokrotnemu walco¬ waniu, podgrzewajac w razie potrzeby walce i mase za pomoca promienników cieplnych. Po kazdym przewalcowaniu arkusz sklada sie na przemian wzdluz i w poprzek, aby uzyskac dob¬ ra jednorodnosc masy. Podczas walcowania po¬ biera sie próbki masy i bada je na przewodnosc i jednorodnosc.Bogate w wegiel mieszanki zawierajace 20%— 50% sadzy daja sie bardzo dobrze walccwac, poniewaz nie przylegaja do stalowych walców.Mieszanki ubozsze, zawierajace 5%—20% sa- — 2dzy, moga sprawiac trudnosci przy walcowaniu* a wiec aby itemu zapobiec imozna stosowac np. odpowiednie wypelniacze, poprawiajace warun¬ ki walcowania. Doibre wyniki otrzymano sto¬ sujac jako wypelniacz biel cynkowa, której do¬ daje sie tym wiecej,, im maniej jest sadzy w ma¬ sie. Jako wypelniacz moze sluzyc równiez kre¬ da, tlenek magnezu lub weglan magnezu.Otrzymane arkusze masy przewodzacej o gru¬ bosci 0,5—5 mm sa wygodne w manipulowaniu, gdyz mozna je latwo ciac, wyginac, laczyc ze soba przez sklejanie lub spawanie, jak równiez laczyc z dowolnymi elekrodami metalowymi.Z arkuszy tych mozna latwo sporzadzac modele o dowolnym ksztalcie i dowolnym zestawieniu róznych przewodnosci w poszczególnych czes¬ ciach modelu.Opornosc wlasciwa masy przewodzacej moze wahac sie w bardzo szerokich granicach od 30 Q cm w przypadku masy 50-procentowej do kilku M Q cm w przypadku mieszanek kilku- procentowych.Wielka zaleta masy przewodzacej jest latwosc bezposredniego laczenia plytek z masy o róznej przewodnosci wlasciwej przez spawanie, tzn. przez polaczenie plytek na brzegach rozgrza¬ nych np. strumieniem goracego powietrza. Na granicy polaczenia plytek nie wystepuje opor¬ nosc przejsciowa, a linie ekwipotencjalne za¬ lamuja sie w sposób wyrazny, co jest niemozli¬ we do osiagniecia przy stosowaniu innych zna¬ nych materialów, uzywanych do budowy mo¬ deli elektrycznych, np. elektrolitów i w ogóle materialów o przewodnosci jonowej.Elektrody metalowe mozna dolaczyc na gora¬ co w dowolnym miejscu na powierzchni lub w glebi modelu.Elektronowa przewodnosc masy przewodzacej do wykonywania modeli wedlug wynalazku po¬ zwala na wykonywanie pomiarów z zastosowa¬ niem pradu stalego, co pozwala na uzyskanie dokladnych pomiarów za pomoca stosunkowo prostej aparatury z czulym przyrzadem sero¬ wym, np. galwanometrem lusterkowym, Ifrzy pomiarach z zastosowaniem pradu stalego w przypadku przewodnosci elektronowej nie prze¬ szkadzaja w pomiarach zjawiska uboczne jak polaryzacja elektrod, pojemnosci pasozytnicze itp.Poniewaz modele wykonane z opisanej po¬ wyzej masy maja wystarczajaca sztywnosc i wytrzymalosc przy wszelkich manipulacjach w praktyce laboratoryjnej mozna je przechowy¬ wac przez czas nieograniczony, uzupelniac po¬ miary lub .powtarzac je w razie potrzeby. Wy¬ niki pomiarów w postaci linii ekwipotencjalnych mozna wykreslic wprost na plytkach biala far¬ ba i utrwalic je w dokumentacji sposobem fo¬ tograficznym, .a po sfotografowaniu mozna je zetrzec i na tym samym modelu wyznaczyc w razie potrzeby nowe linie dla innego przypadku rozkladu .potencjalów. W ten sposób osiaga sie znaczna oszczednosc na pracy kreslarskiej i na sporzadzaniu modeli dla róznych wariantów.Wyznaczanie krzywych depresji wód grunto¬ wych jest stosunkowo latwe wobec latwosci cie¬ cia i spawania tej masy przewodzacej* Mase przewodzaca z modeli juz wykorzysta¬ nych i niepotrzebnych mozna ponownie prze- walcowac i uzyc do budowy innych modeli.Nalezy jeszcze zaznaczyc, ze masa przewodza¬ ca do wykonywania modeli wedlug wynalazku jesit nieszkodliwa dla zdrowia i odporna na wilgoc, czynniki chemiczne dtp. Przewodnosc wlasciwa masy jest zalezna od temperatury, wobec czego zaleca sie przeprowadzac pomiary zawsze przy jednakowej temperaturze.Ponizej podano przyklady receptury (materia¬ lu przewodzacego do wykonywania modeli we¬ dlug wynalazku.Przyklad I. Do parafiny (VEB Veban 52—54) ogrzanej do temperatury okolo 60°C do¬ daje sie sadzy acetylenowej (VEB Piessteritz P^1250) w ilosci 38% wagowych, a po ochlodze¬ niu mieszaniny do temperatury okolo 35°C pod¬ daje sie ja wielokrotnemu walcowaniu miedzy stalowymi walcami. Arkusze walcowanej masy sklada sie wielokrotnie za kazdym razem w in¬ nym kierunku. Po dziesieciu minutach walcowa¬ nia otrzymuje sie arkusze o opornosci wlasci¬ wej 5 Q cm w temperaturze 18°C.Przyklad II. Io parafiny jak w przykla¬ dzie I dodaje sie 15% sadzy d 15% bieli cynko¬ wej jako wypelniacza w celu polepszenia wa¬ runków walcowania. Po przewalcowaniu arku¬ sze masy przewodzacej wykazuja opornosc wla¬ sciwa 32 Q cm. PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1.

2. Model elektryczny do badania zjawisk fi¬ zycznych na zasadzie analogii, znamienny tym, ze jego czesci skladowe wykonane sa z materialu stanowiacego mieszanine parafi¬ ny z weglem, np. w postaci sadzy lub grafi¬ tu z ewentualnym dodatkiem wypelniacza np. tlenku cynkowego, kredy, tlenku lub weglanu magnezowego, polepszajacego wa¬ runki termoplastycznej obróbki mieszanek ubogich w wegiel. — 3 —Sposób wytwarzania materialu do wyrobu modeli wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze po zmieszaniu podstawowych skladników (parafiny i wegla) material poddaje sie wie¬ lokrotnej obróbce plastycznej np. przez ugniatanie, walcowanie i prasowanie.

3. Sposób wykonywania modeli elektrycznych wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze po¬ szczególne czesci modelu wykonane z mate¬ rialu o jednakowej przewodnosci elektrycz¬ nej luib z materialów o róznych przewod- nosciach elektrycznych, laczy sie ze soba przez spawanie na goraco lub klejenie odpo¬ wiednim rozpuszczalnikiem.

4. Sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, ze model przestrzenny wykonuje sie z plytek ulozonych na stos i sprasowanych ze soba z dociskiem o wielkosci odpowiednich do uzy¬ skania odksztalcen plastycznych. Centralne Biuro Studiów i Projektów Budownictwa Wodnego „H y d r o p r o j e k t" Urzedu RSW „Prasa" W-wa, Okopowa 58/72* Zam, 1422/A, Pap. druk. sat. ki. III 70 g. 100 egz. PL