RU1781693C - Учебный прибор по физике - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : ведомые ферромагнитные элементы помещают внутрь ферромагнитного кругового кольца с про дольным намагничиванием и создают вращающеес  магнитное поле путем вращени  кругового кольца в его плоскости, чем моделируют удержание ведомых элементов в плоскости вращени  внутри кольца на своих траектори х или в центре кольца за счет соотношени  сил т жести, прит жени , центробежных и возникающих сил Лоренца . 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к учебным пособи м по физике.

Известен способ демонстрации отталкивани  магнитов, имеющих одинаковую пол рность, и устройство.реализующее данный способ. На данном способе основаны подшипники, имеющие бесконтактные пассивные опоры вращени , выполненные на посто нных магнитах, обращенных друг к другу одноименными полюсами у подвижной и неподвижной частей опор. На этом же способе реализовано устройство дл  демонстрации и изучени  эффекта воздействи  момента инерции.

Недостатком данного способа и реализующих его устройств  вл етс  то, что они не позвол ют продемонстрировать в динамике взаимодействи  подвижных тел, способных к намагничиванию при помещении их внутрь посто нного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнутым магнитопроводом.

Известен способ демонстрации магнитных сил, заключающийс  в том, что над посто нными магнитами статора помещают посто нные магниты ротора, расположенные одноименными полюсами один напротив другого, между которыми расположен неподвижный магнитный экран, экранирующий только часть каждого магнита статора от каждого магнита ротора так, что прит жение роторных магнитов к экрану и отталкивание и х от статорных магнитов вызывает вращение ротора, и устройство, реализующее данный способ, содержащее ротор, установленный на оси, к которому прикреплены роторные магниты дл  совместного с ним вращени  и статор со стационарными возбуждающими магнитами, причем одноименные полюса роторного магнита и возбуждающего магнита расположен один напротив другого, так что между магнитами устанавливаетс  воздушный зазор, в котором установлен неподвижный магнитный экран, выполненный из материала с высокой магнитной проницаемостью и экранирующий только часть возбуждающих магнитов статора от роторных магнитов.

При работе устройства происходит прит гивание ротора к магнитному экрану и вращение его за счет взаимодействи  магнитных сил и возбуждающих магнитов и установление динамического равновеси  в направлении оси ротора благодар  отталкиVI

00

О Ю CJ

вающим силам от одноименных полюсов ротора и статора,

Недостатком данного способа и реализующего его устройства  вл етс  то, что он не позвол ет продемонстрировать в динамике взаимодействие подвижных тел, способных к намагничиванию при помещении их внутрь посто нного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнутым магнитопроводом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и устройству  вл етс  способ моделировани  подвижных демонстрационных элементов, заключающийс  в том, что путем вращени  подвижного элемента, выполненного из магнитного материала, создают вращающеес  магнитное поле и помещают в это поле ведомый ферромагнитный элемент, при этом на траектории их взаимодействи  образуютс  участки с силой прит жени  между демонстрационными элементами больше силы т жести ведомого элемента и участки с обратным соотношением сил. Устройство , реализующее данный способ, содержит основание со стойкой, подвижный элемент, который выполнен из магнитного материала и укреплен на обойме с возможностью движени  по заданной траектории, при этом обойма установлена на оси привода вращени , который укреплен на основании , и ведомый элемент, который выполнен из ферромагнитного материала и укреплен на нижнем конце нити с возможностью взаимодействи  с подвижным элементом.

Недостатком данного способа и устройства  вл етс  то, что они не позвол ют продемонстрировать в динамике взаимодействие подвижных тел, способных к намагничиванию при помещении их внутрь посто нного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнутым магнитопроводом ,

Целью изобретени   вл етс  повышение дидактических возможностей способа и устройства.

Данна  цель достигаетс  тем, что в способе моделировани  взаимодействи  подвижных демонстрационных элементов, где путем вращени  подвижного элемента, выполненного из магнитного материала, создают вращающеес  магнитное поле и помещают в это поле ведомый ферромагнитный элемент с возможностью его взаимодействи  с подвижным элементов, в нем ведомые ферромагнитные элементы помещают внутрь ферромагнитного кругового кольца с продольным намагничиванием и создают вращающеес  магнитное поле путем вращени  кругового кольца в плоскости

кольца, чем моделируют устойчивое удержание ведомых элементов в плоскости вращени  внутри кольца на своих траектори х или в центре кольца за счет соотношени  сил

5 т жести, сил прит жени , центробежных сил и возникающих сил Лоренца.

Данна  цель достигаетс  тем, что в устройстве с подвижными демонстрационными элементами, реализующим данный

0 способ, содержащем основание со стойкой, подвижный элемент, который выполнен из магнитного материала и укреплен на обойме , св занной с осью привода вращени , который установлен на основании, и ведо5 мый элемент, который выполнен из ферромагнитного материала и установлен с возможностью взаимодействи  с подвижным элементом, в нем последний выполнен в виде замкнутого посто нного магнита в

0 форме кругового кольца с продольным намагничиванием , а ведомый элемент свободно помещен внутри кольца.

На чертеже показан общий вид устройства с подвижными демонстрационными

5 элементами, разрез.

Устройство содержит основание 1, стойку 2, укрепленную на ней втулку 3, внутри которой смонтировано два шарикоподшипника 4 и установлена ось 5. На верхнем

0 конце оси 5 жестко укреплена обойма б из немагнитного материала, внутри которой установлен подвижный элемент, выполненный в виде замкнутого посто нного магнита 7 в форме кругового кольца с продольным

5 намагничиванием. Нижний конец оси 5 св зан через муфту 8 с электроприводом 9 вращени  обоймы 6 с посто нным магнитом 7. Ведомые элементы 10 могут быть выполнены целиком из ферромагнитного материала

0 или из легкого немагнитного материала с наружным слоем из ферромагнитного материала или слоем в виде замкнутого по са. Электродвигатель 9 вставлен в цилиндрическую часть фланца 11, жестко укрепленного

5 на основании 1, и закреплен в ней винтом 12, зат гивающим пружин щий хомутик.

Устройство работает следующим образом .

Внутрь посто нного магнита 7 в форме

0 кругового кольца помещают ведомый (ведомые ) элемент 10, который прит гиваетс  к внутренней стенке магнита 7 и одновременно незначительно провисает под действием силы т жести. Затем включают электродви5 гатель 9,

В начале демонстрации при разгоне электродвигател  9 и посто нного магнита 7 с ведомым элементом 10, последний за счет центробежных сил при наличии магнитныхсил прит жени  дополнительно прижимаетс  к внутренней стенке кольцевого магнита 7. При увеличении скорости вращени  магнита 7 возникают силы Лоренца, которые противодействуют перечисленным выше силам и по мере их преодолени  ведомый (ведомые) элемент отрываетс  от внутренней стенки кольцевого магнита 7 и занимает круговую орбиту или устанавливаетс  в центре кольца 7.

Затем демонстрируетс  устойчивое на- хождение ведомого элемента в центре магнита 7 или устойчивое круговое движение ведомых элементов по различным круговым орбитам с- одновременным вращением их вокруг своих осей. При этом ведомые эле- менты 10 с меньшими плотност ми выход т на центр или на свои орбиты при меньших угловых скорост х вращени .

Ожидаетс  положительный качественный эффект при изучении соответствующе- го раздела физики и экономический эффект

от лучшего усвоени  демонстрируемого  влени .

Данный способ и устройство, реализующее его, могут быть использованы также в научно-исследовательских физических институтах .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Учебный прибор по физике, содержащий выполненный из магнитного материала подвижный элемент, установленный в обойме , св занной с приводом вращательного движени , и ведомый элемент, выполненный из ферромагнитного материала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  нагл дности демонстрации свойств магнитного и электрического полей, подвижный элемент выполнен в виде замкнутого посто нного магнита в форме кругового кольца с продольным намагничиванием, а ведомый элемент свободно расположен внутри этого кольца.