RU2037884C1

RU2037884C1 - Device for demonstrating magnetic field energy accumulation by inductive coil

Info

Publication number: RU2037884C1
Authority: RU
Inventors: Э.Н. Кленов
Original assignee: Ростовский-на-Дону институт автоматизации и технологии машиностроения
Priority date: 1992-01-10
Filing date: 1992-01-10
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: demonstrating and displaying apparatus. SUBSTANCE: device has a ferromagnetic core, a magnetic field indicator, first wire sections, a second wire, switching circuits, keys, an incandescence lamp, galvanometer, a diode. EFFECT: enhanced quality of demonstrating. 14 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано для демонстрации накопления энергии магнитного поля индуктивностью. The invention relates to educational devices and can be used to demonstrate the storage of magnetic field energy by inductance.

Известно устройство для демонстрации и измерения накопленной индуктивностью энергии, содержащее катушки индуктивности со съемным ферромагнитным сердечником, обмотка которой разбита на секции и подключена через диод к резистору из тонкой константановой проволоки, которая расположена в герметически закрытом стеклянном сосуде [1]
В него через пробку введена горизонтальная стеклянная трубка с капиллярным каналом, часть которого заполнена цветной жидкостью. Исходное направление тока выбирается так, чтобы диод был в запертом состоянии, и ток через проволочный резистор не проходил. При размыкании цепи ток самоиндукции проходит через проволочный резистор (диод для этого направления тока отперт), нагревая его. Количество выделившейся энергии пропорционально или близко к накопленной индуктивностью энергии. За счет теплообмена нагревается воздух в закрытом сосуде, давление в нем повышается, и цветная жидкость в капилляре смещается. Путем расчета с некоторым приближением можно установить количество выделившейся энергии.A device for demonstrating and measuring the accumulated inductance of energy is known, comprising inductors with a removable ferromagnetic core, the winding of which is divided into sections and connected through a diode to a resistor made of a thin constantan wire, which is located in a hermetically sealed glass vessel [1]
A horizontal glass tube with a capillary channel, part of which is filled with colored liquid, is introduced into it through a cork. The initial current direction is selected so that the diode is in a locked state, and the current does not pass through the wire resistor. When the circuit is opened, the self-induction current passes through a wire resistor (the diode is unlocked for this current direction), heating it. The amount of energy released is proportional to or close to the energy accumulated by the inductance. Due to heat exchange, the air in a closed vessel is heated, the pressure in it rises, and the colored liquid in the capillary is displaced. By calculating with some approximation, you can set the amount of energy released.

Недостатком устройства является невозможность изменения накапливаемой индуктивностью энергии без изменения силы тока в ней, числа витков в обмотке, по которой течет ток, а также положения сердечника. The disadvantage of this device is the impossibility of changing the energy accumulated by the inductance without changing the current strength in it, the number of turns in the winding through which the current flows, as well as the position of the core.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка. The aim of the invention is to remedy this drawback.

На фиг. 1 показана схема включения устройства при максимальном значении индуктивности; на фиг.2 приведена схема включения устройства при минимальном значении индуктивности. In FIG. 1 shows a diagram of the inclusion of the device at the maximum value of inductance; figure 2 shows a diagram of the inclusion of the device with a minimum value of inductance.

Устройство содержит катушку индуктивности с ферромагнитным сердечником 1. Против одного из его концов установлен индикатор 2 магнитного поля, например датчик Холла. Обмотка индуктивности намотана на каркас сложенными вместе и укладываемыми рядом двумя изолированными друг от друга проводами. Один из них разбит на участки 3, 4 и 5, от концов которых сделаны выводы наружу. Другой рядом укладываемый провод 6 на участки не разбивается. Участки сформированы послойно, участок 3 вместе с частью провода 6 занимает два слоя обмотки, участок 4 следующие три слоя обмотки, участок 5 последующие четыре слоя. Участки 3, 4 и 5 соединены последовательно между собой и с проводом 6. Переключатели 7, 8 и 9 позволяют изменять направления токов на участках 3, 4 и 5 независимо друг от друга. К концам обмотки индуктивности с помощью ключа 10 может подключаться лампочка 11 накаливания либо гальванометр 12, работающий в баллистическом режиме, через диод 13 включенный в запорном направлении. Устройство подключено к источнику постоянного тока с соблюдением полярности через ключ 14. The device comprises an inductor with a ferromagnetic core 1. A magnetic field indicator 2, for example, a Hall sensor, is mounted against one of its ends. An inductance winding is wound on a frame folded together and stacked side by side with two insulated wires. One of them is divided into sections 3, 4 and 5, from the ends of which conclusions are drawn to the outside. Another nearby stacked wire 6 is not broken into sections. The sections are formed in layers, section 3 together with part of the wire 6 occupies two layers of the winding, section 4, the next three layers of the winding, section 5, the next four layers. Sections 3, 4 and 5 are connected in series with each other and with the wire 6. Switches 7, 8 and 9 allow you to change the direction of the currents in sections 3, 4 and 5 independently of each other. Using the key 10, an incandescent bulb 11 or a galvanometer 12 operating in ballistic mode can be connected to the ends of the inductance winding using a diode 13 connected in the locking direction. The device is connected to a DC source with the correct polarity through the key 14.

После включения устройство работает следующим образом. After turning on, the device operates as follows.

При замыкании ключа 14 ток проходит только через обмотку индуктивности. Те слои обмотки, где направления токов в участках 3, 4 и 5 совпадают с направлением тока в проводе 6, создают магнитное поле обмотки индуктивности. Слои обмотки, в которых направления токов в участках 3, 4 и 5 противоположно направлению тока в проводе 6, магнитного поля не создают и вклада в результирующее магнитное поле обмотки индуктивности не вносят. При размыкании ключа 14 ток самоиндукции через диод 13 замыкается на индикатор выделяющейся энергии лампочку 11 или гальванометр 12. По яркости вспышки лампочки или величине отброса стрелки гальванометра судят о накопленной индуктивностью энергии. При разных комбинациях направления токов на участках 3, 4 и 5, осуществляемых с помощью переключателей 7, 8 и 9, можно получить семь разных значений энергии магнитного поля, создаваемого соответственно 9, 7, 6, 5, 4, 3, 2 слоями обмотки индуктивности, в которых токи в параллельных проводах слоя имеют одинаковое направление (фиг.1). Восьмое нулевое значение энергии и интенсивности магнитного поля получается, когда на всех участках 3, 4 и 5 в проводе 6 направления токов противоположны (фиг.2). Величину интенсивности магнитного поля, измеряемой индикатором 2, сравнивают с измеренной величиной накапливаемой индуктивностью энергии. When the key 14 is closed, the current passes only through the inductance winding. Those layers of the winding, where the directions of the currents in sections 3, 4 and 5 coincide with the direction of the current in the wire 6, create a magnetic field of the inductance winding. The layers of the winding, in which the directions of the currents in sections 3, 4 and 5 are opposite to the direction of the current in the wire 6, do not create a magnetic field and do not contribute to the resulting magnetic field of the inductance. When the key 14 is opened, the self-induction current through the diode 13 is closed to the indicator of the released energy, the bulb 11 or the galvanometer 12. The accumulated energy inductance is judged by the brightness of the flash of the bulb or the magnitude of the rejection of the galvanometer. With different combinations of current directions in sections 3, 4 and 5, carried out using switches 7, 8 and 9, you can get seven different values of the magnetic field energy generated by 9, 7, 6, 5, 4, 3, 2, respectively, of the inductance winding in which the currents in the parallel wires of the layer have the same direction (figure 1). The eighth zero value of the energy and intensity of the magnetic field is obtained when in all sections 3, 4 and 5 in the wire 6 the current directions are opposite (figure 2). The magnitude of the intensity of the magnetic field, measured by indicator 2, is compared with the measured value of the accumulated inductance of the energy.

Измерение накапливаемой индуктивностью энергии с помощью баллистического гальванометра 12 основывается на следующем. При размыкании ключа 14 ток самоиндукции проходит через диод 13 к гальванометру 12. Работа, совершаемая ЭДС самоиндукции ε
ε -L

(1) где L индуктивность;
i величина тока, равна
W

εidt

LI² (2) где I сила тока в обмотке при размыкании цепи.The measurement of the energy accumulated by the inductance using a ballistic galvanometer 12 is based on the following. When the key 14 is opened, the self-induction current passes through the diode 13 to the galvanometer 12. The work performed by the self-induction EMF ε
ε -L

(1) where L is the inductance;
i is the current value
W

εidt

LI ² (2) where I is the current strength in the winding when the circuit is opened.

С другой стороны:

εdt LI (3)

εdt ∫Ridt

RdQ RQ
(4) где R общее сопротивление цепи.On the other hand:

εdt LI (3)

εdt ∫Ridt

RdQ RQ
(4) where R is the total resistance of the circuit.

ИЗ (3) и (4) следует, что
LI RQ (5).From (3) and (4) it follows that
LI RQ (5).

Подставляя это значение в (2), получают
W

RIQ (6)
Отброс стрелки гальванометра 12, работающего в баллистическом режиме, пропорционален количеству электричества Q, протекающего через него при размыкании ключа 14, т.е.Substituting this value in (2), get
W

RIQ (6)
The rejection of the arrow of the galvanometer 12 operating in the ballistic mode is proportional to the amount of electricity Q flowing through it when the key 14 is opened, i.e.

N α Q, (7) где α постоянная гальванометра. N α Q, (7) where α is the galvanometer constant.

Подставляя это значение в (6), получают
W

N (8)
Данное изобретение целесообразно использовать в познавательных и учебных целях при изучении электромагнитизма, в частности для установления связи энергии проводника с током с магнитным полем, которое создает ток, и экспериментального подтверждения принципиального положения теории, что магнитное поле носитель энергии. Устройство может быть использовано в качестве лабораторной установки в физическом практикуме, а также демонстрационной установки.Substituting this value in (6), we obtain
W

N (8)
This invention is advisable to use for educational and educational purposes in the study of electromagnetism, in particular to establish the connection of the energy of the conductor with the current with the magnetic field that creates the current, and experimental confirmation of the fundamental position of the theory that the magnetic field is an energy carrier. The device can be used as a laboratory unit in a physical workshop, as well as a demonstration unit.

Claims

1. A DEVICE FOR DEMONSTRATING MAGNETIC FIELD ENERGY ACCUMULATION BY INDUCTION, containing a power source, an inductor with a ferromagnetic core and an indicator of changes in the amount of stored energy, characterized in that the inductor is made in the form of two insulated wires wound on its frame and placed next to it, one of which is divided into sections of different lengths, and the device is equipped with switches for changing the direction of the current in each of the sections, while the first output of the power source oedinen through series-connected to the common circuit by the switches corresponding to different length portions of the first wire to a first terminal of a second conductor, a second terminal coupled to a second terminal of the power source, and the indicator is located at one end of the ferromagnetic core.

2. The device according to claim 1, characterized in that it has a ballistic galvanometer and a diode connected in series, the cathode of which is connected to the first output of the power supply connected to the second output with the second output of the ballistic galvanometer.