RU2058049C1

RU2058049C1 - Device for illustration of electromagnetic induction

Info

Publication number: RU2058049C1
Authority: RU
Inventors: Роберт Валерьевич Майер
Original assignee: Роберт Валерьевич Майер
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: devices for education. SUBSTANCE: device has one rotation drive 1, winding 2, core 3, two light-emitting diodes 4 and 5, magnet 6. EFFECT: increased functional capabilities. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к демонстрационным приборам и наглядным пособиям по физике, в частности к приборам по электродинамике. The invention relates to demonstration devices and visual aids in physics, in particular to devices in electrodynamics.

Известно учебное наглядное пособие по электротехнике, моделирующее работу генератора однофазного переменного тока. Пособие выполнено в виде макета из полюсов и помещенного между ними витка "проводника", на продолжении оси которого за экраном установлен кривошип, взаимодействующий с прорезью ползунка реостата. Крайние витки реостата присоединены к источнику постоянного тока, а средняя точка и ползунок к клеммам. Known educational visual aids in electrical engineering, simulating the operation of a single-phase alternating current generator. The manual is made in the form of a layout of poles and a coil of “conductor” placed between them, on the continuation of the axis of which a crank is installed behind the screen, interacting with the slot of the rheostat slider. The extreme turns of the rheostat are connected to a direct current source, and the midpoint and slider are to the terminals.

Прибор не позволяет продемонстрировать явление электромагнитной индукции. The device does not allow to demonstrate the phenomenon of electromagnetic induction.

Известен стенд для демонстрации свойств магнитного поля, содержащий прямоугольную рамку с обмоткой, к которой подключен гальванометр, расположенную вблизи подковообразного магнита. Магнит и рамка подвешены так, что способны совершать колебания, двигаясь друг относительно друга. На рамку можно надевать экранирующие трубки из различных материалов. A known stand for demonstrating the properties of a magnetic field, containing a rectangular frame with a winding, which is connected to a galvanometer located near a horseshoe-shaped magnet. The magnet and the frame are suspended so that they are able to oscillate, moving relative to each other. Shielding tubes made of various materials can be worn on the frame.

Прибор не позволяет продемонстрировать возникновение и направление ЭДС индукции в обмотке, вращающейся в постоянном или переменном магнитном поле. The device does not allow to demonstrate the occurrence and direction of EMF induction in a winding rotating in a constant or alternating magnetic field.

Широко используется магнитоэлектрическая машина, состоящая из привода вращения, на оси которого установлена обмотка с сердечником, соединенная с коллектором, и постоянного магнита. A magnetoelectric machine is widely used, consisting of a rotation drive, on the axis of which a winding with a core connected to the collector, and a permanent magnet are installed.

Прибор имеет сложную конструкцию, невысокую наглядность, вызванную малыми размерами обмотки, и не позволяет продемонстрировать направление ЭДС индукции при различных положениях обмотки, вращающейся в постоянном или переменном магнитном поле. The device has a complex structure, low visibility caused by the small size of the winding, and does not allow to demonstrate the direction of the induction emf at different positions of the winding rotating in a constant or alternating magnetic field.

В качестве ближайшего аналога выбран магнитный двигатель, содержащий расположенную в магнитном поле Земли обмотку с сердечником, установленную на валу привода вращения перпендикулярно его оси. Свободные концы витков соединены с кольцом, контактирующим с щетками. Источник питания привода, вращающего вал, помещен в основании устройства. As the closest analogue, a magnetic motor is selected that contains a core winding located in the Earth's magnetic field, mounted on a rotation drive shaft perpendicular to its axis. The free ends of the turns are connected to the ring in contact with the brushes. The power source of the drive rotating the shaft is located at the base of the device.

Прибор не позволяет наглядно продемонстрировать величину и направление ЭДС индукции, возникающей в обмотке, вращающейся в постоянном или переменном магнитном поле. The device does not allow to clearly demonstrate the magnitude and direction of the EMF of the induction arising in the winding, rotating in a constant or alternating magnetic field.

Цель изобретения упрощение конструкции прибора, расширение его функциональных возможностей, повышение наглядности. The purpose of the invention is to simplify the design of the device, expanding its functionality, increasing visibility.

Указанная цель достигается тем, что прибор для демонстрации электромагнитной индукции, содержащий расположенную в магнитном поле обмотку с сердечником, установленную на валу привода вращения перпендикулярно его оси, имеет два параллельно соединенных и находящихся в режимах прямого и инверсного включения разноцветных светодиодов, дистантно расположенных относительно оси вращения вала, при этом общие выводы светодиодов соединены с разными концами обмотки. This goal is achieved by the fact that the device for demonstrating electromagnetic induction, comprising a core winding located in a magnetic field, mounted on a rotation drive shaft perpendicular to its axis, has two parallel-connected and in direct and inverse switching modes of multi-colored LEDs distantly located relative to the rotation axis shaft, while the common conclusions of the LEDs are connected to different ends of the winding.

Кроме того, средства формирования магнитного поля могут содержать источник переменного тока, к которому подключен электромагнит, расположенный в зоне перемещения обмотки с сердечником. In addition, the means of forming the magnetic field may contain an alternating current source to which an electromagnet located in the zone of movement of the winding with the core is connected.

На фиг. 1 изображен предлагаемый прибор, внешний вид; на фиг. 2 картина, наблюдаемая при работе прибора в постоянном магнитном поле; на фиг. 3 картина, наблюдаемая при работе устройства в переменном магнитном поле. In FIG. 1 shows the proposed device, appearance; in FIG. 2 picture observed during operation of the device in a constant magnetic field; in FIG. 3 picture observed when the device is operating in an alternating magnetic field.

Прибор для демонстрации электромагнитной индукции (фиг. 1) содержит привод вращения 1, на валу которого перпендикулярно оси вращения закреплены обмотка 2 с сердечником 3 и два разноцветных светодиодов 4 и 5, дистантно расположенных относительно оси. Диоды соединены параллельно и находятся в режимах прямого и инверсного включения, причем их общие выводы соединены с разными концами обмотки. Для создания магнитного поля вблизи обмотки установлен магнит 6. Прибор предусматривает использование постоянного магнита или электромагнита, подключенного к источнику постоянного или переменного тока. A device for demonstrating electromagnetic induction (Fig. 1) contains a rotation drive 1, on the shaft of which a winding 2 with a core 3 and two multi-colored LEDs 4 and 5 distantly located relative to the axis are fixed perpendicular to the axis of rotation. Diodes are connected in parallel and are in direct and inverse modes, and their common conclusions are connected to different ends of the winding. To create a magnetic field, a magnet 6 is installed near the winding. The device provides for the use of a permanent magnet or an electromagnet connected to a direct or alternating current source.

Прибор для демонстрации электромагнитной индукции работает следующим образом. При вращении обмотки с сердечником в постоянном магнитном поле в ней индуцируется ЭДС, величина и направление которой зависит от скорости и характера изменения магнитного потока. В зависимости от направления ЭДС попеременно загорается то один, то другой светодиод, вычерчивая при этом дугу соответствующего радиуса и цвета. В результате наблюдаются две разноцветные дуги (фиг. 2) в общем случае разных радиусов. Между дугами имеются темные промежутки, соответствующие моментам, когда сердечник параллелен вектору индукции магнитного поля (фиг. 1) и ЭДС индукции, пропорциональная скорость изменения магнитного потока равна нулю. A device for demonstrating electromagnetic induction operates as follows. When the winding with the core rotates in a constant magnetic field, an EMF is induced in it, the magnitude and direction of which depends on the speed and nature of the change in magnetic flux. Depending on the direction of the EMF, one or the other LEDs alternately light up, drawing an arc of the corresponding radius and color. As a result, two multi-colored arcs are observed (Fig. 2) in the general case of different radii. Between the arcs there are dark gaps corresponding to the moments when the core is parallel to the magnetic field induction vector (Fig. 1) and the induction EMF, the proportional rate of change of the magnetic flux is zero.

Если вместо постоянного магнита использовать электромагнит, подключенный к источнику переменного тока, то в случае, когда частота переменного магнитного поля кратна частоте вращения обмотки, наблюдается устойчивая картина, состоящая из разноцветных дугообразных штрихов, чередующихся друг с другом (фиг. 3). If instead of a permanent magnet an electromagnet connected to an alternating current source is used, then in the case when the frequency of the alternating magnetic field is a multiple of the frequency of rotation of the winding, a stable pattern is observed consisting of multi-colored arched strokes alternating with each other (Fig. 3).

Изготовленный прибор имеет следующие параметры: обмотка содержит 1000 витков, сердечник стальной диаметром 8 мм, индукция магнитного поля около 0,1 Тл. В качестве привода вращения применяется электродрель. The manufactured device has the following parameters: the winding contains 1000 turns, a core with a steel diameter of 8 mm, a magnetic field induction of about 0.1 T. An electric drill is used as a rotation drive.

Использование данного устройства обеспечивает полноту и наглядность демонстрации возникновения переменной ЭДС в контуре, вращающемся в магнитном поле, позволяет установить равенство между частотой вращения обмотки и частотой ЭДС индукции и связать величину и направление ЭДС со скоростью изменения магнитного потока через контур. The use of this device ensures the completeness and clarity of the demonstration of the occurrence of a variable EMF in a circuit rotating in a magnetic field, allows us to establish the equality between the frequency of rotation of the winding and the frequency of the EMF of induction and to relate the magnitude and direction of the EMF to the rate of change of the magnetic flux through the circuit.

Claims

1. DEVICE FOR DEMONSTRATION OF ELECTROMAGNETIC INDUCTION, containing a core winding located in a magnetic field, mounted on a rotation drive shaft perpendicular to its axis, characterized in that it is equipped with two colored LEDs in parallel and in direct and inverse modes, distantly located relative to the axis rotation of the shaft, while the common conclusions of the LEDs are connected to different ends of the winding.

2. The device according to claim 1, characterized in that the means of forming the magnetic field have an alternating current source and an electromagnet connected by leads to the outputs of the alternating current source and located in the zone of movement of the winding with the core.