RU2285960C1 - Training device for demonstration of second maxwell equation - Google Patents

Training device for demonstration of second maxwell equation Download PDF

Info

Publication number
RU2285960C1
RU2285960C1 RU2005117245/09A RU2005117245A RU2285960C1 RU 2285960 C1 RU2285960 C1 RU 2285960C1 RU 2005117245/09 A RU2005117245/09 A RU 2005117245/09A RU 2005117245 A RU2005117245 A RU 2005117245A RU 2285960 C1 RU2285960 C1 RU 2285960C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
toroids
axis
measuring coil
coil
distance
Prior art date
Application number
RU2005117245/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руслан Алексеевич Белокопытов (RU)
Руслан Алексеевич Белокопытов
Валерий Константинович Ковнацкий (RU)
Валерий Константинович Ковнацкий
Original Assignee
Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского filed Critical Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
Priority to RU2005117245/09A priority Critical patent/RU2285960C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2285960C1 publication Critical patent/RU2285960C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: training devices, possible use in laboratory practicum on physics for studying physical rules and occurrences.
SUBSTANCE: device contains two even toroids, positioned oppositely and in parallel to one another at distance of their radius. Outputs of windings of toroids are connected to output clamps of sound frequency generator. Both toroids are mounted on substrate, on which scale with points is installed. Moveable platform is positioned on substrate between toroids along the scale with points. Measuring coil is mounted on moveable platform at the level of axis of toroids and at even distance from them so, that its axis coincides with direction of strength vector of magnetic field, created by electric field of toroids. Position pointer of measuring coil is positioned on moveable platform and coincides with axis of measuring coil. Input clamps of EMF registrar are connected to outputs of measuring coil. Drive with belt transmission is held on substrate and is used for moving moveable platform between aforementioned toroids along the scale with points for counting distance from axis of toroids to measuring coil with position pointer. Supporting coil is mounted on the substrate between toroids at the level of their axis and in parallel to measuring coil at distance from axis of toroids, equal to their radius. Device contains device for measuring phase difference, first input of which is connected to outputs of measuring coil, and second output - to outputs of supporting coil. Device allows measuring dependence of shift current from frequency and strength of electric field. On basis of indications of phase difference meter it is possible to demonstrate right-handed screw system between vectors of shift current density and magnetic field strength.
EFFECT: expanded research area, increased precision of measurements.
6 dwg

Description

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних специальных учебных заведениях по курсу физики для изучения и углубления знаний физических законов и явлений.The invention relates to educational devices and can be used in laboratory practice in higher and secondary special educational institutions at the rate of physics to study and deepen knowledge of physical laws and phenomena.

Известен учебный прибор по физике (RU патент №2133505, 20.07.99, Бюл. №20), содержащий соленоид, подключенный к генератору гармонического напряжения. Он позволяет демонстрировать первое уравнение Максвелла, показывающее, что переменное магнитное поле порождает вокруг себя переменное электрическое поле. На нем нельзя демонстрировать второе уравнение Максвелла, показывающее, что переменное электрическое поле порождает вокруг себя переменное магнитное поле.A well-known training device in physics (RU patent No. 213505, 07.20.99, Bull. No. 20), containing a solenoid connected to a harmonic voltage generator. It allows you to demonstrate the first Maxwell equation, showing that an alternating magnetic field generates an alternating electric field around it. It is impossible to demonstrate the second Maxwell equation on it, showing that an alternating electric field generates an alternating magnetic field around itself.

Известен также учебный прибор по физике для демонстрации уравнения Максвелла (RU патент №2130204, 10.05.99, Бюл. №13), содержащий обкладки конденсатора, подключенные к источнику переменного напряжения. Этот прибор позволяет продемонстрировать второе уравнение Максвелла, измерить величину напряженности магнитного поля между обкладками конденсатора. На нем сложно снять точную зависимость напряженности магнитного поля от расстояния до центра обкладок конденсатора.A teaching device in physics is also known for demonstrating the Maxwell equation (RU patent No. 2130204, 05.10.99, Bull. No. 13), containing capacitor plates connected to an AC voltage source. This device allows you to demonstrate the second Maxwell equation, measure the magnitude of the magnetic field between the plates of the capacitor. It is difficult to remove the exact dependence of the magnetic field on the distance to the center of the capacitor plates.

Наиболее близким к предлагаемому учебному прибору для демонстрации второго уравнения Максвелла является учебный прибор для исследования электромагнитного поля (RU патент №2210815, G 09 B 23/18, 20.08.2003, Бюл. №23, Автор: Ковнацкий В.К.). Прибор содержит два равных тороида, расположенных напротив и параллельно друг другу на расстоянии их радиуса. Выводы обмоток тороидов соединены с выходными клеммами генератора звуковой частоты. Оба тороида установлены на подставке, на которой расположена шкала с делениями. Подвижная платформа перемещается на подставке между тороидами вдоль шкалы с делениями. Измерительная катушка установлена на подвижной платформе на уровне оси тороидов и равном расстоянии от них так, что ее ось совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля, создаваемого электрическим полем тороидов. Указатель положения измерительной катушки расположен на подвижной платформе и совпадает с осью измерительной катушки. Входные клеммы регистратора ЭДС соединены с выводами измерительной катушки. Привод с ременной передачей закреплен на подставке и перемещает подвижную платформу между указанными тороидами вдоль шкалы с делениями для отсчета расстояния от оси тороидов до измерительной катушки с указателем положения.Closest to the proposed training device for demonstrating the second Maxwell equation is a training device for studying the electromagnetic field (RU patent No. 2210815, G 09 B 23/18, 08.20.2003, Bull. No. 23, Author: Kovnatsky V.K.). The device contains two equal toroids located opposite and parallel to each other at a distance of their radius. The terminals of the toroid windings are connected to the output terminals of the sound frequency generator. Both toroids are mounted on a stand on which a scale with divisions is located. The movable platform moves on a stand between the toroids along the scale with divisions. The measuring coil is mounted on a movable platform at the level of the axis of the toroids and an equal distance from them so that its axis coincides with the direction of the vector of the magnetic field generated by the electric field of the toroids. The position indicator of the measuring coil is located on a movable platform and coincides with the axis of the measuring coil. The input terminals of the EMF recorder are connected to the terminals of the measuring coil. The belt drive is mounted on a stand and moves the movable platform between the indicated toroids along the scale with divisions for counting the distance from the axis of the toroids to the measuring coil with a position indicator.

Прибор позволяет снять зависимость тока смещения от частоты и напряженности электрического поля, определить зависимость напряженности магнитного поля от расстояния до оси тороидов. На этом приборе измеряется только модуль вектора напряженности магнитного поля, а направление вектора в зависимости от расстояния до оси тороидов определить невозможно. Нельзя также продемонстрировать правовинтовую систему между векторами плотности тока смещения и напряженности магнитного поля.The device allows you to remove the dependence of the bias current on the frequency and intensity of the electric field, to determine the dependence of the magnetic field on the distance to the axis of the toroids. On this instrument, only the magnitude of the magnetic field vector is measured, and the direction of the vector, depending on the distance to the axis of the toroids, cannot be determined. It is also impossible to demonstrate a right-handed system between the vectors of the bias current density and magnetic field strength.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей этого прибора.The aim of the invention is to expand the functionality of this device.

Эта цель достигается тем, что в нее введены опорная катушка, установленная на подставке между тороидами на уровне их оси и параллельно измерительной катушке на расстоянии от оси тороидов, равном их радиусу, измеритель разности фаз, первый вход которого соединен с выводами измерительной катушки, а второй вход его соединен с выводами опорной катушки.This goal is achieved by introducing a support coil mounted on a stand between the toroids at the level of their axis and parallel to the measuring coil at a distance from the axis of the toroids equal to their radius, a phase difference meter, the first input of which is connected to the terminals of the measuring coil, and the second its input is connected to the terminals of the support coil.

На фиг.1, 2, 3 и 4 представлены чертежи, поясняющие принцип работы предлагаемого учебного прибора. На фиг.5 изображен общий вид предлагаемого прибора, а на фиг.6 - его прототип.Figure 1, 2, 3 and 4 presents drawings explaining the principle of operation of the proposed educational device. Figure 5 shows a General view of the proposed device, and figure 6 - its prototype.

Предлагаемый прибор содержит 1 - тороиды; 2 - генератор звуковой частоты; 3 - измерительная катушка; 4 - регистратор ЭДС; 5 - подставка; 6 - подвижная платформа; 7 - шкала с делениями; 8 - указатель положений измерительной катушки; 9 - привод с ременной передачей; 10 - измеритель разности фаз; 11 - опорная катушка.The proposed device contains 1 - toroids; 2 - sound frequency generator; 3 - measuring coil; 4 - EMF recorder; 5 - stand; 6 - movable platform; 7 - scale with divisions; 8 - pointer position measuring coil; 9 - belt drive; 10 - phase difference meter; 11 - supporting coil.

Максвелл утверждал, что всякое переменное электрическое поле возбуждает в окружающем пространстве переменное магнитное поле. Для установления связи между изменяющимся электрическим полем, вызвавшим его магнитным полем, рассмотрим два равных тороида, расположенных параллельно друг другу на одной оси тороидов. В этом случае между ними существует область практически однородного электрического поля (фиг.1).Maxwell argued that any alternating electric field excites an alternating magnetic field in the surrounding space. To establish a connection between a changing electric field that caused it to be a magnetic field, we consider two equal toroids located parallel to each other on the same axis of the toroids. In this case, between them there is a region of a practically uniform electric field (Fig. 1).

В дальнейшем будем характеризовать переменное электрическое поле и связанное с ним переменное магнитное поле соответствующими действующими значениями напряженности электрического поля Е, электрического смещения D и напряженности магнитного поля Н.In the future, we will characterize the alternating electric field and the associated alternating magnetic field with the corresponding effective values of the electric field strength E, electric displacement D and magnetic field N.

Величина напряженности магнитного поля Н зависит от расстояния r до оси тороидов ab (фиг.1). Определим эту зависимость для поля внутри тороидов (r<R), для этого воспользуемся вторым уравнением МаксвеллаThe magnitude of the magnetic field H depends on the distance r to the axis of the toroids ab (figure 1). We define this dependence for the field inside the toroids (r <R), for this we use the second Maxwell equation

Figure 00000002
Figure 00000002

Преобразуем левую часть выражения (1). Выберем в качестве замкнутого контура L (фиг.2) силовую линию вихревого магнитного поля внутри тороидов r<R, где R - расстояние, показанное на фиг.1. Из фиг.2 видно, что напряженность магнитного поля одинакова во всех точках, равноудаленных от оси тороидов, и направлена по касательной к окружности с радиусом r. Тогда циркуляция вектора

Figure 00000003
по замкнутому контуру LTransform the left side of the expression (1). We choose as the closed loop L (Fig. 2) the vortex magnetic field line of force inside the toroids r <R, where R is the distance shown in Fig. 1. From figure 2 it is seen that the magnetic field strength is the same at all points equidistant from the axis of the toroids, and is directed along the tangent to a circle with radius r. Then the circulation of the vector
Figure 00000003
closed loop L

Figure 00000004
Figure 00000004

Между тороидами электрическое поле однородное и вектор

Figure 00000005
всюду имеет однородное распределение, поэтому правую часть выражения (1) можно преобразовать следующим образом:Between the toroids, the electric field is homogeneous and the vector
Figure 00000005
everywhere has a uniform distribution, therefore, the right-hand side of expression (1) can be transformed as follows:

Figure 00000006
Figure 00000006

Учитывая, что электрическое поле между тороидами меняется по гармоническому закону

Figure 00000007
, а также связь D=ε0Е, где ε0 - электрическая постоянная, выражение (3) можно записать в другом виде:Given that the electric field between the toroids varies in harmonic law
Figure 00000007
, as well as the relationship D = ε 0 E, where ε 0 is the electric constant, expression (3) can be written in another form:

Figure 00000008
Figure 00000008

где iсм(t) - мгновенное значение, а

Figure 00000009
- амплитуда тока смещения.where i cm (t) is the instantaneous value, and
Figure 00000009
- the amplitude of the bias current.

Соответственно этому действующее значение тока смещения, "текущего" между тороидами вдоль оси ab (фиг.1) внутри цилиндра с основанием πr2,Accordingly, the effective value of the bias current "current" between the toroids along the axis ab (Fig. 1) inside the cylinder with the base πr 2 ,

Figure 00000010
Figure 00000010

Тогда ток смещения, "текущий" внутри цилиндра с основанием πR2,Then the bias current, "current" inside the cylinder with the base πR 2 ,

Figure 00000011
Figure 00000011

Из равенства (2) и (5) получаем выражение для определения напряженности магнитного поля между тороидами на расстоянии r от их осиFrom equality (2) and (5) we obtain an expression for determining the magnetic field strength between toroids at a distance r from their axis

Figure 00000012
Figure 00000012

Выражение (7) показывает, что внутри тороидов (r<R) напряженность Н магнитного поля растет при удалении от оси тороидов по линейному закону (фиг.3).Expression (7) shows that inside the toroid (r <R), the magnetic field strength H increases with distance from the axis of the toroid according to a linear law (Fig. 3).

Найдем зависимость напряженности Н магнитного поля от расстояния до его оси вне тороидов, когда r≥R. Выберем точку В (фиг.2) вне тороидов на расстоянии r от их оси, тогда циркуляция вектора

Figure 00000003
по контуру L равна току смещения, "текущему" между тороидами вдоль оси ab (фиг.1) внутри цилиндра с основанием πR2. Из равенства (2) и (6) получаемLet us find the dependence of the magnetic field H on the distance to its axis outside the toroids, when r≥R. Choose point B (figure 2) outside the toroids at a distance r from their axis, then the circulation of the vector
Figure 00000003
along the circuit L is equal to the bias current "current" between the toroids along the ab axis (Fig. 1) inside the cylinder with the base πR 2 . From equality (2) and (6) we obtain

Figure 00000013
Figure 00000013

Из выражения (8) видно, что напряженность Н магнитного поля вне тороидов зависит обратно пропорционально от расстояния r до оси (фиг.3). Напряженность магнитного поля внутри тороидов (r<R) определяется "текущим" между тороидами током смещения внутри цилиндра с основанием πr2.From the expression (8) it can be seen that the magnetic field strength H outside the toroid depends inversely on the distance r to the axis (Fig. 3). The magnetic field inside the toroids (r <R) is determined by the "current" between the toroids of the bias current inside the cylinder with the base πr 2 .

Найдем связь между током смещения Iсм и напряженностью магнитного поля Н. Для этого исключим из выражения (6) и (7) Е, тогда имеем:Find the relationship between the bias current I cm and the magnetic field N. For this, we exclude E from Eqs. (6) and (7), then we have:

Figure 00000014
Figure 00000014

Из выражения (9) видно, что для вычисления тока смещения необходимо измерить величину Н между тороидами. Для измерения Н в исследуемую точку А (фиг.2) поместим измерительную катушку, содержащую w витков и имеющие столь малые размеры, что поле в ее окрестности можно считать однородным. Измерительную катушку располагаем таким образом, чтобы ее ось совпадала с направлением вектора

Figure 00000003
(фиг.2). В этом случае магнитный поток Ф, пронизывающий измерительную катушку, будет пропорционален Н и определяться по следующему выражению:From the expression (9) it is seen that to calculate the bias current, it is necessary to measure the value of H between the toroids. To measure H at the studied point A (Fig. 2) we place a measuring coil containing w turns and having such small dimensions that the field in its vicinity can be considered homogeneous. We position the measuring coil so that its axis coincides with the direction of the vector
Figure 00000003
(figure 2). In this case, the magnetic flux Φ penetrating the measuring coil will be proportional to H and determined by the following expression:

Figure 00000015
Figure 00000015

где μ0 - магнитная постоянная, μ - магнитная проницаемость сердечника катушки, S - площадь поперечного сечения измерительной катушки. Из последнего выраженияwhere μ 0 is the magnetic constant, μ is the magnetic permeability of the core of the coil, S is the cross-sectional area of the measuring coil. From the last expression

Figure 00000016
Figure 00000016

Так как ток смещения (4) изменяется по гармоническому закону, то и магнитный поток через измерительную катушку будет также изменяться по такому же закону

Figure 00000017
и в одном витке катушки будет наводиться ЭДСSince the bias current (4) varies according to the harmonic law, the magnetic flux through the measuring coil will also change according to the same law
Figure 00000017
and in one turn of the coil EMF will be induced

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
- амплитудное значение ЭДС.Where
Figure 00000019
- the amplitude value of the EMF.

Соответственно этому значению действующее значение ЭДСAccording to this value, the effective value of the EMF

Figure 00000020
Figure 00000020

Из выражений (10) и (11) получаемFrom expressions (10) and (11) we obtain

Figure 00000021
Figure 00000021

Подставляя выражение (12) в (9), находим зависимость тока смещения Iсм от измеряемой регистратором ЭДСSubstituting expression (12) into (9), we find the dependence of the bias current I cm on the emf measured by the recorder

Figure 00000022
Figure 00000022

Рассмотрим работу предлагаемого прибора (фиг.5). Он содержит два равных тороида 1, расположенных напротив и параллельно друг другу. Между ними существует область практически однородного переменного электрического поля. Это поле получается в результате сложения вихревых электрических полей от обоих тороидов 1. Тороиды, обмотки катушек которых, подключенные к генератору звуковой частоты 2, создают внутри них магнитные поля, а они, в свою очередь, создают вихревые электрические поля.Consider the work of the proposed device (figure 5). It contains two equal toroids 1 located opposite and parallel to each other. Between them there is a region of almost uniform alternating electric field. This field is obtained by adding the vortex electric fields from both toroids 1. Toroids, the windings of the coils of which are connected to the sound frequency generator 2, create magnetic fields inside them, and they, in turn, create vortex electric fields.

Согласно Максвеллу переменное электрическое поле порождает вокруг себя переменное магнитное поле, напряженность которого можно определить по формуле (12). Для этого в требуемую точку магнитного поля помещаем измерительную катушку 3, в которой наводится ЭДС ε, пропорциональная Н. Измерительную катушку располагаем таким образом, чтобы ее ось совпадала с направлением вектора напряженности магнитного поля. Измерение ЭДС осуществляется регистратором ЭДС 4, например вольтметром с большим входным сопротивлением.According to Maxwell, an alternating electric field generates an alternating magnetic field around itself, the intensity of which can be determined by formula (12). To do this, we place the measuring coil 3 at the required point of the magnetic field, in which the EMF ε is proportional to N. We position the measuring coil so that its axis coincides with the direction of the magnetic field vector. Measurement of EMF is carried out by the EMF 4 recorder, for example, a voltmeter with a large input resistance.

Для определения зависимости напряженности Н магнитного поля от расстояния r до оси тороидов измерительную катушку 3 передвигаем между тороидами 1 вдоль подставки 5, для этого измерительную катушку 3 размещаем на подвижной платформе 6. Измерительную катушку 3 располагаем на подвижной платформе 6 таким образом, чтобы она была на уровне оси тороидов 1 и на равном расстоянии от них. Для отсчета расстояния от оси тороидов до измерительной катушки 3 на подставке 5 размещена шкала с делениями 7, а подвижная платформа 6 снабжена указателем 8 положения измерительной катушки, совпадающим с осью измерительной катушки 3.To determine the dependence of the magnetic field strength H on the distance r from the axis of the toroids, we move the measuring coil 3 between the toroids 1 along the stand 5, for this we place the measuring coil 3 on a movable platform 6. We place the measuring coil 3 on a movable platform 6 so that it is on the level of the axis of toroids 1 and at an equal distance from them. To count the distance from the axis of the toroids to the measuring coil 3, a scale with divisions 7 is placed on the stand 5, and the movable platform 6 is equipped with a pointer 8 of the position of the measuring coil, which coincides with the axis of the measuring coil 3.

Шкала с делениями 7 для отсчета расстояния от центров тороидов 1 размещена на подставке 5, по которой подвижная платформа 6 перемещается между тороидами 1 вдоль шкалы с делениями 7 с помощью привода с ременной передачей 9, закрепленной на подставке 5.The scale with divisions 7 for counting the distance from the centers of the toroids 1 is placed on the stand 5, on which the movable platform 6 moves between the toroids 1 along the scale with divisions 7 using a drive with a belt drive 9, mounted on the stand 5.

Таким образом, по измеренной ЭДС в измерительной катушке 3 можно рассчитать по формуле (12) напряженность магнитного поля между тороидами в произвольной точке. По формуле (13) можно также рассчитать ток смещения Iсм внутри тороидов.Thus, according to the measured EMF in the measuring coil 3, it is possible to calculate by the formula (12) the magnetic field strength between the toroids at an arbitrary point. By the formula (13), it is also possible to calculate the bias current I cm inside the toroids.

Предлагаемый прибор позволяет снять зависимость тока смещения Iсм от частоты ν и величины напряженности Е электрического поля. Кроме того, он позволяет ознакомиться с индукционным методом измерения напряженности переменного магнитного поля, создаваемого током смещения Iсм между тороидами.The proposed device allows you to remove the dependence of the bias current I cm from the frequency ν and the magnitude of the electric field E. In addition, it allows you to familiarize yourself with the induction method of measuring the intensity of an alternating magnetic field created by a bias current of I cm between toroids.

В известном приборе (фиг.6) снимается зависимость Н от r, показанная на фиг.3 сплошной линией, т.е. снимается модуль напряженности Н магнитного поля, а направление вектора

Figure 00000003
не определяется. В действительности левая ветвь зависимости (фиг.3) имеет вид, показанный пунктирной линией. Для определения направления вектора
Figure 00000003
в исследуемой точке электромагнитного поля предлагаемого прибора (фиг.6) вводится измеритель разности фаз 10. В нем сравнивается ЭДС, снимаемая с измерительной катушки 3, с опорной ЭДС. Для этого в известное устройство введена опорная катушка 11, которая по конструкции аналогична измерительной катушке 3 и располагается на подставке между тороидами на уровне их оси, параллельно оси измерительной катушки 3. Опорная катушка 11 находится на расстоянии от оси тороидов, равном их радиусу. На первый вход измерителя разности фаз 10 подается ЭДС, снимаемая с измерительной катушки 3, а на его второй вход подается ЭДС, снимаемая с опорной катушки 11.In the known device (Fig. 6), the dependence of H on r is shown, shown in Fig. 3 by a solid line, i.e. the modulus of the magnetic field H is removed, and the direction of the vector
Figure 00000003
not determined. In fact, the left branch of the dependency (Fig. 3) has the form shown by a dashed line. To determine the direction of the vector
Figure 00000003
at the studied point of the electromagnetic field of the proposed device (Fig.6) is introduced a phase difference meter 10. It compares the EMF, taken from the measuring coil 3, with the reference EMF. For this, a support coil 11 is introduced into the known device, which is similar in design to the measuring coil 3 and is located on a stand between the toroids at the level of their axis, parallel to the axis of the measuring coil 3. The supporting coil 11 is located at a distance from the axis of the toroids equal to their radius. An EMF removed from the measuring coil 3 is fed to the first input of the phase difference meter 10, and an EMF removed from the support coil 11 is fed to its second input.

Измерители разности фаз описаны в (Кушнир Ф.В. и др. Измерения в технике связи. М.: Связь, 1970, с.318). Например, если в качестве измерителя разности фаз 10 используем фазовый детектор, то на фиг.4 изображена его детекторная характеристика, показывающая зависимость выходного напряжения от разности фаз φ.Phase difference meters are described in (Kushnir F.V. et al. Measurements in communication technology. M .: Communication, 1970, p. 318). For example, if we use a phase detector as a phase difference meter 10, then its detector characteristic is shown in Fig. 4, showing the dependence of the output voltage on the phase difference φ.

Пусть в исходном положении подвижная измерительная катушка 3 и неподвижная опорная катушка 11 расположены рядом на расстоянии R, равном радиусу тороидов. Выводы измерительной катушки 3 следует соединить с первым входом измерителя разности фаз 10, а выводы опорной катушки 11 следует соединить со вторым входом измерителя разности фаз 10 таким образом, чтобы на выходе измерителя разности фаз 10 было положительное напряжение (фиг.4). Это свидетельствует о нулевом сдвиге фаз φ между измеренной и опорной ЭДС. В этом случае положительное напряжение принимаем за положительную проекцию вектора

Figure 00000003
на направление нормали
Figure 00000023
к измерительной катушке 3 (фиг.3).Let in the initial position, the movable measuring coil 3 and the stationary support coil 11 are located nearby at a distance R equal to the radius of the toroids. The conclusions of the measuring coil 3 should be connected to the first input of the phase difference meter 10, and the conclusions of the support coil 11 should be connected to the second input of the phase difference meter 10 so that the output of the phase difference meter 10 had a positive voltage (Fig. 4). This indicates a zero phase shift φ between the measured and reference EMF. In this case, the positive voltage is taken as the positive projection of the vector
Figure 00000003
to the normal direction
Figure 00000023
to the measuring coil 3 (figure 3).

Если измерительную катушку 3 смещаем влево относительно неподвижной опорной катушки 11, то будем наблюдать уменьшение ЭДС, снимаемой с измерительной катушки 3, и в соответствии с формулой (12) модуль напряженности Н будет уменьшаться (фиг.3). Проходя точку центра тороидов (r=0) будем наблюдать скачок разности фаз (между измеренной и опорной ЭДС на 180°. Измеритель разности фаз будет показывать отрицательное напряжение. Это свидетельствует об отрицательной проекции вектора

Figure 00000003
на направление нормали
Figure 00000023
к измерительной катушке 3 (фиг.3). Зависимость
Figure 00000003
от r влево от точки r=0 показано пунктирной линией на фиг.3.If the measuring coil 3 is shifted to the left relative to the stationary support coil 11, then we will observe a decrease in the EMF taken from the measuring coil 3, and in accordance with formula (12), the stress modulus N will decrease (Fig. 3). Passing the point of the center of the toroid (r = 0), we will observe a jump in the phase difference (between the measured and reference EMF by 180 °. The phase difference meter will show a negative voltage. This indicates a negative projection of the vector
Figure 00000003
to the normal direction
Figure 00000023
to the measuring coil 3 (figure 3). Dependence
Figure 00000003
from r to the left of the point r = 0 is shown by the dashed line in figure 3.

Таким образом, в предлагаемом приборе по показаниям ЭДС, снимаемой с измерительной катушки 3, рассчитываем по формуле (12) модуль напряженности магнитного поля, а по знаку напряжения на выходе измерителя разности фаз 10 определяем направление вектора

Figure 00000003
(фиг.3).Thus, in the proposed device according to the EMF readings taken from the measuring coil 3, we calculate by the formula (12) the module of the magnetic field strength, and from the sign of the voltage at the output of the phase difference meter 10, we determine the direction of the vector
Figure 00000003
(figure 3).

По показаниям измерителя разности фаз 10 можно демонстрировать правовинтовую систему между вектором плотности тока смещенияAccording to the readings of the phase difference meter 10, it is possible to demonstrate a right-handed system between the bias current density vector

Figure 00000024
и вектором напряженности магнитного поля
Figure 00000003
.
Figure 00000024
and the magnetic field vector
Figure 00000003
.

На фиг.1 показаны направления этих векторов для случая, когда

Figure 00000025
Figure 1 shows the directions of these vectors for the case when
Figure 00000025

Технико-экономическая эффективность предлагаемого учебного прибора по физике заключается в том, что он обеспечивает повышение качества усвоения основных законов физики студентами.The technical and economic efficiency of the proposed educational device in physics lies in the fact that it provides an improvement in the quality of assimilation of the basic laws of physics by students.

Предлагаемый прибор реализован на кафедре физики и используется в учебном процессе на лабораторных занятиях по электромагнетизму.The proposed device is implemented at the Department of Physics and is used in the educational process in laboratory studies on electromagnetism.

Claims (1)

Учебный прибор для демонстрации второго уравнения Максвелла, содержащий два равных тороида, расположенных на расстоянии их радиуса напротив и параллельно друг другу и установленных на подставке, а выводы обмоток тороидов соединены с выходными клеммами генератора звуковой частоты, подвижную платформу, перемещающуюся по подставке между тороидами вдоль шкалы с делениями, измерительную катушку, установленную на подвижной платформе на уровне оси тороидов и равном расстоянии от них так, что ось измерительной катушки совпадала с направлением вектора напряженности магнитного поля, создаваемого электрическим полем тороидов, указатель положения измерительной катушки, расположенный на подвижной платформе и совпадающий с осью измерительной катушки, регистратор ЭДС, входные клеммы которого соединены с выводами измерительной катушки, привод с ременной передачей, закрепленный на подставке и перемещающий подвижную платформу между тороидами вдоль шкалы с делениями для отсчета расстояния от оси тороидов до измерительной катушки с указателем положения, отличающийся тем, что в него введены опорная катушка, установленная на подставке между тороидами на уровне их оси и параллельно измерительной катушке на расстоянии от оси тороидов, равном их радиусу, измеритель разности фаз, первый вход которого соединен с выводами измерительной катушки, а второй вход - с выводами опорной катушки.A training device for demonstrating the second Maxwell equation, containing two equal toroids located at a distance of their radius opposite and parallel to each other and mounted on a stand, and the terminals of the toroid windings are connected to the output terminals of the sound frequency generator, a movable platform moving along the stand between the toroids along the scale with divisions, a measuring coil mounted on a movable platform at the level of the axis of the toroids and an equal distance from them so that the axis of the measuring coil coincides with the direction m of the magnetic field vector generated by the electric field of the toroid, the position indicator of the measuring coil located on the moving platform and coinciding with the axis of the measuring coil, the EMF recorder, the input terminals of which are connected to the terminals of the measuring coil, the belt drive mounted on a stand and moving the movable a platform between the toroids along the scale with divisions for counting the distance from the axis of the toroids to the measuring coil with a position indicator, characterized in that in The first introduced a support coil mounted on a stand between the toroids at the level of their axis and parallel to the measuring coil at a distance from the axis of the toroids equal to their radius, a phase difference meter, the first input of which is connected to the terminals of the measuring coil, and the second input - with the conclusions of the supporting coil.
RU2005117245/09A 2005-06-06 2005-06-06 Training device for demonstration of second maxwell equation RU2285960C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005117245/09A RU2285960C1 (en) 2005-06-06 2005-06-06 Training device for demonstration of second maxwell equation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005117245/09A RU2285960C1 (en) 2005-06-06 2005-06-06 Training device for demonstration of second maxwell equation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2285960C1 true RU2285960C1 (en) 2006-10-20

Family

ID=37437991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005117245/09A RU2285960C1 (en) 2005-06-06 2005-06-06 Training device for demonstration of second maxwell equation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2285960C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491650C1 (en) * 2011-12-19 2013-08-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils
CN106023749A (en) * 2016-07-11 2016-10-12 齐治平 Magnetic experiment device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491650C1 (en) * 2011-12-19 2013-08-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils
CN106023749A (en) * 2016-07-11 2016-10-12 齐治平 Magnetic experiment device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1810046B1 (en) Sensor for measuring magnetic flux
SU973040A3 (en) Method and apparatus for measuring parameters of mechanical load on ferromagnetic body
RU2321074C1 (en) Device for verifying the ampere law experimentally
CN201259748Y (en) Integrated experiment instrument for magnetic field characteristic and magneto element
RU2285960C1 (en) Training device for demonstration of second maxwell equation
Félix et al. Analysis of a ferrofluid core LVDT displacement sensor
RU2210815C2 (en) Practice device to study electromagnetic field
RU2434237C1 (en) Short-time test device for items from electrotechnical steel plates
RU2313831C1 (en) Teaching device for demonstrating first maxwell equation
RU2491650C1 (en) Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils
RU2292601C1 (en) Installation for studying an electromagnetic field
RU2308095C1 (en) Device for researching loading characteristics of a current supply
RU2303295C1 (en) Device for studying vortex electric field in magnetic medium
RU2504016C2 (en) Apparatus for investigating eddy electric field
RU2507591C1 (en) Apparatus for investigating passive elements of electric circuits
RU2357295C1 (en) Device for investigating magnetic field of rectangular contour with current
RU2269823C1 (en) Installation for testing vorticity electric field
RU2303820C1 (en) Device for measuring projection of strength vector of alternating electric field
RU2284580C1 (en) Device for emitting vortical electric field
RU193094U1 (en) Hardware complex for the generation of magnetic fields, their registration and visualization
RU175142U1 (en) DEVICE FOR STUDYING ELECTROMAGNETIC FIELD
RU2133505C1 (en) Training aid for physics
RU2306616C1 (en) Device for measuring projection of intensity vector of alternating magnetic field
RU2252422C1 (en) Method and device for measuring electric current
Ludke et al. Novel compensated moment detection coil

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070607