RU2292601C1 - Installation for studying an electromagnetic field - Google Patents

Installation for studying an electromagnetic field Download PDF

Info

Publication number
RU2292601C1
RU2292601C1 RU2005117288/09A RU2005117288A RU2292601C1 RU 2292601 C1 RU2292601 C1 RU 2292601C1 RU 2005117288/09 A RU2005117288/09 A RU 2005117288/09A RU 2005117288 A RU2005117288 A RU 2005117288A RU 2292601 C1 RU2292601 C1 RU 2292601C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coil
axis
helmholtz rings
axle
arrow
Prior art date
Application number
RU2005117288/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005117288A (en
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 RU2005117288/09A priority Critical patent/RU2292601C1/en
Publication of RU2005117288A publication Critical patent/RU2005117288A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2292601C1 publication Critical patent/RU2292601C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: the invention refers to educational apparatus and may be used in laboratory practical work on physics course for studying and deepening knowledge of physical laws and phenomena.
SUBSTANCE: the installation has Helmholtz rings installed on a stand and attached in-series to a sound frequency generator, a measurer of phase difference, a switch, a recorder of electromotive force, a scale with divisions in degrees transversal to this axle, a mobile indicative coil, fixed on the axle of revolution with a handle and an arrow, and its outputs are connected with the first input of the measurer of difference, (n-1) fixed indicative coils which have different diameter, envelop the mobile indicative coil and installed on the stand in the middle between the Helmholtz rings in such a manner that their axles coincide with the axle of the Helmholtz rings. On the last fixed indicative coil a scale with divisions in degrees is fastened and an axle of revolution with a handle and an arrow the scale with divisions in degrees is fastened and an axle of revolution with a handle and an arrow is installed transversely to the axle of Helmholtz rings.
EFFECT: expands the field of studying.
7 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.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.

Известен прибор для исследования электромагнитного поля (патент RU №2210815, G 09 B 23/18, 20.08.2003, Бюл. №23). Прибор содержит два тороида, образующих кольца Гельмгольца. На нем можно получить изменяющееся электрическое поле и вызванное им вихревое магнитное поле. На этом приборе можно продемонстрировать второе уравнение Максвелла и измерить необходимые характеристики электромагнитного поля, но нельзя продемонстрировать первое уравнение Максвелла.A known device for the study of electromagnetic fields (patent RU No. 2210815, G 09 B 23/18, 08/20/2003, Bull. No. 23). The device contains two toroids forming Helmholtz rings. It can be used to obtain a changing electric field and the vortex magnetic field caused by it. With this instrument, you can demonstrate the second Maxwell equation and measure the necessary characteristics of the electromagnetic field, but you can not demonstrate the first Maxwell equation.

Известен также прибор для исследования электромагнитного поля (патент RU №2133505, G 09 B 23/18, 20.07.99, Бюл. №20). Прибор содержит соленоид, с помощью которого можно создать переменное магнитное поле и вызываемое им электрическое поле. На этом приборе можно продемонстрировать первое уравнение Максвелла, исследовать однородное магнитное поле вдоль оси соленоида. Внутри соленоида находится одна катушка, которая не вращается, поэтому нельзя исследовать зависимость магнитного потока от угла между нормалью к катушке и направлением вектора магнитной индукции. Кроме того, нельзя продемонстрировать то, что линии вихревого электрического поля

Figure 00000002
, индуцированного изменением поля
Figure 00000003
, образует с вектором
Figure 00000004
левовинтовую систему.Also known is a device for studying an electromagnetic field (patent RU No. 213505, G 09 B 23/18, 07.20.99, Bull. No. 20). The device contains a solenoid with which you can create an alternating magnetic field and the electric field that it causes. On this device, you can demonstrate the first Maxwell equation, to study a uniform magnetic field along the axis of the solenoid. There is one coil inside the solenoid that does not rotate, therefore it is impossible to study the dependence of the magnetic flux on the angle between the normal to the coil and the direction of the magnetic induction vector. In addition, it cannot be demonstrated that the lines of a vortex electric field
Figure 00000002
induced by a change in field
Figure 00000003
forms with vector
Figure 00000004
left-handed system.

Наиболее близкой к предлагаемой установке является установка для демонстрационных опытов с применением переменного магнитного поля ультразвуковой частоты (Рязанов Г.А. Электрическое моделирование с применением вихревых полей. - М.: Наука, 1969, с.55, рис.19). Она содержит (фиг.1) кольца Гельмгольца, установленные на подставке и подключенные последовательно к генератору звуковой частоты. Эта установка позволяет продемонстрировать наличие между кольцами Гельмгольца однородного магнитного поля. Но в этой установке нет возможности показать наличие вихревого электрического поля, измерить величину напряженности его в зависимости от расстояния до оси колец Гельмгольца. Нет также возможности показать зависимость электрического поля от создающего его магнитного поля. Кроме того, на этой установке нельзя исследовать зависимость магнитного потока от угла между нормалью к индикаторной катушке и направлением вектора магнитной индукции, а также продемонстрировать то, что линии вихревого электрического поля

Figure 00000002
образуют с вектором
Figure 00000004
левовинтовую систему.Closest to the proposed installation is the installation for demonstration experiments using an alternating magnetic field of ultrasonic frequency (G. Ryazanov, Electrical modeling using vortex fields. - M .: Nauka, 1969, p. 55, Fig. 19). It contains (Fig. 1) Helmholtz rings mounted on a stand and connected in series to an audio frequency generator. This setup allows us to demonstrate the presence of a uniform magnetic field between Helmholtz rings. But in this setup there is no way to show the presence of a vortex electric field, to measure the magnitude of its intensity depending on the distance to the axis of the Helmholtz rings. There is also no way to show the dependence of the electric field on the magnetic field creating it. In addition, it is impossible to study the dependence of the magnetic flux on the angle between the normal to the indicator coil and the direction of the magnetic induction vector on this setup, and also to demonstrate that the lines of the vortex electric field
Figure 00000002
form with vector
Figure 00000004
left-handed system.

Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей. Эта цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее кольца Гельмгольца, установленные на подставке и подключенные последовательно к генератору звуковой частоты, введены: измеритель разности фаз; переключатель; регистратор ЭДС; ось вращения с рукояткой и стрелкой; шкала с делениями в градусах, перпендикулярная этой оси; подвижная индикаторная катушка, закрепленная на оси вращения с рукояткой и стрелкой, а выводы ее соединены с первым входом измерителя разности фаз; (n-1) неподвижных индикаторных катушек, которые имеют различный диаметр, охватывают подвижную индикаторную катушку и установлены на подставке на середине между кольцами Гельмгольца таким образом, что их оси совпадают с осью колец Гельмгольца, при этом первые выводы неподвижных и подвижных индикаторных катушек соединены с первым вводом регистратора ЭДС, второй ввод которого соединен с подвижным контактом переключателя, а вторые выводы подвижной и неподвижных индикаторных катушек соединены с соответствующими неподвижными контактами переключателя, при этом ближайшая к подвижной индикаторной катушке неподвижная индикаторная катушка своими выводами соединена со вторым входом измерителя разности фаз, а на самой последней неподвижной индикаторной катушке закреплена шкала с делениями в градусах и установлена ось вращения с рукояткой и стрелкой перпендикулярно оси колец Гельмгольца.The aim of the invention is to expand the demonstration capabilities. This goal is achieved by the fact that in the known device containing Helmholtz rings mounted on a stand and connected in series to an audio frequency generator, the following are introduced: a phase difference meter; switch; EMF recorder; rotation axis with handle and arrow; graduated scale in degrees perpendicular to this axis; a movable indicator coil mounted on the axis of rotation with a handle and an arrow, and its terminals are connected to the first input of the phase difference meter; (n-1) fixed indicator coils, which have different diameters, enclose a movable indicator coil and are mounted on a stand in the middle between the Helmholtz rings so that their axes coincide with the axis of the Helmholtz rings, while the first terminals of the fixed and movable indicator coils are connected to the first input of the EMF recorder, the second input of which is connected to the movable contact of the switch, and the second terminals of the movable and stationary indicator coils are connected to the corresponding stationary contacts switch, while the fixed indicator coil closest to the moving indicator coil is connected to the second input of the phase difference meter by its terminals, and a gradual scale is fixed on the very last stationary indicator coil and the rotation axis is mounted with a handle and an arrow perpendicular to the axis of the Helmholtz rings.

На фиг.1 изображен прототип. На фиг.2, 3, 4, 5 и 6 представлены чертежи, поясняющие принцип работы предлагаемой установки, а на фиг.7 показан общий вид установки.Figure 1 shows a prototype. Figure 2, 3, 4, 5 and 6 presents drawings explaining the principle of operation of the proposed installation, and figure 7 shows a General view of the installation.

Установка для исследования электромагнитного поля (фиг.7) содержит: 1 - кольца Гельмгольца; 2 - подставка; 3 - генератор звуковой частоты; 4.1 - подвижная индикаторная катушка; 4.2, 4.3,..., 4.n - неподвижные индикаторные катушки; 5 - регистратор ЭДС; 6 - переключатель; 7.1 - выводы подвижной индикаторной катушки; 7.2, 7.3,..., 7.n - выводы неподвижных индикаторных катушек; 8 - ось вращения с рукояткой и стрелкой; 9 - шкала с делениями в градусах; 10 - измеритель разности фаз.Installation for the study of electromagnetic fields (Fig.7) contains: 1 - Helmholtz rings; 2 - stand; 3 - sound frequency generator; 4.1 - movable indicator coil; 4.2, 4.3, ..., 4.n - fixed indicator coils; 5 - EMF recorder; 6 - switch; 7.1 - findings of a movable indicator coil; 7.2, 7.3, ..., 7.n - the conclusions of the stationary indicator coils; 8 - axis of rotation with a handle and an arrow; 9 - scale with divisions in degrees; 10 - phase difference meter.

Максвелл выдвинул гипотезу о связи между переменным электрическим и магнитным полем. Он утверждал, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле. Для установления связи между изменяющимся магнитным полем и вызванным им электрическим рассмотрим электромагнитное поле колец Гельмгольца, которые представляют две плоские катушки, содержащие одинаковое число витков. Обе катушки закрепляем параллельно друг другу на расстоянии, равном радиусу катушек R, и соединяем между собой и генератором звуковой частоты последовательно. При таком включении в значительной области между катушками получается практически однородное магнитное поле. На фиг.2 показана сетка магнитного поля колец Гельмгольца. Здесь изображены линии магнитной индукции, расположенные только в плоскости чертежа.Maxwell hypothesized the relationship between an alternating electric and magnetic field. He argued that any alternating magnetic field excites an electric field in the surrounding space. To establish a connection between a changing magnetic field and the electric field caused by it, we consider the electromagnetic field of Helmholtz rings, which are two flat coils containing the same number of turns. We fix both coils parallel to each other at a distance equal to the radius of the coils R, and connect them together and the sound frequency generator in series. With this inclusion, in a significant region between the coils, an almost uniform magnetic field is obtained. Figure 2 shows the grid of the magnetic field of Helmholtz rings. Magnetic induction lines are shown here, located only in the plane of the drawing.

Согласно Максвеллу при изменении магнитного поля

Figure 00000003
как в области, занимаемой им, так и во всем окружающем его пространстве возникает вихревое электрическое поле
Figure 00000002
, силовые линии которого представляют собой замкнутые кривые. На фиг.3 показано электрическое поле колец Гельмгольца. Пунктирные линии изображают электрическое поле в момент, когда магнитное поле (сплошные линии) возрастает, т.е. видна левовинтовая система между векторами
Figure 00000002
и
Figure 00000004
.According to Maxwell, when the magnetic field changes
Figure 00000003
both in the region occupied by him and in the whole space surrounding him, a vortex electric field arises
Figure 00000002
whose lines of force are closed curves. Figure 3 shows the electric field of the Helmholtz rings. The dashed lines represent the electric field at the moment when the magnetic field (solid lines) increases, i.e. visible left-handed system between vectors
Figure 00000002
and
Figure 00000004
.

Если замкнутый круговой проводник L поместить в вихревое электрическое поле

Figure 00000002
, как показано на фиг.4, то оно вызывает движение электронов по замкнутым траекториям и приводит к возникновению ЭДС. Сторонними силами являются силы вихревого электрического поля. Циркуляция вектора
Figure 00000002
вихревого электрического поля равна ЭДС:If a closed circular conductor L is placed in a vortex electric field
Figure 00000002
, as shown in figure 4, it causes the movement of electrons along closed paths and leads to the emergence of EMF. Extraneous forces are the forces of a vortex electric field. Vector Circulation
Figure 00000002
vortex electric field is equal to EMF:

Figure 00000005
Figure 00000005

Регистратором ЭДС, например вольтметром с большим входным сопротивлением и хорошо скрученными подводящими проводами, можно измерить ЭДС в замкнутом круговом проводнике L.An EMF recorder, for example, a voltmeter with a large input resistance and well-twisted lead wires, can measure the EMF in a closed circular conductor L.

Вихревое электрическое поле будет, как и магнитное поле, функцией только времени, т.к применяем низкие частоты переменного тока. Напряженность электрического поля зависит от расстояния r до оси колец Гельмгольца ab (фиг.3). Определим зависимость напряженности электрического поля внутри колец Гельмгольца (r<R) от расстояния r до их оси. Для этого воспользуемся первым уравнением Максвелла:A vortex electric field will, like a magnetic field, be a function of only time, because we apply low frequencies of alternating current. The electric field depends on the distance r to the axis of the Helmholtz rings ab (figure 3). Let us determine the dependence of the electric field inside the Helmholtz rings (r <R) on the distance r to their axis. To do this, we use the first Maxwell equation:

Figure 00000006
Figure 00000006

Выберем в качестве контура (фиг.5) силовую линию вихревого электрического поля внутри колец Гельмгольца (r<R). Из фиг.5 видно, что напряженность вихревого электрического поля одинакова во всех точках, равноудаленных от оси соленоида О, а вектор

Figure 00000002
направлен по касательной к окружности с центром в точке О и совпадает с вектором
Figure 00000007
. Тогда циркуляция
Figure 00000002
по замкнутому контуру:We choose as the contour (figure 5) the line of force of the vortex electric field inside the Helmholtz rings (r <R). Figure 5 shows that the vortex electric field strength is the same at all points equidistant from the axis of the solenoid O, and the vector
Figure 00000002
is directed along the tangent to the circle centered at the point O and coincides with the vector
Figure 00000007
. Then circulation
Figure 00000002
closed loop:

Figure 00000008
Figure 00000008

Внутри колец Гельмгольца магнитное поле однородное и вектор

Figure 00000004
всюду имеет однородное распределение, поэтому правую часть выражения (2) можно представить следующим образом:Inside the Helmholtz rings, the magnetic field is uniform and the vector
Figure 00000004
everywhere has a uniform distribution, therefore, the right-hand side of expression (2) can be represented as follows:

Figure 00000009
Figure 00000009

Учитывая, что магнитная индукция внутри колец Гельмгольца изменяется по гармоническому закону

Figure 00000010
, выражение (4) можно записать в другом виде:Given that the magnetic induction inside the Helmholtz rings varies in harmonic law
Figure 00000010
, expression (4) can be written in another form:

Figure 00000011
Figure 00000011

где e(t) - мгновенное, а

Figure 00000012
- амплитудное значение ЭДС. Соответственно этому действующее значение ЭДСwhere e (t) is instantaneous, and
Figure 00000012
- the amplitude value of the EMF. Accordingly, the effective value of the EMF

Figure 00000013
Figure 00000013

Объединяя выражение (1), (3) и (6), получим выражение, связывающее напряженность электрического поля Е с магнитной индукцией В:Combining the expression (1), (3) and (6), we obtain the expression relating the electric field strength E with magnetic induction B:

Figure 00000014
Figure 00000014

Из выражения (7) видно, что внутри колец Гельмгольца (r<R) напряженность электрического поля Е, при постоянной магнитной индукции В и частоте ν, пропорциональна расстоянию r от оси колец Гельмгольца (фиг.6).From the expression (7) it is seen that inside the Helmholtz rings (r <R), the electric field E, with constant magnetic induction B and frequency ν, is proportional to the distance r from the axis of the Helmholtz rings (Fig.6).

Найдем теперь зависимость напряженности Е вихревого электрического поля вне колец Гельмгольца от расстояния r до их оси. Выберем точку А (фиг.5) вне колец Гельмгольца на расстоянии r от их оси (r≥R). Так как переменное магнитное поле внутри колец Гельмгольца возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, то в силу симметрии силовые линии вихревого электрического поля представляют собой окружности с центром на оси колец Гельмгольца. Проведем такую окружность через выбранную точку А. Циркуляция вектора

Figure 00000002
равна ЭДС ε и определяется выражением (1). Сопоставляя выражение (1) и (3), получим, что напряженность электрического поля в точке А, расположенной вне соленоида на расстоянии r≥R, равна:We now find the dependence of the electric field strength E outside the Helmholtz rings on the distance r to their axis. Choose point A (figure 5) outside the Helmholtz rings at a distance r from their axis (r≥R). Since an alternating magnetic field inside Helmholtz rings excites an electric field in the surrounding space, due to symmetry, the lines of force of a vortex electric field are circles centered on the axis of the Helmholtz rings. Draw such a circle through the selected point A. Vector circulation
Figure 00000002
equal to the EMF ε and is determined by expression (1). Comparing expression (1) and (3), we find that the electric field at point A located outside the solenoid at a distance r≥R is equal to:

Figure 00000015
Figure 00000015

Из выражения (8) видно, что напряженность вихревого электрического поля Е вне колец Гельмгольца (r≥R) обратно пропорционально зависит от расстояния r до их оси (фиг.6)From the expression (8) it can be seen that the strength of the vortex electric field E outside the Helmholtz rings (r≥R) inversely depends on the distance r to their axis (Fig.6)

Для удобства измерений ЭДС вместо одного витка берем плоскую катушку, состоящую из w витков. С учетом этого выражение (8) имеет вид:For the convenience of measuring the EMF, instead of one turn, we take a flat coil consisting of w turns. With this in mind, expression (8) has the form:

Figure 00000016
Figure 00000016

Если в вихревое электрическое поле поместить плоскую катушку с подключенным вольтметром, как показано на фиг.4, то он покажет значение ЭДС ε, наведенную в катушке. Соответственно, по формуле (9) можно вычислить напряженность электрического поля Е вне колец Гельмгольца на расстоянии r от их оси.If a flat coil with a connected voltmeter is placed in a vortex electric field, as shown in Fig. 4, it will show the EMF value ε induced in the coil. Accordingly, by the formula (9), it is possible to calculate the electric field strength E outside the Helmholtz rings at a distance r from their axis.

Если поместить катушку с радиусом r=r1 внутрь колец Гельмгольца (r1<R), как показано на фиг.5, то напряженностьIf you place a coil with a radius r = r 1 inside the Helmholtz rings (r 1 <R), as shown in figure 5, then the tension

Figure 00000017
Figure 00000017

С другой стороны, напряженность электрического поля Е на расстоянии r1 от оси соленоида определяется формулой (7):On the other hand, the electric field E at a distance r 1 from the axis of the solenoid is determined by the formula (7):

Figure 00000018
Figure 00000018

Приравнивая выражение (10) и (11), получим формулу для расчета индукции магнитного поля внутри колец Гельмгольца по измеренной вольтметром ЭДС ε:Equating expressions (10) and (11), we obtain the formula for calculating the magnetic field induction inside the Helmholtz rings from the measured EMF ε:

Figure 00000019
Figure 00000019

где S - площадь поверхности, натянутой на контур радиусом r1 where S is the surface area stretched over a contour of radius r 1

Рассмотрим работу предлагаемой установки для исследования электромагнитного поля. Она содержит кольца Гельмгольца 1, установленные на подставке 2 и которые соединены между собой последовательно и подключены к генератору звуковой частоты 3. В кольцах Гельмгольца 1 протекает переменный ток, который создает переменное магнитное поле. Так как расстояние между кольцами Гельмгольца равно радиусу колец R, то между ними получаем практически однородное переменное магнитное поле.Consider the work of the proposed installation for the study of electromagnetic fields. It contains Helmholtz rings 1 mounted on a stand 2 and which are connected in series and connected to the sound frequency generator 3. An alternating current flows in the Helmholtz rings 1, which creates an alternating magnetic field. Since the distance between the Helmholtz rings is equal to the radius of the rings R, then between them we obtain a practically uniform alternating magnetic field.

Согласно Максвеллу (первое уравнение Максвелла) переменное магнитное поле порождает как внутри колец Гельмгольца, так и вне их вихревое переменное электрическое поле. Это поле можно обнаружить и измерить с помощью индикаторных катушек 4.1, 4.2, 4.3,..., 4.n и регистратора ЭДС 5. Каждая индикаторная катушка имеет одинаковое число витков w. Все катушки расположены в одной плоскости, посредине колец Гельмгольца 1. Индикаторные катушки имеют различный радиус r1, r2, r3,..., rn, что позволяет измерить напряженность вихревого электрического поля на расстоянии r1, r2, r3,..., rn от оси колец Гельмгольца 1. Оси всех индикаторных катушек совпадают с осью колец Гельмгольца 1. Радиусы индикаторных катушек 4.1 и 4.2 меньше радиуса R колец Гельмгольца 1. Радиус индикаторной катушки 4.3 равен радиусу R. Радиусы остальных катушек больше радиуса R, и они охватывают электромагнитное поле колец Гельмгольца.According to Maxwell (the first Maxwell equation), an alternating magnetic field generates both inside the Helmholtz rings and outside their eddy alternating electric field. This field can be detected and measured using indicator coils 4.1, 4.2, 4.3, ..., 4.n and an EMF recorder 5. Each indicator coil has the same number of turns w. All coils are located in one plane, in the middle of the Helmholtz rings 1. The indicator coils have a different radius r 1 , r 2 , r 3 , ..., r n , which allows you to measure the strength of the vortex electric field at a distance of r 1 , r 2 , r 3 , ..., r n from the axis of the Helmholtz rings 1. The axes of all indicator coils coincide with the axis of the Helmholtz rings 1. The radii of the indicator coils 4.1 and 4.2 are smaller than the radius R of the Helmholtz rings 1. The radius of the indicator coil 4.3 is equal to the radius R. The radii of the remaining coils are greater than the radius R, and they cover the electromagnetic field of Helmhol rings a.

Регистратор ЭДС 5 может поочередно подключаться к соответствующей индикаторной катушке 4.1, 4.2, 4.3,..., 4.n с помощью переключателя 6 на n положений. Регистратором ЭДС 5 измеряем действующее значения ЭДС, а затем по формуле (9) рассчитываем действующее значение напряженности вихревого электрического поля на расстоянии r1, r2, r3,..., rn от оси колец Гельмгольца 1. По измеренной ЭДС ε определяем также индукцию магнитного поля по формуле (12).The EMF recorder 5 can alternately be connected to the corresponding indicator coil 4.1, 4.2, 4.3, ..., 4.n using switch 6 to n positions. By measuring the EMF 5 by the registrar, measure the effective value of the EMF, and then, using formula (9), calculate the effective value of the vortex electric field strength at a distance of r 1 , r 2 , r 3 , ..., r n from the axis of the Helmholtz rings 1. From the measured EMF ε, determine also magnetic field induction according to formula (12).

Выводы индикаторных катушек 4.1, 4.2, 4.3,..., 4.n на фиг.7 обозначены соответственно 7.1, 7.2, 7.3,..., 7.n. Намотка всех катушек произведена в одном направлении. Первые из пары выводов 7.1, 7.2, 7.3,..., 7.n всех индикаторных катушек 4.1, 4.2, 4.3,..., 4.n (начала катушек) соединены с первым вводом регистратора ЭДС 5, а вторые из пары вывода (концы катушек) соединены с соответствующими неподвижными контактами переключателя 6. Второй ввод регистратора ЭДС 5 соединен с подвижным контактом переключателя 6.The conclusions of the indicator coils 4.1, 4.2, 4.3, ..., 4.n in Fig. 7 are indicated respectively 7.1, 7.2, 7.3, ..., 7.n. All coils are winded in one direction. The first of the pair of terminals 7.1, 7.2, 7.3, ..., 7.n of all indicator coils 4.1, 4.2, 4.3, ..., 4.n (the beginning of the coils) are connected to the first input of the EMF recorder 5, and the second of the pair of terminals (the ends of the coils) are connected to the corresponding fixed contacts of the switch 6. The second input of the EMF recorder 5 is connected to the movable contact of the switch 6.

Индикаторная катушка 4.1 делается подвижной, закрепляется неподвижно на оси вращения с рукояткой и стрелкой 8. Стрелка имитирует нормаль к плоскости катушки 4.1. Ось вращения 8 подвижно закреплена на самой последней неподвижной индикаторной катушке 4.n параллельно подставке 2 и перпендикулярно оси колец Гельмгольца 1. Перпендикулярно оси вращения 8 на последней неподвижной измерительной катушке 4.n закреплена неподвижно шкала с делениями в градусах 9, центр которой совпадает с осью вращения с рукояткой и стрелкой 8. С помощью рукоятки вращаем ось, соответственно вращается закрепленная неподвижно на оси плоская катушка 4.1, и стрелка указывает значение угла поворота в градусах по шкале 9.The indicator coil 4.1 is made movable, fixed motionless on the axis of rotation with the handle and arrow 8. The arrow simulates the normal to the plane of the coil 4.1. The axis of rotation 8 is movably fixed on the very last stationary indicator coil 4.n parallel to the stand 2 and perpendicular to the axis of the Helmholtz rings 1. Perpendicular to the axis of rotation 8 on the last stationary measuring coil 4.n is fixed a scale with divisions in degrees 9, the center of which coincides with the axis rotation with the handle and arrow 8. Using the handle, we rotate the axis, respectively, the flat coil 4.1 fixed on the axis rotates, and the arrow indicates the value of the angle of rotation in degrees on a scale of 9.

На предлагаемой установке снимается зависимость магнитного потока от угла поворота подвижной индикаторной катушки 4.1. Магнитный поток Ф в однородном магнитном поле определяется следующим выражением:The proposed installation removes the dependence of the magnetic flux on the rotation angle of the movable indicator coil 4.1. The magnetic flux Φ in a uniform magnetic field is determined by the following expression:

Figure 00000020
Figure 00000020

где Вn - проекция вектора

Figure 00000003
на направление вектора
Figure 00000021
, α - угол между вектором
Figure 00000003
и вектором
Figure 00000021
. Стрелка, установленная на оси вращения с рукояткой 8, совпадает с нормалью
Figure 00000021
к площадке S подвижной индикаторной катушки 4.1.where In n is the projection of the vector
Figure 00000003
to the direction of the vector
Figure 00000021
, α is the angle between the vector
Figure 00000003
and vector
Figure 00000021
. The arrow mounted on the axis of rotation with the handle 8, coincides with the normal
Figure 00000021
to the site S of the movable indicator coil 4.1.

Показание измерителя разности фаз 10 используем для определения знака проекции Вn вектора магнитной индукции

Figure 00000003
на направление нормали
Figure 00000021
. Для этого выводы подвижной индикаторной катушки 4.1 соединены с первым входом "x" измерителя разности фаз 10. Ближайшая к подвижной индикаторной катушке 4.1 неподвижная индикаторная катушка 4.2 своими выводами соединена со вторым входом "y" измерителя разности фаз 10. ЭДС, снимаемая с индикаторной катушки 4.2, принимается как опорная ЭДС. Пусть в качестве измерителя разности фаз 10 применяем фазовый детектор, то если угол поворота подвижной индикаторной катушки 4.1 лежит в пределах 0°<α°≤90° и 270°<α°≤360°, то на выходе измерителя разности фаз 10 фиксируется положительное напряжение. Если α лежит в пределах 90°<α°≤270°, то фиксируется отрицательное напряжение. Это свидетельствует о положительной или отрицательной проекции вектора магнитной индукции
Figure 00000003
на направление нормали
Figure 00000021
. Угол α отсчитывается по шкале с делениями в градусах 9.The indication of the phase difference meter 10 is used to determine the sign of the projection B n of the magnetic induction vector
Figure 00000003
to the normal direction
Figure 00000021
. To this end, the terminals of the movable indicator coil 4.1 are connected to the first input “x” of the phase difference meter 10. The stationary indicator coil 4.2 closest to the movable indicator coil 4.1 is connected to the second input “y” of the phase difference meter 10. The emf taken from the indicator coil 4.2 , is accepted as a reference EMF. Let us use a phase detector as a phase difference meter 10, then if the angle of rotation of the movable indicator coil 4.1 lies between 0 ° <α ° ≤90 ° and 270 ° <α ° ≤360 °, then a positive voltage is detected at the output of the phase difference meter 10 . If α lies within 90 ° <α ° ≤270 °, then a negative voltage is detected. This indicates a positive or negative projection of the magnetic induction vector
Figure 00000003
to the normal direction
Figure 00000021
. The angle α is measured on a scale with divisions in degrees 9.

Разный знак проекций Вn в зависимости от угла α подтверждает зависимость напряженности вихревого электрического поля Е от расстояния r от колец Гельмгольца (фиг.6). На фиг.6 показано вихревое электрическое поле Е, созданное переменным магнитным полем колец Гельмгольца в момент увеличения силы тока

Figure 00000022
. Это и подтверждает левый винт между векторами
Figure 00000002
и
Figure 00000004
.A different sign of the projections B n depending on the angle α confirms the dependence of the strength of the vortex electric field E on the distance r from the Helmholtz rings (Fig.6). 6 shows a vortex electric field E created by an alternating magnetic field of Helmholtz rings at the time of increasing current
Figure 00000022
. This confirms the left screw between the vectors
Figure 00000002
and
Figure 00000004
.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки для исследования электромагнитного поля заключается в том, что расширяется диапазон исследований установки, а это обеспечивает повышение качества усвоения обучаемыми законов физики.The technical and economic efficiency of the proposed installation for the study of electromagnetic fields lies in the fact that the range of studies of the installation is expanding, and this ensures an improvement in the quality of assimilation by students of the laws of physics.

Предлагаемая установка реализована на кафедре физики и используется в учебном процессе на лабораторных занятиях по электромагнетизму.The proposed installation is implemented at the Department of Physics and is used in the educational process in laboratory studies on electromagnetism.

Claims (1)

Установка для исследования электромагнитного поля, содержащая кольца Гельмгольца, установленные на подставке и подключенные последовательно к генератору звуковой частоты, отличающаяся тем, что в нее введены измеритель разности фаз, переключатель, регистратор ЭДС, ось вращения с рукояткой и стрелкой, шкала с делениями в градусах, перпендикулярная этой оси, подвижная индикаторная катушка, закрепленная на оси вращения с рукояткой и стрелкой, а выводы ее соединены с первым входом измерителя разности фаз, (n-1) неподвижных индикаторных катушек, которые имеют различный диаметр, охватывают подвижную индикаторную катушку и установлены на подставке на середине между кольцами Гельмгольца таким образом, что их оси совпадают с осью колец Гельмгольца, при этом первые выводы неподвижных и подвижной индикаторных катушек соединены с первым вводом регистратора ЭДС, второй ввод которого соединен с подвижным контактом переключателя, а вторые выводы подвижной и неподвижных индикаторных катушек соединены с соответствующими неподвижными контактами переключателя, при этом ближайшая к подвижной индикаторной катушке неподвижная индикаторная катушка своими выводами соединена со вторым входом измерителя разности фаз, а на последней неподвижной индикаторной катушке закреплена шкала с делениями в градусах и установлена ось вращения с рукояткой и стрелкой перпендикулярно оси колец Гельмгольца.An installation for studying an electromagnetic field containing Helmholtz rings mounted on a stand and connected in series to an audio frequency generator, characterized in that a phase difference meter, a switch, an EMF recorder, a rotation axis with a handle and an arrow, a scale with degrees in degrees, are introduced into it, perpendicular to this axis, a movable indicator coil mounted on the axis of rotation with a handle and an arrow, and its terminals are connected to the first input of the phase difference meter, (n-1) fixed indicator coil to, which have a different diameter, cover a movable indicator coil and are mounted on a stand in the middle between the Helmholtz rings so that their axes coincide with the axis of the Helmholtz rings, while the first leads of the stationary and movable indicator coils are connected to the first input of the EMF recorder, the second input which is connected to the movable contact of the switch, and the second terminals of the movable and stationary indicator coils are connected to the corresponding stationary contacts of the switch, the closest to In a moving indicator coil, a fixed indicator coil is connected with its terminals to the second input of the phase difference meter, and a gradual scale is fixed on the last stationary indicator coil and a rotation axis with a handle and an arrow perpendicular to the axis of the Helmholtz rings is mounted.
RU2005117288/09A 2005-06-06 2005-06-06 Installation for studying an electromagnetic field RU2292601C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005117288/09A RU2292601C1 (en) 2005-06-06 2005-06-06 Installation for studying an electromagnetic field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005117288/09A RU2292601C1 (en) 2005-06-06 2005-06-06 Installation for studying an electromagnetic field

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005117288A RU2005117288A (en) 2006-11-20
RU2292601C1 true RU2292601C1 (en) 2007-01-27

Family

ID=37502146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005117288/09A RU2292601C1 (en) 2005-06-06 2005-06-06 Installation for studying an electromagnetic field

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2292601C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2479868C1 (en) * 2011-10-21 2013-04-20 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации Plant for investigation of stationary electric field
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2479868C1 (en) * 2011-10-21 2013-04-20 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации Plant for investigation of stationary electric field
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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005117288A (en) 2006-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yin et al. Permeability invariance phenomenon and measurement of electrical conductivity for ferrite metallic plates
Alatawneh et al. Design of a novel test fixture to measure rotational core losses in machine laminations
RU2321074C1 (en) Device for verifying the ampere law experimentally
RU2292601C1 (en) Installation for studying an electromagnetic field
CN105301549B (en) A kind of method and system for testing current transformer magnetic screen using three-dimensional magnetic field
RU2504016C2 (en) Apparatus for investigating eddy electric field
RU2285960C1 (en) Training device for demonstration of second maxwell equation
RU2210815C2 (en) Practice device to study electromagnetic field
RU2303295C1 (en) Device for studying vortex electric field in magnetic medium
RU2491650C1 (en) Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils
RU2308095C1 (en) Device for researching loading characteristics of a current supply
RU2357295C1 (en) Device for investigating magnetic field of rectangular contour with current
RU2507591C1 (en) Apparatus for investigating passive elements of electric circuits
Leus et al. The physical entity of vector potential in electromagnetism
RU2133505C1 (en) Training aid for physics
RU2313831C1 (en) Teaching device for demonstrating first maxwell equation
RU2269823C1 (en) Installation for testing vorticity electric field
RU175142U1 (en) DEVICE FOR STUDYING ELECTROMAGNETIC FIELD
RU2292602C1 (en) Device for definition of circulation of vector voltage of a magnetic field
RU2580173C1 (en) Device for measuring magnetic characteristics of samples from electrotechnical steel plates of arbitrary shape
RU2284580C1 (en) Device for emitting vortical electric field
Lyons Experiments on electromagnetic shielding at frequencies between one and thirty kilocycles
RU2012009C1 (en) Method of measuring parameters of continuous cylindrical electroconducting objects
Grumeza et al. “mBH”, Efficient Device for Measuring Static BH Relationships of Ferromagnetic Materials.
RU2303820C1 (en) Device for measuring projection of strength vector of alternating electric field

Legal Events

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

Effective date: 20070607