RU2303295C1 - Device for studying vortex electric field in magnetic medium - Google Patents

Device for studying vortex electric field in magnetic medium Download PDF

Info

Publication number
RU2303295C1
RU2303295C1 RU2006113362/09A RU2006113362A RU2303295C1 RU 2303295 C1 RU2303295 C1 RU 2303295C1 RU 2006113362/09 A RU2006113362/09 A RU 2006113362/09A RU 2006113362 A RU2006113362 A RU 2006113362A RU 2303295 C1 RU2303295 C1 RU 2303295C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solenoid
indicator
axis
electric field
switch
Prior art date
Application number
RU2006113362/09A
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 RU2006113362/09A priority Critical patent/RU2303295C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2303295C1 publication Critical patent/RU2303295C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: training devices, possible use in laboratory practicum in physics course for studying physical laws.
SUBSTANCE: device contains solenoid, connected through current meter to harmonic voltage generator, moveable rod with indicator coil and indicator, scale, immoveable indicator coils, first switch and EMF recorded. Also, device contains a magnet core, volume of which is equal to internal volume of solenoid and may be inserted into solenoid. An additional indicator coil is positioned inside and in the middle of the magnet core. Device contains second switch for two positions, by means of which either moveable indicator coil or additional indicator coil is connected to the EMF recorder.
EFFECT: expanded functional capabilities.
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.

Известно устройство для демонстрации явления электромагнитной индукции (Т.И.Трофимова. Курс физики. М.: Высшая школа, 1994. - 542 с., с.224, рис.179, б). В нем концы одной из катушек, вставленных одна в другую, присоединяются к гальванометру, а через другую катушку пропускается ток. Однако это устройство не позволяет продемонстрировать наличие вихревого электрического поля как в вакууме, так и в среде, которое появляется от изменения магнитного поля. В этом устройстве нет возможности измерить напряженность вихревого электрического поля и построить зависимость ее от расстояния до оси катушки, а также от напряженности переменного магнитного поля. Нельзя получить эти зависимости при наличии магнитной среды.A device is known for demonstrating the phenomenon of electromagnetic induction (T.I. Trofimova. Physics course. M: Higher School, 1994. - 542 p., P.224, fig. 179, b). In it, the ends of one of the coils inserted one into the other are connected to the galvanometer, and current is passed through the other coil. However, this device does not allow to demonstrate the presence of a vortex electric field both in vacuum and in a medium that appears from a change in the magnetic field. In this device, it is not possible to measure the strength of the vortex electric field and build its dependence on the distance to the axis of the coil, as well as on the intensity of the alternating magnetic field. It is impossible to obtain these dependences in the presence of a magnetic medium.

Известна установка для исследования вихревого электрического поля (патент RU № 2269823, G09В 23/18, 10.02.2006, бюл. № 4. Авторы: Белокопытов Р.А, и Ковнацкий В.К.). На этой установке можно продемонстрировать наличие вихревого электрического поля и измерить его характеристики. Однако на ней нельзя исследовать зависимость напряженности вихревого электрического поля от магнитной проницаемости среды.A known installation for the study of a vortex electric field (patent RU No. 2269823, G09B 23/18, 02/10/2006, bull. No. 4. Authors: Belokopytov R.A., and Kovnatsky V.K.). Using this setup, you can demonstrate the presence of a vortex electric field and measure its characteristics. However, it is impossible to study the dependence of the vortex electric field strength on the magnetic permeability of the medium.

Наиболее близким к предлагаемому прибору является учебный прибор по физике (RU патент № 2133505, G09В 23/18, 20.07.1999, бюл. № 20. Автор: Ковнацкий В.К.). Он содержит: соленоид, подключенный к генератору гармонического напряжения; шкалу; подвижный шток с указателем; регистратор ЭДС; первый переключатель; подвижную индикаторную катушку, закрепленную на конце штока так, что ее ось совпадает с осью соленоида, а катушка со штоком могут перемещаться внутри соленоида; (n-1) неподвижных индикаторных катушек, которые имеют различный диаметр, охватывают соленоид и установлены на его середине, при этом их оси также совпадают с осью соленоида, первые выводы неподвижных и подвижных индикаторных катушек соединены с первым вводом регистратора ЭДС, второй ввод которого соединен с подвижным контактом первого переключателя, а вторые выводы неподвижных индикаторных катушек соединены с соответствующими неподвижными контактами первого переключателя. На этом приборе можно показать наличие вихревого электрического поля, измерить его напряженность в зависимости от расстояния до оси соленоида. Можно показать зависимость напряженности вихревого электрического поля от напряженности, создающего его магнитного поля. Кроме того, в этом приборе можно продемонстрировать однородность магнитного поля внутри соленоида. Перечисленные выше возможности этого прибора можно получить только в вакууме, но нельзя их реализовать в магнитной среде.Closest to the proposed device is a training device in physics (RU patent No. 2133505, G09В 23/18, 07/20/1999, bull. No. 20. Author: Kovnatsky V.K.). It contains: a solenoid connected to a harmonic voltage generator; scale; movable stem with pointer; EMF recorder; first switch; a movable indicator coil mounted on the end of the rod so that its axis coincides with the axis of the solenoid, and the coil with the rod can move inside the solenoid; (n-1) fixed indicator coils, which have different diameters, cover the solenoid and are mounted on its middle, while their axes also coincide with the axis of the solenoid, the first conclusions of the fixed and moving indicator coils are connected to the first input of the EMF recorder, the second input of which is connected with a movable contact of the first switch, and the second terminals of the stationary indicator coils are connected to the corresponding stationary contacts of the first switch. On this device, you can show the presence of a vortex electric field, measure its intensity depending on the distance to the axis of the solenoid. It is possible to show the dependence of the strength of the vortex electric field on the intensity that creates its magnetic field. In addition, the uniformity of the magnetic field inside the solenoid can be demonstrated in this device. The above capabilities of this device can only be obtained in vacuum, but they cannot be realized in a magnetic medium.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей этого учебного прибора по физике, а именно реализовать перечисленные выше возможности как в вакууме, так и в магнитной среде. Эта цель достигается тем, что в известный учебный прибор по физике введены: амперметр, включенный последовательно в цепь обмотки соленоида и генератора переменного напряжения; сердечник из магнетика, объем которого равен внутреннему объему соленоида и может вставляться вовнутрь соленоида; дополнительная индикаторная катушка, расположенная внутри и посередине сердечника из магнетика так, что ее ось и оси сердечника из магнетика и соленоида совпадают; второй переключатель, подвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя, а второй и первый неподвижные контакты его соединены соответственно со вторым выводом подвижной индикаторной катушки и со вторым выводом дополнительной индикаторной катушки, первый вывод которой соединен с первым вводом регистратора ЭДС.The aim of the invention is to expand the functionality of this educational device in physics, namely to realize the above features both in vacuum and in a magnetic medium. This goal is achieved by the fact that the following are introduced in the well-known educational device in physics: an ammeter connected in series to the winding circuit of the solenoid and alternating voltage generator; a core made of magnet, the volume of which is equal to the internal volume of the solenoid and can be inserted inside the solenoid; an additional indicator coil located inside and in the middle of the core of the magnet so that its axis and the axis of the core of the magnet and solenoid coincide; the second switch, the movable contact of which is connected to the first fixed contact of the first switch, and the second and first fixed contacts of it are connected respectively to the second terminal of the movable indicator coil and to the second terminal of the additional indicator coil, the first terminal of which is connected to the first input of the EMF recorder.

Фиг.1-6 поясняют принцип работы предлагаемого прибора. На фиг.7 показан общий вид прибора.Figure 1-6 explain the principle of operation of the proposed device. 7 shows a General view of the device.

Прибор для исследования вихревого электрического поля в магнитной среде (фиг.7) содержит: 1 - второй переключатель; 2 - соленоид; 3 - генератор гармонического напряжения; 4 - амперметр; 5.1 - подвижная индикаторная катушка; 5.2, 5.3, ..., 5-n - неподвижные индикаторные катушки; 6 - регистратор ЭДС; 7 - первый переключатель; 8.1 - выводы подвижной индикаторной катушки; 8.2, 8.3, ..., 8.n - выводы неподвижных индикаторных катушек; 9 - подвижный шток с указателем; 10 - шкала; 11 - дополнительная индикаторная катушка; 12 - сердечник из магнетика.A device for studying a vortex electric field in a magnetic medium (Fig.7) contains: 1 - a second switch; 2 - a solenoid; 3 - harmonic voltage generator; 4 - ammeter; 5.1 - movable indicator coil; 5.2, 5.3, ..., 5-n - fixed indicator coils; 6 - EMF recorder; 7 - the first switch; 8.1 - findings of a movable indicator coil; 8.2, 8.3, ..., 8.n - the conclusions of the stationary indicator coils; 9 - a movable rod with a pointer; 10 - scale; 11 - additional indicator coil; 12 - core made of magnet.

Максвелл выдвинул гипотезу о связи между переменными электрическим и магнитным полями. Он утверждал, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве переменное электрическое поле. Для установления связи между изменяющимся магнитным полем и вызывающим им электрическим полем рассмотрим электромагнитное поле соленоида. Так как длина соленоида во много раз больше его радиуса, то его можно приближенно считать бесконечно длинным. Можно также считать, что магнитное поле бесконечно длинного соленоида сосредоточено целиком внутри него, а полем вне соленоида можно пренебречь.Maxwell hypothesized the relationship between alternating electric and magnetic fields. He argued that any alternating magnetic field excites an alternating electric field in the surrounding space. To establish a connection between a changing magnetic field and the electric field that causes it, we consider the electromagnetic field of the solenoid. Since the length of the solenoid is many times greater than its radius, it can be approximately considered infinitely long. We can also assume that the magnetic field of an infinitely long solenoid is concentrated entirely inside it, and the field outside the solenoid can be neglected.

Если к соленоиду приложить гармоническое напряжение, то в цепи будет протекать ток, изменяющийся также по гармоническому закону i(t)=Imcos2πνt. Здесь Im - амплитуда тока, ν - частота гармонических колебаний. По гармоническому закону с частотой ν будет изменяться и магнитная индукция в соленоидеIf harmonic voltage is applied to the solenoid, then a current will flow in the circuit, which also changes according to the harmonic law i (t) = I m cos2πνt. Here, I m is the current amplitude, ν is the frequency of harmonic oscillations. According to a harmonic law with frequency ν, the magnetic induction in the solenoid will also change

Figure 00000002
Figure 00000002

где Вm - амплитудное значение магнитной индукции.where In m is the amplitude value of magnetic induction.

В дальнейшем будем характеризовать переменное магнитное поле и связанное с ним вихревое электрическое поле соответствующими действующими значениями магнитной индукции В, напряженности магнитного поля Н, напряженности электрического поля Е и ЭДС ε.In the future, we will characterize the alternating magnetic field and the associated vortex electric field with the corresponding effective values of magnetic induction B, magnetic field H, electric field E and EMF ε.

На фиг.1 изображены линии магнитной индукции (линии вектора

Figure 00000003
) в некоторый момент времени и расположенные только в плоскости чертежа, из которого видно, что во всех точках внутри соленоида векторы магнитной индукции
Figure 00000004
одинаковы как по модулю, так и по направлению. Такое магнитное поле называется однородным. У концов соленоида линии идут реже и искривляются, а значит поле становится неоднородным, величина его уменьшается.Figure 1 shows the lines of magnetic induction (vector lines
Figure 00000003
) at some point in time and located only in the plane of the drawing, from which it can be seen that at all points inside the solenoid the magnetic induction vectors
Figure 00000004
are identical both in modulus and in direction. Such a magnetic field is called uniform. At the ends of the solenoid, the lines go less often and bend, which means the field becomes inhomogeneous, its value decreases.

Согласно Максвеллу при изменении магнитного поля

Figure 00000005
во всем окружающем его пространстве возникает вихревое электрическое поле
Figure 00000006
, силовые линии которого представляют собой замкнутые кривые. На фиг.2 показано вихревое электрическое поле длинного соленоида. Пунктирные линии изображают электрическое поле в момент, когда магнитное поле (сплошные линии) возрастает
Figure 00000007
According to Maxwell, when the magnetic field changes
Figure 00000005
a vortex electric field arises in all the space surrounding it
Figure 00000006
whose lines of force are closed curves. Figure 2 shows the vortex electric field of a long solenoid. The dashed lines represent the electric field at the moment when the magnetic field (solid lines) increases
Figure 00000007

Если замкнутый круговой проводник длиной L поместить в вихревое электрическое поле

Figure 00000006
, как показано на фиг.3, то оно вызывает движение электронов по замкнутым траекториям и приводит к возникновению ЭДС. Циркуляция вектора
Figure 00000006
вихревого электрического поля по замкнутому контуру L равна ЭДС электромагнитной индукции:If a closed circular conductor of length L is placed in a vortex electric field
Figure 00000006
, as shown in figure 3, it causes the movement of electrons along closed paths and leads to the emergence of EMF. Vector Circulation
Figure 00000006
vortex electric field in a closed circuit L is equal to the EMF of electromagnetic induction:

Figure 00000008
Figure 00000008

Вольтметром V с большим входным сопротивлением можно измерить ЭДС в замкнутом круговом проводнике длиной L.A voltmeter V with a large input resistance can measure the EMF in a closed circular conductor of length L.

Величина напряженности вихревого электрического поля Е зависит от расстояния r до оси соленоида ab (фиг.2). Определим эту зависимость для электрического поля внутри соленоида (r<R). Для этого воспользуемся первым уравнением Максвелла:The magnitude of the strength of the vortex electric field E depends on the distance r to the axis of the solenoid ab (figure 2). We define this dependence for the electric field inside the solenoid (r <R). To do this, we use the first Maxwell equation:

Figure 00000009
Figure 00000009

Это уравнение показывает, что циркуляция вектора Е напряженности электрического поля по произвольному неподвижному замкнутому контуру L, мысленно проведенному в электрическом поле (фиг.4), равна взятому с обратным знаком потоку вектора

Figure 00000010
через поверхность S, натянутую на этот контур.This equation shows that the circulation of the vector E of the electric field strength along an arbitrary stationary closed circuit L, mentally drawn in an electric field (Fig. 4), is equal to the vector flux taken with the opposite sign
Figure 00000010
through the surface S stretched over this contour.

Рассмотрим вначале вихревое электрическое поле внутри соленоида. Преобразуем левую часть выражения (3), для этого выберем в качестве контура (фиг.5) силовую линию вихревого электрического поля внутри соленоида (r<R). Из чертежа видно, что напряженность вихревого электрического поля одинакова во всех точках, равноудаленных от оси соленоида О, а вектор

Figure 00000006
направлен по касательной к окружности с центром в точке О и совпадает с вектором
Figure 00000011
. Тогда циркуляция вектора
Figure 00000006
по замкнутому контуруWe first consider the vortex electric field inside the solenoid. We transform the left side of expression (3), for this we choose as the contour (Fig. 5) the field line of the vortex electric field inside the solenoid (r <R). From the drawing it can be seen that the vortex electric field strength is the same at all points equidistant from the axis of the solenoid O, and the vector
Figure 00000006
is directed along the tangent to the circle centered at the point O and coincides with the vector
Figure 00000011
. Then the circulation of the vector
Figure 00000006
closed loop

Figure 00000012
Figure 00000012

Внутри соленоида поле однородно и вектор

Figure 00000010
всюду имеет однородное распределение, поэтому правую часть выражения (3) можно преобразовать следующим образом:Inside the solenoid, the field is uniform and the vector
Figure 00000010
everywhere has a uniform distribution, therefore, the right-hand side of expression (3) can be transformed as follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

Учитывая, что магнитная индукция внутри длинного соленоида изменяется по гармоническому закону (1), выражение (5) можно записать в другом виде:Considering that magnetic induction inside a long solenoid varies according to harmonic law (1), expression (5) can be written in another form:

Figure 00000014
Figure 00000014

где e(t) - мгновенное, а εm=πr2Вm2πν - амплитудное значение ЭДС.where e (t) is instantaneous, and ε m = πr 2 V m 2πν is the amplitude value of the EMF.

Соответственно этому действующее значение ЭДСAccordingly, the effective value of the EMF

Figure 00000015
Figure 00000015

Объединяя выражения (2), (4), (7) и учитывая В=μ0μH, получимCombining expressions (2), (4), (7) and taking into account B = μ 0 μH, we obtain

выражение, связывающее напряженность электрического поля Е с напряженностью магнитного поля Н:expression connecting the electric field E with the magnetic field H:

Figure 00000016
Figure 00000016

Из выражения (8) видно, что внутри соленоида (r<R) напряженность электрического поля Е при постоянной напряженности магнитного поля Н, частоте ν и магнитной проницаемости сердечника соленоида μ пропорциональна расстоянию r от оси соленоида (фиг.6).From the expression (8) it is seen that inside the solenoid (r <R) the electric field E at a constant magnetic field H, frequency ν and magnetic permeability of the core of the solenoid μ is proportional to the distance r from the axis of the solenoid (Fig.6).

Найдем теперь зависимость напряженности Е вихревого электрического поля вне соленоида от расстояния r до его оси. Выберем точку А (фиг.5) вне соленоида на расстоянии гот его оси (r≥R). Так как переменное магнитное поле внутри соленоида возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, то в силу симметрии силовые линии вихревого электрического поля представляют собой окружности с центром на оси соленоида. Проведем такую окружность через выбранную точку А (фиг.5). Тогда, учитывая, что магнитное поле вне длинного соленоида мало:Let us find now the dependence of the electric field strength E of the vortex outside the solenoid on the distance r to its axis. Choose point A (figure 5) outside the solenoid at a distance of its axis (r≥R). Since an alternating magnetic field inside a solenoid 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 solenoid. Draw such a circle through the selected point A (figure 5). Then, given that the magnetic field outside the long solenoid is small:

Figure 00000017
Figure 00000017

Отсюда

Figure 00000018
From here
Figure 00000018

Учитывая зависимость (1), а также В=μ0μH, получимGiven the dependence (1), as well as B = μ 0 μH, we obtain

Figure 00000019
Figure 00000019

Из выражения (9) видно, что напряженность электрического поля вне соленоида (r≥R) убывает по закону

Figure 00000020
(фиг.6).From the expression (9) it can be seen that the electric field outside the solenoid (r≥R) decreases according to the law
Figure 00000020
(Fig.6).

Циркуляция вектора

Figure 00000006
равна ЭДС 6 и определяется выражением (2). Сопоставляя выражения (2) и (4), получим, что напряженность электрического поля в точке А, расположенной вне соленоида на расстоянии r≥R, равнаVector Circulation
Figure 00000006
equal to EMF 6 and is determined by expression (2). Comparing expressions (2) and (4), we find that the electric field at point A located outside the solenoid at a distance r≥R is

Figure 00000021
Figure 00000021

Из выражения (10) видно также, что напряженность вихревого электрического поля Е вне соленоида (r≥R) обратно пропорционально зависит от расстояния r до его оси (фиг.6).From the expression (10) it is also seen that the strength of the vortex electric field E outside the solenoid (r≥R) is inversely proportional to the distance r to its axis (Fig.6).

Для удобства измерения ЭДС вместо одного витка берут плоскую катушку, состоящую из w витков. С учетом этого выражение (10) имеет вид:For the convenience of measuring EMF, instead of one turn, they take a flat coil consisting of w turns. With this in mind, expression (10) has the form:

Figure 00000022
Figure 00000022

Если в вихревое электрическое поле поместить плоскую катушку с подключенным вольтметром, как показано на фиг.3, то он покажет значение ЭДС ε, наведенную в катушке. Соответственно, по формуле (11) можно вычислить напряженность электрического поля Е вне соленоида на расстоянии r от его оси.If a flat coil with a connected voltmeter is placed in a vortex electric field, as shown in Fig. 3, then it will show the EMF value ε induced in the coil. Accordingly, by the formula (11), it is possible to calculate the electric field strength E outside the solenoid at a distance r from its axis.

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

Figure 00000023
Figure 00000023

С другой стороны, напряженность электрического поля Е на расстоянии r1 от оси соленоида определяется формулой (8)On the other hand, the electric field E at a distance r 1 from the axis of the solenoid is determined by the formula (8)

Figure 00000024
Figure 00000024

Приравнивая выражения (12) и (13), получим формулу для расчета напряженности магнитного поля Н внутри соленоида по измеренной вольтметром ЭДС εEquating expressions (12) and (13), we obtain a formula for calculating the magnetic field H inside the solenoid using the measured EMF ε

Figure 00000025
Figure 00000025

Рассмотрим работу предлагаемого прибора (фиг.7), когда второй переключатель 1 на два положения находится во втором, правом положении «вакуум». В этом случае исследуется электрическое и магнитное поле без магнитной среды, когда магнитная проницаемость сердечника соленоида 2 μ=1.Consider the operation of the proposed device (Fig.7), when the second switch 1 to two positions is in the second, right position "vacuum". In this case, we study the electric and magnetic field without a magnetic medium, when the magnetic permeability of the core of the solenoid is 2 μ = 1.

К длинному соленоиду 2 приложено переменное напряжение, которое создается генератором гармонического напряжения 3. В соленоиде 2 протекает также гармонический ток, который создает переменное магнитное поле, сосредоточенное в основном внутри соленоида 2. Ток в витках соленоида контролируется с помощью амперметра 4. Согласно Максвеллу (первое уравнение Максвелла) переменное магнитное поле порождает как внутри соленоида, так и вне него вихревое электрическое поле. Это поле можно обнаружить и измерить с помощью n индикаторных катушек 5.1, 5.2, 5.3, ..., 5.n и регистратора ЭДС 6. Каждая индикаторная катушка имеет одинаковое число витков w.An alternating voltage is applied to the long solenoid 2, which is generated by the harmonic voltage generator 3. A harmonic current also flows in solenoid 2, which creates an alternating magnetic field concentrated mainly inside the solenoid 2. The current in the turns of the solenoid is controlled using ammeter 4. According to Maxwell (the first Maxwell's equation) an alternating magnetic field generates a vortex electric field both inside the solenoid and outside it. This field can be detected and measured using n indicator coils 5.1, 5.2, 5.3, ..., 5.n and an EMF recorder 6. Each indicator coil has the same number of turns w.

Оси всех индикаторных катушек совпадают с осью соленоида 2. Радиус индикаторной катушки 5.1 меньше радиуса R соленоида 2 (r1<R). Радиусы остальных индикаторных катушек больше радиуса R соленоида 2, и они охватывают соленоид.The axes of all indicator coils coincide with the axis of solenoid 2. The radius of the indicator coil 5.1 is less than the radius R of solenoid 2 (r 1 <R). The radii of the remaining indicator coils are larger than the radius R of the solenoid 2, and they cover the solenoid.

Регистратором ЭДС 6 можем поочередно подключать к соответствующей индикаторной катушке 5.1, 5.2, ..., 5.n с помощью первого переключателя 7 на n положений. Первые выводы 8.1, 8.2, ..., 8.n индикаторных катушек 5.1, 5.2, ..., 5.n соединены с первым вводом регистратора ЭДС 6, а вторые выводы индикаторных катушек 8.2, ..., 8.n соединены с соответствующими неподвижными контактами первого переключателя 7. Второй ввод регистратора ЭДС 6 соединен с подвижным контактом первого переключателя 7.By the EMF recorder 6 we can alternately connect to the corresponding indicator coil 5.1, 5.2, ..., 5.n using the first switch 7 to n positions. The first terminals 8.1, 8.2, ..., 8.n of the indicator coils 5.1, 5.2, ..., 5.n are connected to the first input of the EMF recorder 6, and the second terminals of the indicator coils 8.2, ..., 8.n are connected to the corresponding fixed contacts of the first switch 7. The second input of the EMF recorder 6 is connected to the movable contact of the first switch 7.

Индикаторные катушки имеют различный радиус r1, r2, ..., rn, что позволяет определить напряженность Е вихревого электрического поля соответственно на расстоянии r1, r2, ..., rn, от оси соленоида 2. Регистратором ЭДС 6 измеряем действующее значение ЭДС ε, а затем по формулам (8), (11), (12) рассчитываем действующие значения напряженности Е вихревого электрического поля на расстоянии r1, r2, ..., rn от оси соленоида 2. По этим данным строим зависимость Е=f(r) (фиг.6).The indicator coils have a different radius r 1 , r 2 , ..., r n , which allows you to determine the voltage E of the vortex electric field, respectively, at a distance of r 1 , r 2 , ..., r n , from the axis of the solenoid 2. Registrar EMF 6 we measure the effective value of the EMF ε, and then, using formulas (8), (11), (12), we calculate the effective values of the electric field strength E at a distance r 1 , r 2 , ..., r n from the axis of solenoid 2. According to these data we build the dependence E = f (r) (Fig.6).

Индикаторная катушка 5.1 делается подвижной, она закрепляется на подвижном штоке с указателем 9. Для определения положения индикаторной катушки 5.1 предлагаемый прибор снабжен шкалой 10, на которой нанесены деления, соответствующие расстоянию в сантиметрах от начала до конца соленоида 2. Изменяя положение индикаторной катушки 5.1 внутри соленоида, каждый раз измеряем регистратором ЭДС 6 действующее значение ε, а затем по формуле (14) рассчитываем действующее значение напряженности магнитного поля. В результате делаем вывод, в каких пределах поле однородное, а где оно неоднородное.The indicator coil 5.1 is made movable, it is mounted on a movable rod with a pointer 9. To determine the position of the indicator coil 5.1, the proposed device is equipped with a scale 10 on which the marks are plotted, corresponding to the distance in centimeters from the beginning to the end of the solenoid 2. Changing the position of the indicator coil 5.1 inside the solenoid , each time we measure the effective value of ε by the EMF 6 recorder, and then, using formula (14), we calculate the effective value of the magnetic field strength. As a result, we conclude to what extent the field is homogeneous and where it is heterogeneous.

Рассмотрим работу предлагаемого прибора (фиг.7), когда второй переключатель 1 находится в первом, левом положении «среда». В этом случае исследуются электрическое и магнитное поля с магнитным сердечником внутри соленоида. С помощью подвижного штока с указателем 9 подвижную индикаторную катушку 5.1 располагаем в крайнем правом положении соленоида 2 и шкалы 10. В первом положении первого переключателя 7 к регистратору ЭДС 6 подключается теперь дополнительная индикаторная катушка 11, которая находится в сердечнике из магнетика 12. Сердечник из магнетика имеет объем, равный внутреннему объему соленоида 2, и легко вдвигается вовнутрь соленоида 2. При полностью вставленном вовнутрь соленоида 2 сердечника из магнетика 12 дополнительная индикаторная катушка 11 будет расположена посередине сердечника так, что ее ось и оси сердечника и соленоида совпадают.Consider the operation of the proposed device (Fig.7), when the second switch 1 is in the first, left position "environment". In this case, the electric and magnetic fields with a magnetic core inside the solenoid are investigated. Using a movable rod with pointer 9, we move the moving indicator coil 5.1 in the extreme right position of the solenoid 2 and scale 10. In the first position of the first switch 7, an additional indicator coil 11 is now connected to the EMF recorder 6, which is located in the core of magnet 12. The core of magnet has a volume equal to the internal volume of the solenoid 2, and easily slides inward of the solenoid 2. When the core of the magnet 12 is completely inserted inside the solenoid 2, an additional indicator coil 11 will be displaced olozhena middle core so that its axis and the axis of the core and solenoid coincide.

В первом, левом положении второго переключателя 1 «среда» снимаем только зависимость E=f(r) в магнитной среде. Значение напряженности электрического поля Е рассчитываем по формулам (9), (11) и (12). На фиг.6 показаны зависимости Е=f(r) для вакуума и магнитной среды с магнитной проницаемостью μ. Следует учесть, что при полностью вставленном сердечнике из магнетика 12 вовнутрь соленоида 2 за счет магнитной проницаемости μ ток через соленоид 2 уменьшится. Поэтому по амперметру 4 следует установить прежний ток, соответствующий режиму работы «вакуум». В этом случае экспериментальные данные полностью совпадают с теоретическими.In the first, left position of the second switch 1 "medium" we remove only the dependence E = f (r) in the magnetic medium. The value of the electric field E is calculated by formulas (9), (11) and (12). Figure 6 shows the dependences E = f (r) for vacuum and magnetic medium with magnetic permeability μ. It should be noted that when the core of magnet 12 is fully inserted into the solenoid 2, the current through the solenoid 2 will decrease due to the magnetic permeability μ. Therefore, ammeter 4 should establish the previous current corresponding to the operating mode "vacuum". In this case, the experimental data completely coincide with the theoretical ones.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого прибора для исследования магнитного поля заключается в том, что расширяется диапазон учебного прибора, а это обеспечивает повышение качества усвоения законов физики обучаемыми.The technical and economic efficiency of the proposed device for studying the magnetic field lies in the fact that the range of the educational device is expanding, and this provides an improvement in the quality of assimilation of the laws of physics by students.

Предлагаемый прибор позволяет:The proposed device allows you to:

- экспериментально проверить однородность магнитного поля в вакууме внутри длинного соленоида;- experimentally verify the uniformity of the magnetic field in a vacuum inside a long solenoid;

- определить зависимость действующего значения напряженности Е вихревого электрического поля соленоида от расстояния до его оси, а также от частоты и действующего значения Н магнитного поля как в вакууме, так и в магнитной среде;- to determine the dependence of the actual value of the intensity E of the vortex electric field of the solenoid on the distance to its axis, as well as on the frequency and the effective value H of the magnetic field both in vacuum and in a magnetic medium;

- ознакомиться с методом измерения напряженности переменного магнитного и электрического полей.- familiarize yourself with the method of measuring the intensity of alternating magnetic and electric fields.

Предлагаемое устройство реализовано на кафедре физики и используется в учебном процессе на лабораторных работах по магнетизму.The proposed device is implemented at the Department of Physics and is used in the educational process in laboratory work on magnetism.

Claims (1)

Прибор для исследования вихревого электрического поля в магнитной среде, содержащий соленоид, подключенный к генератору гармонического напряжения, шкалу, подвижный шток с указателем, регистратор ЭДС, первый переключатель, подвижную индикаторную катушку, закрепленную на конце штока так, что ее ось совпадает с осью соленоида, а индикаторная катушка со штоком могут перемещаться внутри соленоида, (n-1) неподвижных индикаторных катушек, которые имеют различные диаметры, охватывают соленоид и установлены на его середине, при этом их оси также совпадают с осью соленоида, первые выводы неподвижных и подвижной индикаторных катушек соединены с первым вводом регистратора ЭДС, второй ввод которого соединен с подвижным контактом первого переключателя, а вторые выводы неподвижных индикаторных катушек соединены с соответствующими неподвижными контактами первого переключателя, отличающийся тем, что в него введены амперметр, включенный последовательно в цепь обмотки соленоида и генератора гармонического напряжения, сердечник из магнетика, объем которого равен внутреннему объему соленоида и может вставляться во внутрь соленоида, дополнительная индикаторная катушка, расположенная внутри и посередине сердечника из магнетика так, что ее ось и оси сердечника из магнетика и соленоида совпадают, второй переключатель, подвижный контакт которого соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя, а второй и первый неподвижные контакты его соединены соответственно со вторым выводом подвижной индикаторной катушки и со вторым выводом дополнительной индикаторной катушки, первый вывод которой соединен с первым вводом регистратора ЭДС.A device for studying a vortex electric field in a magnetic medium, containing a solenoid connected to a harmonic voltage generator, a scale, a moving rod with a pointer, an EMF recorder, a first switch, a moving indicator coil mounted on the end of the rod so that its axis coincides with the axis of the solenoid, and the indicator coil with the rod can move inside the solenoid, (n-1) fixed indicator coils, which have different diameters, cover the solenoid and are installed in its middle, while their axis also coincide with the axis of the solenoid, the first terminals of the stationary 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 first switch, and the second terminals of the stationary indicator coils are connected to the corresponding stationary contacts of the first switch, characterized in that an ammeter connected in series to the winding circuit of the solenoid and harmonic voltage generator, a magnet core, the volume of which is equal to the internal volume of lenoid and can be inserted into the inside of the solenoid, an additional indicator coil located inside and in the middle of the core of the magnet so that its axis and the axis of the core of the magnet and solenoid coincide, the second switch, the movable contact of which is connected to the first fixed contact of the first switch, and the second and the first fixed contacts thereof are connected respectively to the second terminal of the movable indicator coil and to the second terminal of the additional indicator coil, the first terminal of which is connected to the first input of the EMF recorder.
RU2006113362/09A 2006-04-19 2006-04-19 Device for studying vortex electric field in magnetic medium RU2303295C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006113362/09A RU2303295C1 (en) 2006-04-19 2006-04-19 Device for studying vortex electric field in magnetic medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006113362/09A RU2303295C1 (en) 2006-04-19 2006-04-19 Device for studying vortex electric field in magnetic medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2303295C1 true RU2303295C1 (en) 2007-07-20

Family

ID=38431225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006113362/09A RU2303295C1 (en) 2006-04-19 2006-04-19 Device for studying vortex electric field in magnetic medium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2303295C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642129C2 (en) * 2016-01-11 2018-01-25 Олег Фёдорович Меньших Device for investigating electric curl field
CN117142663A (en) * 2023-11-01 2023-12-01 湖南科技大学 Sewage organic waste treatment device for carbon neutralization

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2642129C2 (en) * 2016-01-11 2018-01-25 Олег Фёдорович Меньших Device for investigating electric curl field
CN117142663A (en) * 2023-11-01 2023-12-01 湖南科技大学 Sewage organic waste treatment device for carbon neutralization
CN117142663B (en) * 2023-11-01 2023-12-26 湖南科技大学 Sewage organic waste treatment device for carbon neutralization

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiles Introduction to magnetism and magnetic materials
Bowler Eddy-current nondestructive evaluation
CN203465407U (en) Soft-magnetic-material-magnetic-conductivity measurement experiment device based on oscilloscope and signal generator
JP2008519268A (en) Sensor for measuring magnetic flux
Alatawneh et al. Design of a novel test fixture to measure rotational core losses in machine laminations
CN103091651A (en) Ballistic galvanometer measuring hysteresis loop of ferromagnetic medium method
RU2321074C1 (en) Device for verifying the ampere law experimentally
RU2303295C1 (en) Device for studying vortex electric field in magnetic medium
Mayer et al. A novel approach to measurement of permeability of magnetic fluids
RU2321895C1 (en) Assembly for studying nonuniform magnetic field
RU2133505C1 (en) Training aid for physics
RU2292601C1 (en) Installation for studying an electromagnetic field
RU2308095C1 (en) Device for researching loading characteristics of a current supply
RU2285960C1 (en) Training device for demonstration of second maxwell equation
RU2210815C2 (en) Practice device to study electromagnetic field
RU2504016C2 (en) Apparatus for investigating eddy electric field
RU2491650C1 (en) Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils
JP4385340B2 (en) Displacement sensor using Helmholtz coil
RU2357295C1 (en) Device for investigating magnetic field of rectangular contour with current
RU2313831C1 (en) Teaching device for demonstrating first maxwell equation
Slavik et al. Magnetic circuit of electromagnetic flow meter with capacitive electrodes
US2929017A (en) Quadripole magnetic amplifier
RU2269823C1 (en) Installation for testing vorticity electric field
Krosney et al. Magnetic diffusion, inductive shielding, and the Laplace transform
RU2290700C1 (en) Device for demonstration of bio-savart-laplace law

Legal Events

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

Effective date: 20080420