RU2491650C1 - Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils - Google Patents

Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils Download PDF

Info

Publication number
RU2491650C1
RU2491650C1 RU2011151904/28A RU2011151904A RU2491650C1 RU 2491650 C1 RU2491650 C1 RU 2491650C1 RU 2011151904/28 A RU2011151904/28 A RU 2011151904/28A RU 2011151904 A RU2011151904 A RU 2011151904A RU 2491650 C1 RU2491650 C1 RU 2491650C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coil
helmholtz
rings
inputs
stand
Prior art date
Application number
RU2011151904/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011151904A (en
Inventor
Валерий Константинович Ковнацкий
Ольга Григорьевна Давыденко
София Павловна Меркулова
Original Assignee
Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации
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 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2011151904/28A priority Critical patent/RU2491650C1/en
Publication of RU2011151904A publication Critical patent/RU2011151904A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2491650C1 publication Critical patent/RU2491650C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: installation contains Helmholtz coils, which winding ends are connected to output terminals of audio-frequency generator. The coils are installed at the support having a graduated scale. A movable platform with position indicator moves along the support by means of belt drive. The measuring coil is installed at support perpendicular to it. At the support between Helmholtz coils at level of their axis there is a reference coil installed in parallel to the measuring coil. Toroidal coil is fixed at the moving rod with position indicator at a dial scale with grade divisions. There is also a phase difference metre which first inputs are connected to the system recording electromotive force and the second inputs are connected to the reference coil. Two-way bipolar switch ensures connection either of the measuring coil or toroidal coil to inputs of the system recording electromotive force and first inputs of phase difference metre.
EFFECT: expanding the research area and improving measurement accuracy.
9 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.

Известны электрические кольца Гельмгольца, образованные двумя тороидальными электромагнитами, обмотки которых включены в цепь переменного тока (Г.А. Рязанов Электрическое моделирование с применением вихревых полей. Изд. «Наука», М., 1969, с.76, рис.41). На них в таком виде нельзя исследовать магнитное поле, порождаемое электрическим полем.The Helmholtz electric rings are known, formed by two toroidal electromagnets, the windings of which are included in the alternating current circuit (G. A. Ryazanov, Electrical modeling using vortex fields. Publishing House "Science", M., 1969, p. 76, Fig. 41). On them in this form it is impossible to investigate the magnetic field generated by the electric field.

Известен учебный прибор для исследования электромагнитного поля (RU патент №2210815, G09B 23/18, 20.08.2003 Бюл. №23 Автор: Ковнацкий В.К.). Этот прибор позволяет снять зависимость тока смещения от частоты и напряженности электрического поля, определить зависимость напряженности магнитного поля от расстояния до оси электрических колец Гельмгольца. При этом на нем нельзя измерить напряженность электрического поля, приходится пользоваться другими устройствами. На этом приборе измеряется только модуль вектора напряженности магнитного поля, а направление вектора определить невозможно. Нельзя также продемонстрировать правовинтовую систему между векторами плотности тока смещения и напряженности магнитного поля.A well-known training device for the study of electromagnetic fields (RU patent No. 2210815, G09B 23/18, 08/20/2003 Bull. No. 23 Author: Kovnatsky V.K.). This 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 Helmholtz electric rings. At the same time, it is impossible to measure the electric field on it; you have to use other devices. Only the magnitude of the magnetic field vector is measured on this instrument, and the direction of the vector 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.

Наиболее близким к предлагаемой установке для исследования электромагнитного поля электрических колец Гельмгольца является учебный прибор для демонстрации второго уравнения Максвелла (RU патент №2285960, G09B 23/18, 23.10.2006 Бюл. №29 Авторы: Белокопытов Р.А., Ковнацкий В.К.) (прототип). Прибор содержит: электрические кольца Гельмгольца, установленные перпендикулярно на подставке и выводы обмоток которых соединены с выходными клеммами генератора звуковой частоты; подвижную платформу, перемещающуюся по подставке между электрическими кольцами Гельмгольца вдоль шкалы с делениями; измерительную катушку, установленную на подвижной платформе на уровне оси электрических колец Гельмгольца и равном расстоянии от них так, чтобы ось измерительной катушки была перпендикулярна подставке; указатель положения измерительной катушки, расположенный на подвижной платформе и совпадающий с осью измерительной катушки; привод с ременной передачей, закрепленной на подставке и перемещающий подвижную платформу между электрическими кольцами Гельмгольца вдоль шкалы с делениями; опорную катушку, установленную на подставке между электрическими кольцами Гельмгольца на уровне их оси и параллельно измерительной катушке на расстоянии от оси колец, равном их радиусу; регистратор ЭДС; измеритель разности фаз, первые вводы которого соединены с вводами регистратора ЭДС, а вторые вводы - с выводами опорной катушки.Closest to the proposed installation for studying the electromagnetic field of Helmholtz electric rings is a training device for demonstrating the second Maxwell equation (RU patent No. 2285960, G09B 23/18, 10.23.2006 Bull. No. 29 Authors: Belokopytov R.A., Kovnatsky V.K. .) (prototype). The device contains: Helmholtz electrical rings mounted perpendicular to the stand and the leads of the windings of which are connected to the output terminals of the sound frequency generator; a movable platform moving along a stand between Helmholtz electric rings along the scale with divisions; a measuring coil mounted on a movable platform at the level of the axis of the Helmholtz electric rings and an equal distance from them so that the axis of the measuring coil is perpendicular to the stand; pointer position measuring coil located on a moving platform and coinciding with the axis of the measuring coil; a drive with a belt drive mounted on a stand and moving the movable platform between the Helmholtz electric rings along the scale with divisions; a support coil mounted on a stand between the Helmholtz electric rings at the level of their axis and parallel to the measuring coil at a distance from the axis of the rings equal to their radius; EMF recorder; a phase difference meter, the first inputs of which are connected to the inputs of the EMF recorder, and the second inputs to the conclusions of the support coil.

Этот учебный прибор для демонстрации второго уравнения Максвелла позволяет снять зависимость тока смещения от частоты и напряженности электрического поля, определить зависимость напряженности магнитного поля от расстояния до оси электрических колец Гельмгольца. На нем с помощью измерительной катушки определяется модуль вектора напряженности магнитного поля, а направление вектора определяется с помощью измерительной и опорной катушек, а также измерителя разности фаз. Благодаря этому демонстрируется правовинтовая система между векторами плотности тока смещения и напряженности магнитного поля.This training device for demonstrating the second Maxwell equation 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 Helmholtz electric rings. On it, using the measuring coil, the module of the magnetic field vector is determined, and the direction of the vector is determined using the measuring and supporting coils, as well as a phase difference meter. Thanks to this, a right-handed system between the vectors of the bias current density and magnetic field strength is demonstrated.

На этом приборе нельзя измерить напряженность электрического поля, создаваемого электрическими кольцами Гельмгольца, а также рассчитать энергию электрического поля между электрическими кольцами Гельмгольца и сравнить ее с энергией магнитного поля. Этот прибор не позволяет определить поток вектора напряженности электрического поля и его знак, а также экспериментально подтвердить теорему Гаусса для переменного электрического поля, создаваемого электрическими кольцами Гельмгольца.Using this device, it is impossible to measure the electric field generated by Helmholtz electric rings, and also to calculate the electric field energy between Helmholtz electric rings and compare it with the magnetic field energy. This device does not allow determining the flux of the electric field vector and its sign, as well as experimentally confirming the Gauss theorem for an alternating electric field created by Helmholtz electric rings.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей учебного прибора для демонстрации второго уравнения Максвелла. Эта цель достигается тем, что в него введены: тороидальная катушка; круговая шкала с делениями в градусах, закрепленная в верхней части электрических колец Гельмгольца и расположенная параллельно подставке; шток, расположенный между электрическими кольцами Гельмгольца перпендикулярно подставке и нижним концом жестко закрепленный с тороидальной катушкой так, что внешний диаметр последней совпадает со штоком, а верхний конец штока установлен подвижно в центре круговой шкалы с делением в градусах; ручка поворота штока с указателем углового положения, жестко закрепленная на верхнем конце штока; переключатель двухполюсный на два положения, у которого общие контакты первого и второго полюсов соединены с вводами регистратора ЭДС, контакты первого положения первого и второго полюсов соединены с выводами измерительной катушки, а контакты второго положения первого и второго полюсов соединены с выводами тороидальной катушки.The aim of the invention is to expand the functionality of the training device to demonstrate the second Maxwell equation. This goal is achieved by the fact that the following are introduced into it: toroidal coil; dial in degrees in degrees, fixed at the top of Helmholtz's electric rings and parallel to the stand; a rod located between the Helmholtz electric rings perpendicular to the stand and the lower end is rigidly fixed to the toroidal coil so that the outer diameter of the latter coincides with the rod, and the upper end of the rod is mounted movably in the center of the dial with degrees in degrees; rod rotation handle with an indicator of angular position, rigidly fixed to the upper end of the rod; a bipolar switch for two positions, in which the common contacts of the first and second poles are connected to the inputs of the EMF recorder, the contacts of the first position of the first and second poles are connected to the terminals of the measuring coil, and the contacts of the second position of the first and second poles are connected to the terminals of the toroidal coil.

На фиг.1-7 представлены чертежи, поясняющие принцип работы предлагаемой установки. На фиг.8 изображен общий вид предлагаемой установки, а на фиг.9 - ее прототип.Figure 1-7 presents drawings explaining the principle of operation of the proposed installation. In Fig.8 shows a General view of the proposed installation, and Fig.9 - its prototype.

Предлагаемая установка для исследования электромагнитного поля электрических колец Гельмгольца содержит: 1 - электрические кольца Гельмгольца; 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; 12 - тороидальная катушка; 13 - круговая шкала с делениями в градусах; 14 - шток; 15 - ручка поворота штока с указателем углового положения; 16 - переключатель двухполюсный на два положения.The proposed installation for the study of the electromagnetic field of Helmholtz electric rings contains: 1 - Helmholtz electric rings; 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; 12 - toroidal coil; 13 - a dial with divisions in degrees; 14 - stock; 15 - rod rotation handle with an indicator of the angular position; 16 - bipolar switch into two positions.

Максвелл утверждал, что всякое переменное электрическое поле возбуждает в окружающем пространстве переменное магнитное поле. Для установления связи между ними рассмотрим электрические кольца Гельмгольца. 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 them, we consider the Helmholtz electric rings. 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 зависит от расстояния r до оси колец Гельмгольца аb (фиг.1). Определим эту зависимость для поля внутри колец Гельмгольца с использованием второго уравнения МаксвеллаThe magnitude of the magnetic field depends on the distance r to the axis of the Helmholtz rings ab (Fig. 1). We define this dependence for the field inside the Helmholtz rings using the second Maxwell equation

L H d l = S D t d S . ( 1 )

Figure 00000001
L H d l = S D t d S . ( one )
Figure 00000001

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

Figure 00000002
по замкнутому контуру LTransform the left side of the expression (1). Choose as a closed loop L (figure 2) the line of force of the vortex magnetic field of the Helmholtz rings r <R, where R is the distance shown in figure 1. From figure 2 it is seen that the magnetic field strength is the same at all points equidistant from the axis of the Helmholtz rings, and is directed along the tangent to a circle with a radius r. Then the circulation of the vector H
Figure 00000002
closed loop L

L H d l = H 2 π r = I с м . ( 2 )

Figure 00000003
L H d l = H 2 π r = I from m . ( 2 )
Figure 00000003

Между кольцами Гельмгольца электрическое поле однородное и вектор D t

Figure 00000004
всюду имеет однородное распределение, поэтому правую часть выражения (1) можно преобразовать следующим образом:Between Helmholtz rings, the electric field is homogeneous and the vector D t
Figure 00000004
everywhere has a uniform distribution, therefore, the right-hand side of expression (1) can be transformed as follows:

S D t d S = D t π r 2 . ( 3 )

Figure 00000005
S D t d S = D t π r 2 . ( 3 )
Figure 00000005

Учитывая, что электрическое поле между кольцами Гельмгольца меняется по гармоническому закону E(t)=Emsin2πνt, а также связь D=ε0E, где ε0 - электрическая постоянная, выражение (3) можно записать в другом виде:Given that the electric field between the Helmholtz rings varies according to the harmonic law E (t) = E m sin2πνt, as well as the relation D = ε 0 E, where ε 0 is the electric constant, expression (3) can be written in another form:

i с м ( t ) = S D t d S = 2 π 2 r 2 ν ε 0 E m cos 2 π ν t = I m с м cos 2 π ν t , ( 4 )

Figure 00000006
i from m ( t ) = S D t d S = 2 π 2 r 2 ν ε 0 E m cos 2 π ν t = I m from m cos 2 π ν t , ( four )
Figure 00000006

где iсм(t) - мгновенное значение, а I m с м

Figure 00000007
- амплитуда тока смещения.where i cm (t) is the instantaneous value, and I m from m
Figure 00000007
- the amplitude of the bias current.

Соответственно этому действующее значение тока смещения, «текущего» между кольцами Гельмгольца вдоль оси ab (фиг.1) внутри цилиндра с основанием πr2 Accordingly, the effective value of the bias current “current” between the Helmholtz rings along the axis ab (Fig. 1) inside the cylinder with the base πr 2

I m с м = 2 π 2 r 2 ν ε 0 E . ( 5 )

Figure 00000008
I m from m = 2 π 2 r 2 ν ε 0 E . ( 5 )
Figure 00000008

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

I m с м = 2 π 2 R 2 ν ε 0 E . ( 6 )

Figure 00000009
I m from m = 2 π 2 R 2 ν ε 0 E . ( 6 )
Figure 00000009

Из равенств (2) и (5) получаем выражение для определения напряженности магнитного поля между кольцами Гельмгольца на расстоянии r от их оси:From equalities (2) and (5) we obtain the expression for determining the magnetic field strength between Helmholtz rings at a distance r from their axis:

H = π r ν ε 0 E . ( 7 )

Figure 00000010
H = π r ν ε 0 E . ( 7 )
Figure 00000010

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

Найдем зависимость напряженности Н магнитного поля от расстояния до его оси вне колец Гельмгольца, когда r≥R. Выберем точку В (фиг.2) вне колец Гельмгольца на расстоянии г от их оси, тогда циркуляция вектора Н по контуру L равна току смещения, «текущему» между кольцами Гельмгольца вдоль оси ab (фиг.1) внутри цилиндра с основанием πR2. Из равенств (2) и (6) получаемLet us find the dependence of the magnetic field strength H on the distance to its axis outside the Helmholtz rings when r≥R. We choose point B (figure 2) outside the Helmholtz rings at a distance r from their axis, then the circulation of the vector H along the contour L is equal to the bias current "current" between the Helmholtz rings along the axis ab (figure 1) inside the cylinder with the base πR 2 . From equalities (2) and (6) we obtain

H = π R 2 ν ε 0 E r . ( 8 )

Figure 00000011
H = π R 2 ν ε 0 E r . ( 8 )
Figure 00000011

Из выражения (8) видно, что напряженность Н магнитного поля вне электрических колец Гельмгольца изменяется обратно пропорционально расстоянию до их оси (фиг.3). Напряженность магнитного поля внутри электрических колец Гельмгольца (r<R) определяется «текущим» между кольцами Гельмгольца током смещения внутри цилиндра с основанием πr2. Найдем связь между током смещения Iсм и напряженностью магнитного поля Н. Для этого исключим из выражений (6) и (7) Е, тогда имеем:From the expression (8) it can be seen that the magnetic field strength H outside the Helmholtz electric rings varies inversely with the distance to their axis (Fig. 3). The magnetic field strength inside the Helmholtz electric rings (r <R) is determined by the "current" between the Helmholtz rings, the bias current inside the cylinder with the base πr 2 . Find the relationship between the bias current I cm and the magnetic field N. For this, we exclude E from the expressions (6) and (7), then we have:

I с м = 2 π R 2 r H . ( 9 )

Figure 00000012
I from m = 2 π R 2 r H . ( 9 )
Figure 00000012

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

Figure 00000013
(фиг.2). В этом случае напряженность магнитного поля будет 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 Helmholtz rings. To do this, in 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 H
Figure 00000013
(figure 2). In this case, the magnetic field strength will be determined by the following expression:

H = ε w 2 π ν μ 0 μ S , ( 10 )

Figure 00000014
H = ε w 2 π ν μ 0 μ S , ( 10 )
Figure 00000014

где ε - ЭДС, наведенная в измерительной катушке, ν - частота переменного магнитного поля, µ0 - магнитная постоянная, µ - магнитная проницаемость сердечника измерительной катушки, S - площадь поперечного сечения измерительной катушки.where ε is the EMF induced in the measuring coil, ν is the frequency of the alternating magnetic field, μ 0 is the magnetic constant, μ is the magnetic permeability of the core of the measuring coil, S is the cross-sectional area of the measuring coil.

Подставляя выражение (10) в (9), находим зависимость тока смещения от измеряемой регистратором ЭДСSubstituting expression (10) into (9), we find the dependence of the bias current on the emf measured by the recorder

H = R 2 ε r w ν μ 0 μ S . ( 11 )

Figure 00000015
H = R 2 ε r w ν μ 0 μ S . ( eleven )
Figure 00000015

Для определения тока смещения и построения зависимости напряженности магнитного поля по формулам (5)-(8), а также вычисления других характеристик исследуемого электромагнитного поля необходимо знать величину напряженности электрического поля Е между электрическими кольцами Гельмгольца. Для этих целей применяем тороидальную катушку, содержащую w витков, подключенную к регистратору ЭДС. В этом случаеTo determine the bias current and construct the dependence of the magnetic field strength by formulas (5) - (8), as well as calculate other characteristics of the electromagnetic field under study, it is necessary to know the magnitude of the electric field E between Helmholtz electric rings. For these purposes, we use a toroidal coil containing w turns connected to an EMF recorder. In this case

E = ε 2 w π 2 ν 2 ε 0 ε μ 0 μ R B 2 h ln R H R B , E = β ε , ( 12 )

Figure 00000016
E = ε 2 w π 2 ν 2 ε 0 ε μ 0 μ R B 2 h ln R H R B , E = β ε , ( 12 )
Figure 00000016

где ε - ЭДС, измеряемая регистрирующим прибором, ν - частота переменного электрического поля, ε0 - электрическая постоянная, ε -диэлектрическая проницаемость среды между электрическими кольцами Гельмгольца, µ - магнитная проницаемость сердечника тороидальной катушки, h - аксиальный размер сердечника, RH и RB - наружный и внутренний радиусы сердечника, β - коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты ν и параметров тороидальной катушки.where ε is the EMF measured by the recording device, ν is the frequency of the alternating electric field, ε 0 is the electric constant, ε is the dielectric constant of the medium between Helmholtz electric rings, μ is the magnetic permeability of the core of the toroidal coil, h is the axial size of the core, R H and R B is the outer and inner radii of the core, β is the coefficient of proportionality, depending on the frequency ν and the parameters of the toroidal coil.

Для экспериментальной проверки теоремы Гаусса для переменного электрического поля с помощью электрических колец Гельмгольца необходимо знать поток напряженности однородного электрического поля Е через поверхность S (фиг.6). Он определяется по следующей формуле:For experimental verification of the Gauss theorem for an alternating electric field using Helmholtz electric rings, it is necessary to know the flux of intensity of a uniform electric field E through surface S (Fig. 6). It is determined by the following formula:

Ф e = E S cos α = E n S , ( 13 )

Figure 00000017
F e = E S cos α = E n S , ( 13 )
Figure 00000017

где En - проекция вектора E

Figure 00000018
на направление нормали n
Figure 00000019
к поверхности S, определяемой наружным радиусом RH тороидальной катушки; α - угол между векторами E
Figure 00000020
и n
Figure 00000021
. Знак потока напряженности электрического поля Фe зависит от угла α, как показано на фиг.5. Определение знака Фe можно осуществить с помощью измерителя разности фаз, где сравниваются фазы ЭДС тороидальной и опорной катушек. По знаку напряжения на выходе измерителя разности фаз определяется знак проекции Еn и, соответственно, знак потока напряженности электрического поля Фe.where E n is the projection of the vector E
Figure 00000018
to the normal direction n
Figure 00000019
to a surface S defined by the outer radius R H of the toroidal coil; α is the angle between the vectors E
Figure 00000020
and n
Figure 00000021
. The sign of the flux of the electric field Φ e depends on the angle α, as shown in FIG. The determination of the sign Ф e can be carried out using a phase difference meter, where the phases of the EMF of the toroidal and reference coils are compared. The sign of the voltage at the output of the phase difference meter determines the sign of the projection E n and, accordingly, the sign of the flux of the electric field Φ e .

Если тороидальную катушку расположить в однородном электрическом поле электрических колец Гельмгольца, как показано на фиг.7, и представить тороидальную катушку, как замкнутую поверхность S в виде суммы S=S1+S2+S3+S4, тогда поток напряженности через замкнутую поверхность S в соответствии с теоремой Гаусса будет:If the toroidal coil is placed in a uniform electric field of Helmholtz electric rings, as shown in Fig. 7, and the toroidal coil is represented as a closed surface S in the form of the sum S = S1 + S2 + S3 + S4, then the flow of tension through the closed surface S in accordance with the Gauss theorem will be:

S E n d S = S 1 E n d S + S 2 E n d S + S 3 E n d S + S 4 E n d S = 0. ( 14 )

Figure 00000022
S E n d S = S one E n d S + S 2 E n d S + S 3 E n d S + S four E n d S = 0. ( fourteen )
Figure 00000022

Это объясняется тем, что потоки напряженности через поверхность S3 и S4 «скользят» и равны 0, а потоки через поверхность S1 и S2 равны по величине и противоположны по знаку. Это видно из фиг.5, где при α=0° поток Фe mах>0, а при α=180° поток Феmах<0 и они равны по величине. Из фиг.5 также видно, что тороидальную катушку можно использовать для определения направления электрического поля по минимуму или максимуму ЭДС в тороидальной катушке, что соответствует минимуму или максимуму Фe.This is because the flows of tension through the surface S3 and S4 “slide” and equal to 0, and the flows through the surface S1 and S2 are equal in magnitude and opposite in sign. This can be seen from figure 5, where at α = 0 ° flux fe max> 0, and for α=180 ° stream femax<0 and they are equal in magnitude. Figure 5 also shows that the toroidal coil can be used to determine the direction of the electric field by the minimum or maximum EMF in the toroidal coil, which corresponds to the minimum or maximum ofe.

По измеренной с помощью тороидальной катушки напряженности электрического поля Е можно рассчитать объемную плотность электрической энергии между электрическими кольцами Гельмгольца по формуле:From the measured electric field strength E using a toroidal coil, it is possible to calculate the volume density of electric energy between Helmholtz electric rings by the formula:

w e = ε 0 ε E 2 2 , ( 15 )

Figure 00000023
w e = ε 0 ε E 2 2 , ( fifteen )
Figure 00000023

а также максимальную электрическую энергию, сосредоточенную между электрическими кольцами Гельмгольца, по формуле:as well as the maximum electrical energy concentrated between the Helmholtz electric rings, according to the formula:

W e = ε 0 ε E 2 π R 3 ( 16 )

Figure 00000024
W e = ε 0 ε E 2 π R 3 ( 16 )
Figure 00000024

и максимальную магнитную энергию, сосредоточенную между электрическими кольцами Гельмгольца, по формуле:and the maximum magnetic energy concentrated between the Helmholtz electric rings, according to the formula:

W m = 0,5 μ 0 μ ε 0 2 ε 2 E 2 ν 2 π 3 R 5 . ( 17 )

Figure 00000025
W m = 0.5 μ 0 μ ε 0 2 ε 2 E 2 ν 2 π 3 R 5 . ( 17 )
Figure 00000025

Рассмотрим работу предлагаемого прибора (фиг.8). Он содержит электрические кольца Гельмгольца 1, расположенные напротив и параллельные друг другу. Между ними существует область практически однородного переменного электрического поля. Это поле получается в результате сложения вихревых электрических полей от обоих колец. Обмотки электрических колец Гельмгольца 1, подключенные к генератору звуковой частоты 2, создают внутри них магнитные поля, а они, в свою очередь, создают вихревые электрические поля.Consider the operation of the proposed device (Fig.8). It contains Helmholtz electrical rings 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 rings. The windings of the Helmholtz electric rings 1 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 (10). Для этого в требуемую точку магнитного поля помещаем измерительную катушку 3, в которой наводится ЭДСε, пропорциональная Н. Измерительную катушку располагаем таким образом, чтобы ее ось совпадала с направлением вектора напряженности магнитного поля. Измерения ЭДС осуществляем 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 (10). 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 H. We position the measuring coil so that its axis coincides with the direction of the magnetic field vector. EMF measurements are 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 г до оси электрических колец Гельмгольца 1 измерительную катушку 3 передвигаем между ними 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 электрических колец Гельмгольца 1 и на равном расстоянии от них. Для отсчета расстояния от оси электрических колец Гельмгольца 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. Подвижная платформа 6 перемещается вдоль шкалы с делениями 7 с помощью привода с ременной передачей 9, закрепленного на подставке 5.To determine the dependence of the magnetic field strength H on the distance r from the axis of the Helmholtz electric rings 1, we move the measuring coil 3 between them 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 was at the level of the axis of the Helmholtz electric rings 1 and at an equal distance from them. To count the distance from the axis of the Helmholtz electric rings to the measuring coil 3, a scale with divisions 7 is placed on the stand 5, and the movable platform 6 is provided with a pointer 8 of the position of the measuring coil coinciding with the axis of the measuring coil 3. The movable platform 6 is moved along the scale with divisions 7 using a belt drive 9 mounted on a stand 5.

Таким образом, по измеренной ЭДС в измерительной катушке 3 можно рассчитать по формуле (10) напряженность магнитного поля между электрическими кольцами Гельмгольца 1 в произвольной точке. По формуле (11) можно также рассчитать ток смещения Iсм внутри электрических колец Гельмгольца 1.Thus, according to the measured EMF in the measuring coil 3, it is possible to calculate by the formula (10) the magnetic field strength between the Helmholtz 1 electric rings at an arbitrary point. By the formula (11), it is also possible to calculate the bias current I cm inside the Helmholtz electric rings 1.

Предлагаемая установка позволяет снять зависимость тока смещения Iсм от частоты ν и величины напряженности Е электрического поля. Кроме того, она позволяет ознакомиться с индукционным методом измерения напряженности переменного магнитного поля, создаваемого током смещения между электрическими кольцами Гельмгольца 1.The proposed installation 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 the bias current between Helmholtz electrical rings 1.

С помощью измерительной катушки 3 может быть снята зависимость Н от r, показанная на фиг.3 сплошной линией, т.е. снимается модуль напряженности Н магнитного поля, а направление вектора H

Figure 00000026
не определяется. В действительности левая ветвь зависимости (фиг.3) имеет вид, показанной пунктирной линией. Для определения направления вектора H
Figure 00000027
в исследуемой точке электромагнитного поля в предлагаемую установку (фиг.8) введен измеритель разности фаз 10. В нем сравнивается ЭДС, снимаемая с измерительной катушки 3 с ЭДС, снимаемой с опорной катушки 11. Опорная катушка 11 по конструкции аналогична измерительной катушке 3 и располагается на подставке между электрическими кольцами Гельмгольца 1 на уровне их оси, параллельно оси измерительной катушки 3. Опорная катушка 11 находится на расстоянии от оси электрических колец Гельмгольца 1, равном их радиусу.Using the measuring coil 3, the dependence of H on r, 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 H
Figure 00000026
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 H
Figure 00000027
at the studied point of the electromagnetic field, a phase difference meter 10 is introduced into the proposed installation (Fig. 8). It compares the EMF taken from the measuring coil 3 with the EMF taken from the supporting coil 11. The supporting coil 11 is similar in design to the measuring coil 3 and is located on the stand between the Helmholtz electric rings 1 at the level of their axis, parallel to the axis of the measuring coil 3. The support coil 11 is located at a distance from the axis of the Helmholtz electric rings 1, equal to their radius.

Для измерения напряженности электрического поля Е, создаваемого электрическими кольцами Гельмгольца 1, определения потока вектора Е через заданную поверхность и его знака, а также экспериментального подтверждения теоремы Гаусса для переменного электрического поля между электрическими кольцами Гельмгольца 1 в предлагаемое устройство введены: тороидальные катушки 12, круговая шкала с делениями в градусах 13, шток 14, ручка поворота штока с указателем углового положения 15 и переключатель двухполюсный на два положения 16.To measure the electric field E generated by Helmholtz electric rings 1, to determine the flux of vector E through a given surface and its sign, as well as to experimentally confirm the Gauss theorem for an alternating electric field between Helmholtz electric rings 1, the proposed device contains: toroidal coils 12, dial with divisions in degrees 13, rod 14, rod rotation handle with an indicator of angular position 15 and a bipolar switch for two positions 16.

Круговая шкала с делениями в градусах 13 закреплена в верхней части электрических колец Гельмгольца 1 и расположена параллельно подставке 5. Перпендикулярно подставке между электрическими кольцами Гельмгольца 1 располагается шток 14. Нижним концом он жестко закреплен с тороидальной катушкой 12 так, что внешний диаметр последней совпадает со штоком 14. Верхний конец штока 14 установлен подвижно в центре круговой шкалы с делениями в градусах 13. На верхнем конце штока 14 установлена ручка поворота штока с указателем углового положения 15, которая обеспечивает поворот тороидальной катушки 12 от 0 до 360 градусов и определение угла поворота на круговой шкале с делением в градусах 13. Введенный переключатель двухполюсный на два положения 16 обеспечивает подключение или измерительной катушки 3 (первое положение «ИК»), или тороидальной катушки 12 (второе положение «ТК») к вводам регистратора ЭДС 4 и первым вводам измерителя разности фаз 10.A dial with degrees in 13 is fixed at the top of the Helmholtz electric rings 1 and is parallel to the stand 5. The rod 14 is perpendicular to the stand between the Helmholtz electric rings 1. The lower end is rigidly fixed to the toroidal coil 12 so that the outer diameter of the latter coincides with the rod 14. The upper end of the rod 14 is mounted movably in the center of the dial with graduations in degrees 13. At the upper end of the rod 14 there is a rod rotation handle with an indicator of the angular position 15, which provides rotation of the toroidal coil 12 from 0 to 360 degrees and determination of the angle of rotation on a dial with a division in degrees 13. The introduced bipolar switch into two positions 16 provides the connection of either measuring coil 3 (first position "IR"), or toroidal coil 12 (second position "TC") to the inputs of the EMF 4 recorder and the first inputs of the phase difference meter 10.

Рассмотрим работу предлагаемой установки в первом положении «ИК» переключателя двухполюсного на два положения 16. В этом случае через контакты первого положения первого и второго полюсов подключается измерительная катушка 3 к вводам регистратора ЭДС 4 и первым вводам измерителя разности фаз 10. 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.Consider the operation of the proposed installation in the first position "IR" of the bipolar switch into two positions 16. In this case, through the contacts of the first position of the first and second poles, the measuring coil 3 is connected to the inputs of the EMF recorder 4 and the first inputs of the phase difference meter 10. To the first input of the difference meter phase 10 fed EMF, removed from the measuring coil 3, and at its second input fed EMF, removed from the reference coil 11.

Измерители разности фаз описаны в (Кушнир В.Ф. и др. Измерения в технике связи. М.: Связь, 1970, стр.318). Например, если в качестве измерителя разности фаз 10 используем фазовой детектор, то на фиг.4 изображена его детекторная характеристика, показывающая зависимость выходного напряжения от разности фаз φ.Phase difference meters are described in (Kushnir V.F. 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 электрических колец Гельмгольца 1. 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 на выходе измерителя разности фаз 10 соответствует положительной проекции вектора H

Figure 00000028
на направление нормали n
Figure 00000029
к измерительной катушке 3 (фиг.3).Suppose that 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 Helmholtz electric rings 1. The terminals 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 positive voltage (figure 4). This indicates a zero phase shift φ between the measured and reference EMF. In this case, the positive voltage at the output of the phase difference meter 10 corresponds to the positive projection of the vector H
Figure 00000028
to the normal direction n
Figure 00000029
to the measuring coil 3 (figure 3).

Если измерительную катушку 3 смещаем влево относительно неподвижной опорной катушки 11, то будем наблюдать уменьшение ЭДС, снимаемую с измерительной катушки 3, и в соответствии с формулой (10) модуль напряженности Н будет уменьшаться (фиг.3). Проходя точку центра электрических колец Гельмгольца 1 (r=0), будем наблюдать скачок разности фаз φ между измеренной и опорной ЭДС на π. Измеритель разности фаз будет показывать отрицательное напряжение. Это свидетельствует об отрицательной проекции вектора H

Figure 00000030
на направление нормали n
Figure 00000031
к измерительной катушке 3 (фиг.3). Зависимость H от r влево от точки r=0 показана пунктирной линией на фиг.3.If the measuring coil 3 is displaced 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 (10), the stress modulus H will decrease (Fig. 3). Passing the point of the center of Helmholtz electric rings 1 (r = 0), we observe a jump in the phase difference φ between the measured and reference EMF by π. The phase difference meter will indicate a negative voltage. This indicates a negative projection of the vector H
Figure 00000030
to the normal direction n
Figure 00000031
to the measuring coil 3 (figure 3). The dependence of H on r to the left of the point r = 0 is shown by the dashed line in Fig. 3.

Таким образом, в предлагаемой установке по показаниям ЭДС, снимаемых с измерительной катушки 3, рассчитываем по формуле (10) модуль напряженности магнитного поля, а по знаку напряжения на выходе измерителя разности фаз 10 определяем направление вектора H

Figure 00000030
(фиг.3).Thus, in the proposed installation, according to the EMF readings taken from the measuring coil 3, we calculate by the formula (10) the magnetic field strength module, and from the voltage sign at the output of the phase difference meter 10, we determine the direction of the vector H
Figure 00000030
(figure 3).

По показаниям измерителя разности фаз 10 можно демонстрировать правовинтовую систему между вектором плотности тока смещения j с м

Figure 00000032
и вектором напряженности магнитного поля H
Figure 00000033
. На фиг.1 показаны направления этих векторов для случая, когда D t > 0
Figure 00000034
, а также направление вектора Пойтинга S
Figure 00000035
.According to the readings of the phase difference meter 10, it is possible to demonstrate a right-handed system between the bias current density vector j from m
Figure 00000032
and the magnetic field vector H
Figure 00000033
. Figure 1 shows the directions of these vectors for the case when D t > 0
Figure 00000034
, as well as the direction of the Poiting vector S
Figure 00000035
.

Рассмотрим работу предлагаемой установки во втором положении «ТК» переключателя двухполюсного на два положения 16. В этом случае через контакты второго положения первого и второго полюсов подключается тороидальная катушка 12 к вводам регистратора ЭДС 4 и первым вводом измерителя разности фаз 10. На первый вход измерителя разности фаз 10 подается ЭДС, снимаемая с тороидальной катушки 12, а на второй вход - подается ЭДС, снимаемая с опорной катушки 11.Consider the operation of the proposed installation in the second position of the "TC" of the bipolar switch to two positions 16. In this case, through the contacts of the second position of the first and second poles, a toroidal coil 12 is connected to the inputs of the EMF 4 and the first input of the phase difference meter 10. To the first input of the difference meter phase 10 is fed EMF, removed from the toroidal coil 12, and the second input is fed EMF, removed from the reference coil 11.

Пусть в исходном положении неподвижная опорная катушка 11 расположена на подставке 5 на расстоянии, равном радиусу электрических колец Гельмгольца. Тороидальная катушка 12 с помощью ручки поворота штока с указателем углового положения 15 устанавливаем параллельно электрическим кольцам Гельмгольца 1, в этом случае указатель углового положения будет показывать 0 градусов на круговой шкале с делением в градусах 13. Выводы тороидальной катушки 12 следует соединить с первыми вводами измерителя разности фаз 10 таким образом, чтобы на выходе измерителя разности фаз 10 было положительное напряжение (фиг.4). Это свидетельствует о нулевом сдвиге фаз между измеренной и опорной ЭДС. В этом случае положительное напряжение измерителя разности фаз 10 принимаем за положительную проекцию вектора E

Figure 00000036
на направление n
Figure 00000029
к тороидальной катушке 12 (фиг.6).Let in the initial position, the stationary support coil 11 is located on the stand 5 at a distance equal to the radius of the Helmholtz electric rings. We install the toroidal coil 12 using the rod rotation handle with the indicator of the angular position 15 parallel to the Helmholtz electric rings 1, in this case the indicator of the angular position will show 0 degrees on a dial with a division in degrees 13. The conclusions of the toroidal coil 12 should be connected to the first inputs of the difference meter phases 10 so that at the output of the meter of the phase difference 10 there was a positive voltage (figure 4). This indicates a zero phase shift between the measured and reference EMF. In this case, the positive voltage of the phase difference meter 10 is taken as the positive projection of the vector E
Figure 00000036
to direction n
Figure 00000029
to the toroidal coil 12 (Fig.6).

Если тороидальную катушку 12 поворачиваем по часовой стрелке от 0 до 360 градусов, то будем наблюдать изменение ЭДС, снимаемой с тороидальной катушки 12, и в соответствии с формулой (12) модуль напряженности Е будет изменяться. Проходя угол 90 градусов по шкале с делением в градусах 13, будет наблюдаться скачок разности фаз между измеренной и опорной ЭДС на π. Измеритель разности фаз 10 будет показывать отрицательное напряжение. Это свидетельствует об отрицательной проекции вектора E

Figure 00000037
на направление нормали n
Figure 00000038
к тороидальной катушке 12 (фиг.6). Полная зависимость Фe от угла α между векторами E
Figure 00000039
и n
Figure 00000040
показана на фиг.5.If the toroidal coil 12 is rotated clockwise from 0 to 360 degrees, then we will observe a change in the EMF taken from the toroidal coil 12, and in accordance with formula (12), the modulus of tension E will change. Passing an angle of 90 degrees on a scale divided by 13 degrees, a jump in the phase difference between the measured and reference EMF by π will be observed. A phase difference meter 10 will indicate a negative voltage. This indicates a negative projection of the vector E
Figure 00000037
to the normal direction n
Figure 00000038
to the toroidal coil 12 (Fig.6). The full dependence of Ф e on the angle α between the vectors E
Figure 00000039
and n
Figure 00000040
shown in figure 5.

Таким образом, в предлагаемой установке по показаниям ЭДС, снимаемых с тороидальной катушки 12 рассчитываем по формуле (12) модуль проекции Еn, а по знаку напряжения на выходе измерителя разности фаз 10 определяем знак проекции Еn. По формуле (13) рассчитываем поток напряженности электрического поля Фe. Из графика (фиг.5) снимаем величины Фе mах и -Фе mах и убеждаемся, что полный поток вектора напряженности электрического поля через поверхность S в соответствии с теоремой Гаусса (14):Thus, in the proposed installation, according to the EMF readings taken from the toroidal coil 12, we calculate the projection module E n using formula (12), and determine the projection sign E n from the voltage sign at the output of the phase difference meter 10. By the formula (13), we calculate the flux of the electric field Φ e . From the graph (Fig. 5), we take the quantities Ф е max and -Ф е max and make sure that the total flux of the electric field vector through the surface S in accordance with the Gauss theorem (14):

S E n d S = Ф e max Ф e max = 0

Figure 00000041
. S E n d S = F e max - F e max = 0
Figure 00000041
.

Для определения объемной плотности электрической энергии we по формуле (15), максимальной электрической и магнитной энергии соответственно по формулам (16), (17) берем действующее значение напряженности электрического поля Е, которое определяем по формуле (12). При измерении Е тороидальную катушку 12 устанавливаем с помощью ручки поворота штока с показателем углового положения 15 на 0 градусов по круговой шкале с делениями в градусах 13.To determine the volume density of electric energy w e by the formula (15), the maximum electric and magnetic energy, respectively, by the formulas (16), (17), we take the effective value of the electric field strength E, which is determined by the formula (12). When measuring E, the toroidal coil 12 is set with the help of a rod rotation handle with an indicator of the angular position of 15 by 0 degrees on a dial with divisions in degrees 13.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки для исследования электромагнитного поля электрических колец Гельмгольца заключается в том, что она обеспечивает повышение качества усвоения курсантами основных законов и явлений физики.The technical and economic efficiency of the proposed installation for the study of the electromagnetic field of Helmholtz electric rings lies in the fact that it provides an increase in the quality of assimilation by cadets of the basic laws and phenomena of physics.

Предлагаемая установка реализована на кафедре физики ВКА им. А.Ф. Можайского и используется в учебном процессе на лабораторных занятиях по магнетизму.The proposed installation is implemented at the Department of Physics A.F. Mozhaiskogo and is used in the educational process in laboratory studies on magnetism.

Claims (1)

Установка для исследования электромагнитного поля электрических колец Гельмгольца, содержащая электрические кольца Гельмгольца, установленные перпендикулярно на подставке, и выводы обмоток которых соединены с выходными клеммами генератора звуковой частоты, подвижную платформу, перемещающуюся по подставке между электрическими кольцами Гельмгольца вдоль шкалы с делениями, измерительную катушку, установленную на подвижной платформе на уровне оси электрических колец Гельмгольца и равном расстоянии от них так, чтобы ось измерительной катушки была перпендикулярна подставке, указатель положения измерительной катушки, расположенный на подвижной платформе и совпадающий с осью измерительной катушки, привод с ременной передачей, закрепленный на подставке и перемещающий подвижную платформу между электрическими кольцами Гельмгольца вдоль шкалы с делениями, опорную катушку, установленную на подставке между электрическими кольцами Гельмгольца на уровне их оси и параллельно измерительной катушке на расстоянии от оси электрических колец Гельмгольца, равном их радиусу, регистратор ЭДС, измеритель разности фаз, первые вводы которого соединены с вводами регистратора ЭДС, а вторые вводы - с выводами опорной катушки, отличающаяся тем, что в нее введены тороидальная катушка, круговая шкала с делениями в градусах, закрепленная в верхней части электрических колец Гельмгольца и расположенная параллельно подставке, шток, расположенный между электрическими кольцами Гельмгольца перпендикулярно подставке и нижним концом жестко закрепленный с тороидальной катушкой так, что внешний диаметр последней совпадает со штоком, а верхний конец штока установлен подвижно в центре круговой шкалы с делениями в градусах, ручка поворота штока с указателем углового положения, жестко закрепленная на верхнем конце штока, переключатель двухполюсный на два положения, у которого общие контакты первого и второго полюсов соединены с вводами регистратора ЭДС, контакты первого положения первого и второго полюсов соединены с выводами измерительной катушки, а контакты второго положения первого и второго полюсов соединены с выводами тороидальной катушки. An installation for studying the electromagnetic field of Helmholtz electric rings, containing Helmholtz electric rings mounted perpendicularly to the stand, and the leads of which windings are connected to the output terminals of the sound frequency generator, a movable platform moving along the stand between the Helmholtz electric rings along the scale with divisions, a measuring coil installed on a moving platform at the level of the axis of the Helmholtz electric rings and an equal distance from them so that the measuring axis the coil was perpendicular to the stand, the position indicator of the measuring coil located on the movable platform and coinciding with the axis of the measuring coil, the belt drive mounted on the stand and moving the moving platform between the Helmholtz electric rings along the divisions scale, the support coil mounted on the stand between the electric Helmholtz rings at the level of their axis and parallel to the measuring coil at a distance from the axis of the Helmholtz electric rings equal to their radius EMF emitter, phase difference meter, the first inputs of which are connected to the inputs of the EMF recorder, and the second inputs to the outputs of the support coil, characterized in that a toroidal coil, a circular scale with degrees in degrees, fixed at the top of the Helmholtz electric rings and located parallel to the stand, the rod located between the Helmholtz electric rings perpendicular to the stand and the lower end is rigidly fixed to the toroidal coil so that the outer diameter of the latter coincides with the piece com, and the upper end of the rod is mounted movably in the center of the dial with graduations in degrees, the rod rotation handle with an indicator of the angular position, rigidly fixed to the upper end of the rod, a two-pole switch for two positions, in which the common contacts of the first and second poles are connected to the inputs of the recorder EMF, the contacts of the first position of the first and second poles are connected to the terminals of the measuring coil, and the contacts of the second position of the first and second poles are connected to the terminals of the toroidal coil.
RU2011151904/28A 2011-12-19 2011-12-19 Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils RU2491650C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151904/28A RU2491650C1 (en) 2011-12-19 2011-12-19 Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011151904/28A RU2491650C1 (en) 2011-12-19 2011-12-19 Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011151904A RU2011151904A (en) 2013-06-27
RU2491650C1 true RU2491650C1 (en) 2013-08-27

Family

ID=48701044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011151904/28A RU2491650C1 (en) 2011-12-19 2011-12-19 Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2491650C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114114109B (en) * 2021-10-27 2024-05-10 武汉纺织大学 Method for measuring micro deformation based on anti-Helmholtz coil

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2210815C2 (en) * 2001-06-15 2003-08-20 Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского Practice device to study electromagnetic field
RU2285960C1 (en) * 2005-06-06 2006-10-20 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Training device for demonstration of second maxwell equation
RU2292601C1 (en) * 2005-06-06 2007-01-27 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Installation for studying an electromagnetic field
US7759931B2 (en) * 2005-03-14 2010-07-20 National University Corporation, Okayama University Device for measuring magnetic impedance

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2210815C2 (en) * 2001-06-15 2003-08-20 Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского Practice device to study electromagnetic field
US7759931B2 (en) * 2005-03-14 2010-07-20 National University Corporation, Okayama University Device for measuring magnetic impedance
RU2285960C1 (en) * 2005-06-06 2006-10-20 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Training device for demonstration of second maxwell equation
RU2292601C1 (en) * 2005-06-06 2007-01-27 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Installation for studying an electromagnetic field

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011151904A (en) 2013-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1810046B1 (en) Sensor for measuring magnetic flux
CN203465407U (en) Soft-magnetic-material-magnetic-conductivity measurement experiment device based on oscilloscope and signal generator
Alatawneh et al. Design of a novel test fixture to measure rotational core losses in machine laminations
RU2491650C1 (en) Installation for research of electromagnetic field of helmholtz coils
RU2434237C1 (en) Short-time test device for items from electrotechnical steel plates
RU2285960C1 (en) Training device for demonstration of second maxwell equation
RU2292601C1 (en) Installation for studying an electromagnetic field
Ishii et al. Improvement of formula and uncertainty of the reference magnetic field for AC magnetometer calibration
RU2313831C1 (en) Teaching device for demonstrating first maxwell equation
RU2210815C2 (en) Practice device to study electromagnetic field
RU2467464C1 (en) Instrument for measurement of spectrum of induction signal in magnetically linked system
RU2504016C2 (en) Apparatus for investigating eddy electric field
RU2303295C1 (en) Device for studying vortex electric field in magnetic medium
RU2357295C1 (en) Device for investigating magnetic field of rectangular contour with current
Williams Measuring Earth's local magnetic field using a Helmholtz coil
Slavik et al. Magnetic circuit of electromagnetic flow meter with capacitive electrodes
RU2718641C1 (en) Method and device for permanent magnets identification by volume magnetization
RU175142U1 (en) DEVICE FOR STUDYING ELECTROMAGNETIC FIELD
RU2292602C1 (en) Device for definition of circulation of vector voltage of a magnetic field
RU193094U1 (en) Hardware complex for the generation of magnetic fields, their registration and visualization
McNeil The metal detector and Faraday's Law
RU2269823C1 (en) Installation for testing vorticity electric field
Ludke et al. Novel compensated moment detection coil
RU2303820C1 (en) Device for measuring projection of strength vector of alternating electric field
RU2133505C1 (en) Training aid for physics

Legal Events

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

Effective date: 20131220