RU2504016C2 - Apparatus for investigating eddy electric field - Google Patents

Apparatus for investigating eddy electric field Download PDF

Info

Publication number
RU2504016C2
RU2504016C2 RU2012114978/12A RU2012114978A RU2504016C2 RU 2504016 C2 RU2504016 C2 RU 2504016C2 RU 2012114978/12 A RU2012114978/12 A RU 2012114978/12A RU 2012114978 A RU2012114978 A RU 2012114978A RU 2504016 C2 RU2504016 C2 RU 2504016C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltmeter
sheet
electric field
tablet
long solenoid
Prior art date
Application number
RU2012114978/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012114978A (en
Inventor
Валерий Константинович Ковнацкий
Мария Васильевна Бардина
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 RU2012114978/12A priority Critical patent/RU2504016C2/en
Publication of RU2012114978A publication Critical patent/RU2012114978A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2504016C2 publication Critical patent/RU2504016C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: sheet of electroconductive paper is placed on a board. A long solenoid is passed through an opening in the board. One gauge in a set of gauges sits on the long solenoid through its opening and is placed on the sheet of electroconductive paper and fixed by a fixing device. The common contact of a two-way switch is connected to the first lead of a voltmeter with high input resistance. The fixed contact is attached to the sheet of electroconductive paper and is connected to the second lead of the voltmeter with high input resistance. A probe is connected to the first contact of the switch. Windings of the indicator coil encircle the long solenoid under the board. The first lead of the coil is connected to the second lead of the voltmeter with high input resistance, and the second lead is connected to the second contact of the two-way switch.
EFFECT: simulating circulation of the eddy electric field vector in different closed loops.
7 dwg

Description

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних 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 educational institutions at the rate of physics to study and deepen knowledge of physical laws.

Известен учебный прибор для исследования электромагнитного поля (RU патент №2210815, 20.08.2003 Бюл. №23. Автор Ковнацкий В.К.). Он содержит два тороида, между ними создается однородное вихревое электрическое поле. С помощью этого прибора невозможно продемонстрировать плоскопараллельное электрическое поле и снять необходимые его характеристики.A well-known training device for the study of electromagnetic fields (RU patent No. 2210815, 08/20/2003 Bull. No. 23. Author Kovnatsky V.K.). It contains two toroids, between them a homogeneous eddy electric field is created. Using this device, it is impossible to demonstrate a plane-parallel electric field and remove its necessary characteristics.

Известен также учебный прибор по физике (RU патент №2133505, 20.07.1999 Бюл. №20. Автор Ковнацкий В.К.). Он содержит регистратор ЭДС и соленоид, подключенный к генератору гармонического напряжения. Этот прибор позволяет создать плоскопараллельное вихревое электрическое поле. Однако на нем невозможно построить сетку электрических и изопотенциальных линий этого поля, продемонстрировать неоднозначность его потенциала. Нельзя также на этом приборе экспериментально проверить теорему о циркуляции вектора напряженности электрического поля в, законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме в электропроводящей среде, расположенной в вихревом электрическом поле.A training device in physics is also known (RU patent No. 213505, 07/20/1999 Bull. No. 20. Author Kovnatsky V.K.). It contains an EMF recorder and a solenoid connected to a harmonic voltage generator. This device allows you to create a plane-parallel vortex electric field. However, it is impossible to construct a grid of electric and isopotential lines of this field on it, to demonstrate the ambiguity of its potential. One cannot also experimentally verify the theorem on the circulation of the electric field vector в, the Ohm and Joule-Lenz laws in differential form in an electrically conductive medium located in a vortex electric field.

Наиболее близкой к предлагаемой установке является установка для исследования вихревого электрического поля (RU патент №2269823, 10.02.2006. Бюл.№4. Авторы: Белокопытов Р.А., Ковнацкий В.К., прототип фиг.1). Она содержит вольтметр с большим входным сопротивлением 9, планшет 2, генератор гармонического напряжения 3 и длинный соленоид 1, установленный перпендикулярно в центре планшета таким образом, что первая половина его находится над планшетом, а другая половина - под ним, и обмотка которого соединена с выходными клеммами генератора гармонического напряжения 3. Эта установка позволяет создать плоскопараллельное вихревое электрическое поле. На ней можно экспериментально проверить теорему о циркуляции вектора

Figure 00000001
, закон Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме только в замкнутом круговом проводнике, расположенном в вихревом электрическом поле. Однако на этой установке невозможно продемонстрировать и построить сетку электрических и изопотенциальных линий этого поля в проводящей среде, например в виде электропроводящей бумаги. На этой установке нельзя определить циркуляцию вектора
Figure 00000002
 для произвольного замкнутого контура, охватывающего и не охватывающего длинный соленоид.Closest to the proposed installation is a device for the study of a vortex electric field (RU patent No. 2269823, 02/10/2006. Bull. No. 4. Authors: Belokopytov R.A., Kovnatsky V.K., prototype of figure 1). It contains a voltmeter with a large input impedance 9, a tablet 2, a harmonic voltage generator 3 and a long solenoid 1 mounted perpendicularly in the center of the tablet so that the first half is above the tablet and the other half is below it, and the winding of which is connected to the output terminals of the harmonic voltage generator 3. This setting allows you to create a plane-parallel vortex electric field. On it, one can experimentally verify the vector circulation theorem
Figure 00000001
 , Ohm and Joule-Lenz law in differential form only in a closed circular conductor located in a vortex electric field. However, it is impossible to demonstrate and build a grid of electric and isopotential lines of this field in a conductive medium, for example, in the form of an electrically conductive paper. Vector circulation cannot be determined on this setting.
Figure 00000002
 for an arbitrary closed loop, covering and not covering a long solenoid.

Техническим результатом изобретения является возможность моделирования циркуляции вектора вихревого электрического поля в разнообразных замкнутых контурах.The technical result of the invention is the ability to simulate the circulation of a vortex electric field vector in a variety of closed loops.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную установку для исследования вихревого электрического поля, содержащую вольтметр с большим входным сопротивлением, планшет, генератор гармонического напряжения и длинный соленоид, установленный перпендикулярно в центре планшета таким образом, что первая половина его находится над планшетом, а другая половина - под ним, и обмотка которого соединена с выходными клеммами генератора гармонического напряжения, согласно изобретению, введены лист электропроводящей бумаги, уложенный на планшете, а через отверстие в нем проходит длинный соленоид, набор разнообразных лекал из диэлектрика с отверстиями и криволинейными кромками, причем, используемое лекало из набора лекал через его отверстие насажено на длинный соленоид и уложено на лист электропроводящей бумаги, фиксатор положения используемого лекала, переключатель на два положения, общий контакт которого соединен с первым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением, неподвижный контакт, закрепленный на листе электропроводящей бумаги, и который соединен со вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением, зонд, соединенный с первым контактом переключателя на два положения, индикаторная катушка, витки которой охватывают длинный соленоид под планшетом первый вывод ее соединен со вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением, а второй вывод - со вторым контактом переключателя на два положения.The specified technical result is achieved by the fact that in a known installation for the study of a vortex electric field containing a voltmeter with a large input impedance, a tablet, a harmonic voltage generator and a long solenoid mounted perpendicularly in the center of the tablet so that the first half is above the tablet and the other half under it, and the winding of which is connected to the output terminals of the harmonic voltage generator, according to the invention, a sheet of conductive paper is inserted it’s on the tablet, and through the hole in it passes a long solenoid, a set of various patterns from a dielectric with holes and curved edges, moreover, the used pattern from the set of patterns through its hole is planted on a long solenoid and laid on a sheet of conductive paper, the position lock of the used pattern, a two-position switch, the common contact of which is connected to the first input of a voltmeter with a large input resistance, a fixed contact fixed to a sheet of conductive paper, and which is connected connected to the second input of the voltmeter with a large input resistance, a probe connected to the first contact of the two-position switch, an indicator coil, the turns of which cover a long solenoid under the tablet, its first output is connected to the second input of the voltmeter with a large input resistance, and the second output to the second contact switch to two positions.

На фиг.1 изображен прототип; на фиг.2 - общий вид предлагаемой установки; на фиг.3-7 - чертежи, поясняющие принцип ее работы.Figure 1 shows a prototype; figure 2 is a General view of the proposed installation; figure 3-7 are drawings explaining the principle of its operation.

Предлагаемая установка (фиг.2) содержит: 1 - длинный соленоид; 2 - планшет; 3 - генератор гармонического напряжения; 4 - лист электропроводящей бумаги; 5 - набор разнообразных лекал из диэлектрика с отверстиями и криволинейными кромками с разметкой; 6 - используемое из набора лекало; 7 - фиксатор положения используемого лекала; 8 -индикаторная катушка; 9 - вольтметр с большим входным сопротивлением; 10 - зонд; 11 - неподвижный контакт; 12 - переключатель на два положения.The proposed installation (figure 2) contains: 1 - a long solenoid; 2 - tablet; 3 - harmonic voltage generator; 4 - a sheet of conductive paper; 5 - a set of various patterns of a dielectric with holes and curved edges with markings; 6 - a pattern used from a set; 7 - position lock used patterns; 8-indicator coil; 9 - voltmeter with a large input resistance; 10 - probe; 11 - fixed contact; 12 - switch to two positions.

Рассмотрим теоретические положения, которые легли в основу предлагаемой установки. Пусть лист электропроводящей бумаги имеет отверстие, в которое вставлен длинный соленоид, питаемый переменным током. Изменяющееся во времени в длинном соленоиде магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. На фиг.3 показано плоское вихревое электрическое поле длинного соленоида. Пунктирные линии изображают электрическое поле, а сплошные линии изопотенциальные линии. Под действием вихревого электрического поля в электропроводящей бумаге течет индукционный ток. Таким образом, в вихревом электрическом поле циркуляция вектора к вдоль замкнутой кривой равна электродвижущей силе, возникающей в проводящем контуре

Figure 00000003
, совпадающим с этой кривой:Consider the theoretical provisions that formed the basis of the proposed installation. Let a sheet of electrically conductive paper have a hole in which a long solenoid fed by alternating current is inserted. A magnetic field that changes in time in a long solenoid excites a vortex electric field in the surrounding space. Figure 3 shows a flat vortex electric field of a long solenoid. The dashed lines represent the electric field, and the solid lines are isopotential lines. Under the influence of a vortex electric field, an induction current flows in an electrically conductive paper. Thus, in a vortex electric field, the circulation of the vector k along a closed curve is equal to the electromotive force arising in the conducting circuit
Figure 00000003
 matching this curve:

Figure 00000004
Figure 00000004

Из фиг.3 видно, что напряженность вихревого электрического поля

Figure 00000003
одинакова во всех точках замкнутого кругового контура L, а вектор
Figure 00000003
 направлен по касательной к окружности с центром в точке 0, и совпадает с вектором
Figure 00000005
 . Тогда циркуляция вектора
Figure 00000003
 по замкнутому контуру L.From figure 3 it is seen that the strength of the vortex electric field
Figure 00000003
 the same at all points of a closed circular contour L, and the vector
Figure 00000003
 is directed along the tangent to the circle centered at 0, and coincides with the vector
Figure 00000005
 . Then the circulation of the vector
Figure 00000003
 closed loop L.

Figure 00000006
Figure 00000006

Сопоставляя выражения (1) и (2) получим, что напряженность электрического поля на расстоянии R от оси соленоида 0 определяется по следующему выражению:Comparing expressions (1) and (2) we get that the electric field at a distance R from the axis of the solenoid 0 is determined by the following expression:

Figure 00000007
Figure 00000007

Зная величину Е в электропроводящей бумаге, можно вычислить плотность тока j, определяемую законом Ома в дифференциальной форме, j=σE, а также удельную мощность тока Pуд, определяемую законом Джоуля-Ленца в дифференциальной форме: Pуд=σЕ2, где σ - удельная электрическая проводимость электропроводящей бумаги.Knowing the value of E in electrically conductive paper, we can calculate the current density j, determined by Ohm's law in differential form, j = σE, as well as the specific current power P beats , determined by the Joule-Lenz law in differential form: P beats = σЕ 2 , where σ - electrical conductivity of electrically conductive paper.

Для изменяющегося по гармоническому закону электрического поля с частотой ν можно определить плотность тока смещения в электропроводящей бумаге jсм=2πνε0E, где ε0 - электрическая постоянная.For a varying harmonic law of an electric field with a frequency ν, it is possible to determine the bias current density in an electrically conductive paper j cm = 2πνε 0 E, where ε 0 is the electric constant.

Если использовать два одинарных зонда (фиг.3), один из которых установлен в произвольно выбранной «нулевой» точке (НТ), то можно построить несколько изопотенциальных линий (сплошные линии). Перемещая другой зонд (З) вокруг длинного соленоида по листу электропроводящей бумаги в одном направлении, будем наблюдать только увеличение потенциала и, обойдя вокруг длинного соленоида, обнаружим, что потенциал нулевой точки отличен от нуля. Так как в этом случае оба зонда касаются друг друга и соединительные провода образуют замкнутый виток, сцепленный с длинным соленоидом, то очевидно (фиг.4), что найденный потенциал будет равен циркуляции вектора

Figure 00000008
по контуру, окружающему отверстие в листе: φ=ε. При дальнейшем перемещении зонда в том же направлении характер изменения потенциала сохраняется, причем, соединительный провод навивается на длинный соленоид. Сделав два полных оборота, обнаружим в нулевой точке потенциал 2ε. Соединительные провода в этом случае образуют вторичную обмотку из двух витков и т.д. Обнаруживается неоднозначность потенциала.If you use two single probes (figure 3), one of which is installed at an arbitrarily selected "zero" point (NT), then you can build several isopotential lines (solid lines). Moving another probe (3) around a long solenoid along a sheet of electrically conductive paper in one direction, we will only observe an increase in potential and, going around a long solenoid, we find that the zero point potential is non-zero. Since in this case both probes touch each other and the connecting wires form a closed loop coupled to a long solenoid, it is obvious (Fig. 4) that the potential found will be equal to the circulation of the vector
Figure 00000008
 along the contour surrounding the hole in the sheet: φ = ε. With further movement of the probe in the same direction, the nature of the potential change is retained, moreover, the connecting wire is wound onto a long solenoid. Having made two full turns, we find the potential 2ε at the zero point. The connecting wires in this case form a secondary winding of two turns, etc. The ambiguity of the potential is detected.

Для устранения этой неоднозначности потенциала нужно провести условную перегородку в виде меридиональной линии ОА, жирной линии, берущей начало на оси длинного соленоида и уходящей в бесконечность (фиг.3), то его плоское вихревое электрическое поле можно описать с помощью однозначного потенциала. Приняв за ноль значение потенциала на одной стороне условной перегородки (φ=0, фиг.3) будем иметь на другой ее стороне максимальный потенциал, φmax=ε. Промежуточные значения потенциала φ определяется углом θ между соответствующей меридиональной линией и «нулевой» стороной условной перегородки: φ=εθ/2π. Изопотенциальные линии, проведенные с постоянным интервалом потенциала, образуют при пересечении с силовыми линями сетку потенциального поля.To eliminate this ambiguity of the potential, it is necessary to draw a conditional partition in the form of a meridional line of OA, a thick line originating on the axis of a long solenoid and going to infinity (Fig. 3), then its flat vortex electric field can be described using a unique potential. Taking the value of potential on zero on one side of the conditional partition (φ = 0, Fig. 3) we will have the maximum potential on its other side, φ max = ε. The intermediate values of the potential φ are determined by the angle θ between the corresponding meridional line and the “zero” side of the conditional partition: φ = εθ / 2π. Isopotential lines drawn with a constant interval of potential form a grid of the potential field when they intersect with force lines.

На предлагаемой установке циркуляция вектора

Figure 00000009
определяем численным методом для разнообразных контуров обхода и сравниваем с циркуляцией вектора
Figure 00000010
 , полученной по точной формуле (1). Получим приближенную формулу для определения циркуляции вектора
Figure 00000010
 . В точке А (фиг.5) контура обхода L вектор
Figure 00000010
 направлен по касательной к силовой линии (пунктирная линия). Вектор контура
Figure 00000011
 направлен из точки А по направлению обхода контура L, тогда циркуляция вектора
Figure 00000010
 :At the proposed installation, vector circulation
Figure 00000009
 determined by a numerical method for a variety of bypass circuits and compared with the circulation of the vector
Figure 00000010
 obtained by the exact formula (1). We obtain an approximate formula for determining the circulation of the vector
Figure 00000010
 . At point A (figure 5) of the loop circuit L vector
Figure 00000010
 directed tangentially to the power line (dashed line). Outline vector
Figure 00000011
 is directed from point A in the direction of bypassing the contour L, then the circulation of the vector
Figure 00000010
 :

Figure 00000012
Figure 00000012

где El=Ecosα - проекция вектора

Figure 00000010
на направление вектора
Figure 00000013
 α - угол между векторами
Figure 00000010
 и
Figure 00000014
 Проекция вектора
Figure 00000010
 на направление
Figure 00000015
 определяется по следующей формуле:where E l = Ecosα is the projection of the vector
Figure 00000010
 to the direction of the vector
Figure 00000013
 α is the angle between the vectors
Figure 00000010
 and
Figure 00000014
 Vector projection
Figure 00000010
 to direction
Figure 00000015
 determined by the following formula:

Figure 00000016
Figure 00000016

Перемещаясь в электрическом поле по замкнутому контуру L на одной части контура угол α≤90º, тогда проекция El будет положительной, а на другой части контура L при угле α>90º, проекция El будет отрицательной. Поэтому в формуле (5) знак минус можно опустить. Подставляя формулу (5) в выражение (4), получим:Moving in an electric field along a closed circuit L on one part of the circuit, the angle α≤90º, then the projection E l will be positive, and on the other part of the circuit L at an angle α> 90º, the projection E l will be negative. Therefore, in the formula (5), the minus sign can be omitted. Substituting the formula (5) in the expression (4), we obtain:

Figure 00000017
Figure 00000017

Для определения циркуляции вектора

Figure 00000010
численным методом заменим точную формулу (6) ее приближением:To determine the circulation of the vector
Figure 00000010
 by the numerical method we replace the exact formula (6) by its approximation:

Figure 00000018
Figure 00000018

где ∆φi - разность потенциалов между соседними точками: i=1, 2, …, N.where ∆φ i is the potential difference between neighboring points: i = 1, 2, ..., N.

Таким образом, для определения циркуляции вектора

Figure 00000010
численным методом необходимо измерить в N точках произвольного контура L потенциалы φi. Затем вычислить разности потенциалов между соседними точками и подставить их в формулу (7).Thus, to determine the circulation of the vector
Figure 00000010
 numerically, it is necessary to measure the potentials φ i at N points of an arbitrary circuit L. Then, calculate the potential differences between neighboring points and substitute them into formula (7).

Для определения циркуляции вектора Е вихревого электрического поля численным методом по приближенной формуле (7) применяем заранее изготовленный, набор разнообразных лекал 5 из диэлектрика (например, из картона) с отверстием равным радиусу r длинного соленоида и криволинейными кромками, имитирующими разнообразные замкнутые контуры обхода L (фиг.2). Замкнутый контур лекал может либо охватывать длинный соленоид 1, либо не охватывать его.To determine the circulation of the vortex electric field vector E by the numerical method using the approximate formula (7), we use a pre-made, a set of various patterns 5 made of a dielectric (e.g., cardboard) with an opening equal to the radius r of a long solenoid and curved edges that simulate various closed loop circuits L ( figure 2). The closed contour of the patterns can either cover the long solenoid 1, or not cover it.

Рассмотрим, как изготавливаются лекала для первого случая, когда контур L охватывает длинный соленоид. Пусть необходимо сделать N точек на контуре обхода L (фиг.6), тогда окружность вокруг отверстия в лекале делим на N равных углов θ. От центра отверстия проводим N радиальных линий до пересечения с контуром L и делаем цифровую разметку. Далее тонкую пластину из диэлектрика обрезаем по контуру обхода L или в полученных точках делаем отверстия для того, чтобы зондом 10 можно было касаться листа электропроводящей бумаги 4. Разность потенциалов ∆φi между соседними точками определяем по следующим формулам: ∆φ1=φ1; ∆φi=φi-φi-1; i=2, 3, …, N. Затем подставляем их в формулу (7).Consider how the patterns are made for the first case, when the circuit L covers a long solenoid. Let it be necessary to make N points on the bypass path L (Fig. 6), then divide the circle around the hole in the pattern by N equal angles θ. From the center of the hole, draw N radial lines to the intersection with the contour L and make digital markings. Next, we cut off a thin dielectric plate along the bypass path L or make holes in the points obtained so that the probe 10 can touch a sheet of electrically conductive paper 4. The potential difference ∆φ i between adjacent points is determined by the following formulas: ∆φ 1 = φ 1 ; Δφ i = φ i -φ i-1 ; i = 2, 3, ..., N. Then we substitute them into the formula (7).

Если контур обхода L не охватывает длинный соленоид, то лекала изготовляются следующим образом. Пусть необходимо сделать N точек на контуре обхода L (фиг.7), тогда изображаем угол θB, под которым виден контур обхода L с центра отверстия в лекале. Делим угол θB на N/2 равных углов θ. От центра отверстия проводим (N/2+1) радиальных линий до пересечения с контуром L и делаем цифровую разметку. Разности потенциалов ∆φi между соседними точками определяем в этом случае по следующим формулам: ∆φ1=φ1-φN; ∆φi=φi-φi-1; i=2, 3, …, N. Затем подставляем их в формулу (7).If the bypass circuit L does not cover a long solenoid, then the patterns are made as follows. Let it be necessary to make N points on the bypass path L (Fig. 7), then we depict the angle θ B at which the bypass contour L is visible from the center of the hole in the pattern. Divide the angle θ B by N / 2 equal angles θ. From the center of the hole, draw (N / 2 + 1) radial lines to the intersection with the contour L and make digital markings. The potential differences Δφ i between neighboring points are determined in this case by the following formulas: Δφ 1 = φ 1 -φ N ; Δφ i = φ i -φ i-1 ; i = 2, 3, ..., N. Then we substitute them into the formula (7).

Рассмотрим работу предлагаемой установки для исследования вихревого электрического поля (фиг.2). Она содержит длинный соленоид 1, установленный перпендикулярно в центре планшета 2 таким образом, что первая половина его находится над планшетом, а другая половина - под ним. Обмотка длинного соленоида 1 соединена с выходными клеммами генератора гармонического напряжения 3. По гармоническому закону будет изменяться магнитное поле в длинном соленоиде 1, которое, в свою очередь, возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. Индикатором этого поля является лист электропроводящей бумаги 4, уложенный на планшете 2, а через отверстие в нем проходит длинный соленоид 1.Consider the work of the proposed installation for the study of a vortex electric field (figure 2). It contains a long solenoid 1 mounted perpendicularly in the center of the tablet 2 in such a way that the first half is above the tablet and the other half is below it. The winding of the long solenoid 1 is connected to the output terminals of the harmonic voltage generator 3. According to the harmonic law, the magnetic field in the long solenoid 1 will change, which, in turn, excites a vortex electric field in the surrounding space. An indicator of this field is a sheet of electrically conductive paper 4, laid on the tablet 2, and a long solenoid 1 passes through the hole in it.

В состав предлагаемой установки входит набор разнообразных лекал из диэлектрика с отверстиями и криволинейными кромками с разметкой 5. Эти лекала моделируют различные замкнутые контуры L на листе электропроводящей бумаги 4.The composition of the proposed installation includes a set of various patterns of a dielectric with holes and curved edges with a marking 5. These patterns model various closed contours L on a sheet of electrically conductive paper 4.

Используемое из набора лекало 6 может быть насажено через его отверстие на длинный соленоид 1 и уложено на лист электропроводящей бумаги 4. Замкнутый контур используемого из набора лекала 6 может либо охватывать длинный соленоид 1, либо не охватывать его. Для того чтобы используемое из набора лекало 6 не смещалось во время эксперимента, применяем фиксатор положения используемого лекала 7.The pattern 6 used from the kit can be planted through its hole on the long solenoid 1 and laid on a sheet of electrically conductive paper 4. The closed loop of the pattern 6 used from the kit can either cover the long solenoid 1 or not. In order that the pattern 6 used from the set does not move during the experiment, we use the position lock of the used pattern 7.

Индикатором вихревого электрического поля на предлагаемой установке является также индикаторная катушка 8. Она расположена под планшетом 1, а витки ее охватывают длинный соленоид 1. Циркуляция вектора

Figure 00000010
вихревого электрического поля по замкнутому контуру L равна ЭДС электромагнитной индукции, наведенной в одном витке, и определяется по точной формуле (1). Несколько витков в индикаторной катушке позволяет получить усредненное, более точное значение ЭДС в одном витке. Измерение ЭДС, наведенной в индикаторной катушке 8, осуществляем с помощью вольтметра с большим входным сопротивлением 9.An indicator of the vortex electric field in the proposed installation is also an indicator coil 8. It is located under the tablet 1, and its turns are covered by a long solenoid 1. Vector circulation
Figure 00000010
 a vortex electric field in a closed circuit L is equal to the EMF of electromagnetic induction induced in one turn, and is determined by the exact formula (1). Several turns in the indicator coil allows you to get an average, more accurate value of the EMF in one turn. The measurement of the EMF induced in the indicator coil 8 is carried out using a voltmeter with a large input impedance 9.

При эксперименте используем численный метод определения циркуляции вектора

Figure 00000010
по приближенной формуле (7). Для этого в окрестности точек на используемом из набора лекале 6 с помощью зонда 10 и вольтметра с большим входным сопротивлением 9 определяем на листе электропроводящей бумаги 4 потенциалы φi; i=1, 2, …, N. Замкнутая цепь, в которую включен вольтметр 9, обеспечивается неподвижным контактом 11. Он закреплен на листе электропроводящей бумаги 4, соединен с первым выводом индикаторной катушки 8 и вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением 9.In the experiment, we use a numerical method for determining the circulation of the vector
Figure 00000010
 by the approximate formula (7). To do this, in the vicinity of the points on the curve 6 used from the set, using the probe 10 and a voltmeter with a large input resistance 9, we determine the potentials φ i on a sheet of electrically conductive paper 4; i = 1, 2, ..., N. The closed circuit, in which the voltmeter 9 is connected, is provided by a fixed contact 11. It is mounted on a sheet of electrically conductive paper 4, connected to the first output of the indicator coil 8 and the second input of the voltmeter with a large input resistance 9.

Переключение вольтметра с большим входным сопротивлением 9 с индикаторной катушки 8 на зонд 10 осуществляем переключателем на два положения 12, общий контакт которого соединен с первым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением 9. Первый контакт переключателя 12 соединен с зондом 10, а второй контакт переключателя - со вторым выводом индикаторной катушки 8.Switching the voltmeter with a large input resistance 9 from the indicator coil 8 to the probe 10 is carried out by a switch to two positions 12, the common contact of which is connected to the first input of the voltmeter with a large input resistance 9. The first contact of the switch 12 is connected to the probe 10, and the second contact of the switch to the second output of the indicator coil 8.

Выберем из набора разнообразных лекал 5 лекало с контуром L в виде окружности. Установим переключатель 12 в первое положение (зонд-«3»), тогда вольтметр с большим входным сопротивлением 9 подключается к неподвижному контакту 11 и зонду 10. Прикасаясь зондом 10 в окрестности обозначенных точек кругового контура, измеряем потенциалы φi; i=1, 2, …, N и строим на документальном листе бумаги эквипотенциальные линии (сплошные линии). Перемещая зонд 10 по всем точкам кругового контура, убеждаемся в возрастании потенциала. В положении зонда 10, как показано на фиг.4, измеряем вольтметром с большим сопротивлением 9 величину ЭДС, наводимую в одном витке. Это и есть циркуляция вектора

Figure 00000019
, определяемая по точной формуле (1). По формуле (3) определяем напряженность электрического поля и строим на том же документальном листе бумаги силовые линии (пунктирные линии).From the set of various patterns, we select 5 patterns with the contour L in the form of a circle. We set the switch 12 to the first position (probe “3”), then a voltmeter with a large input resistance 9 is connected to the fixed contact 11 and the probe 10. Touching the probe 10 in the vicinity of the indicated points of the circular loop, we measure the potentials φ i ; i = 1, 2, ..., N and build equipotential lines (solid lines) on the document sheet of paper. By moving the probe 10 over all points of the circular contour, we are convinced of the increase in potential. In the position of the probe 10, as shown in figure 4, we measure with a voltmeter with high resistance 9 the magnitude of the emf induced in one turn. This is the circulation of the vector
Figure 00000019
 determined by the exact formula (1). Using the formula (3), we determine the electric field strength and build power lines (dashed lines) on the same document sheet of paper.

В первом положении переключателя на два положения 12 (зонд-«3») определяем численным методом по формуле (7) циркуляцию вектора Е по различным контурам охватывающим и не охватывающим длинный соленоид.In the first position of the switch to two positions 12 (probe “3”), we determine by numerical method according to formula (7) the circulation of the vector E along various contours covering and not covering a long solenoid.

Во втором положении переключателя на два положения 12 (индикаторная катушка - «ИК») вольтметр с большим входным сопротивлением 9 подключается к индикаторной катушке 8, на которой определяется значение ЭДС, индуцируемая в со витках. Результат разделим на со витков получим усредненное, более точное значение циркуляции вектора

Figure 00000020
вдоль произвольного контура L, охватываемому длинный соленоид. Сравним результаты циркуляции вектора
Figure 00000021
 , полученные по приближенной и точной формулам.In the second position of the switch to two positions 12 (the indicator coil is “IR”), a voltmeter with a large input resistance 9 is connected to the indicator coil 8, on which the EMF value induced in the coils is determined. We divide the result into coils to obtain an averaged, more accurate value of the vector circulation
Figure 00000020
 along an arbitrary contour L, covered by a long solenoid. Compare the results of vector circulation
Figure 00000021
 obtained by approximate and exact formulas.

Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки заключается в том, что она обеспечивает повышение качества усвоения обучающими основных законов и явлений физики.The technical and economic efficiency of the proposed installation is that it provides an improvement in the quality of assimilation by the students 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 работах по электричеству.The proposed installation is implemented at the Department of Physics A.F. Mozhaysky and is used in the educational process for laboratory work on electricity.

Claims (1)

Установка для исследования вихревого электрического поля, содержащая вольтметр с большим входным сопротивлением, планшет, генератор гармонического напряжения и длинный соленоид, установленный перпендикулярно в центре планшета таким образом, что первая половина его находится над планшетом, а другая половина - под ним, и обмотка которого соединена с выходными клеммами генератора гармонического напряжения, отличающаяся тем, что в нее введены лист электропроводящей бумаги, уложенный на планшете, а через отверстие в нем проходит длинный соленоид, набор разнообразных лекал из диэлектрика с отверстиями и криволинейными кромками, причем, используемое лекало из набора лекал через его отверстие насажено на длинный соленоид и уложено на лист электропроводящей бумаги, фиксатор положения используемого лекала, переключатель на два положения, общий контакт которого соединен с первым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением, неподвижный контакт, закрепленный на листе электропроводящей бумаги, и который соединен со вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением, зонд, соединенный с первым контактом переключателя на два положения, индикаторная катушка, витки которой охватывают длинный соленоид под планшетом, первый вывод ее соединен со вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением, а второй вывод - со вторым контактом переключателя на два положения. Installation for the study of a vortex electric field, containing a voltmeter with a large input impedance, a tablet, a harmonic voltage generator and a long solenoid mounted perpendicularly in the center of the tablet so that the first half is above the tablet and the other half is below it, and the winding of which is connected with the output terminals of the harmonic voltage generator, characterized in that a sheet of conductive paper laid on the tablet is inserted into it, and a long Lenoid, a set of various patterns from a dielectric with holes and curved edges, moreover, the used pattern from the set of patterns through its hole is planted on a long solenoid and laid on a sheet of electrically conductive paper, the position lock of the used pattern, a two-position switch, the common contact of which is connected to the first the input of the voltmeter with a large input resistance, a fixed contact fixed to a sheet of electrically conductive paper, and which is connected to the second input of the voltmeter with a large input resistance method, a probe connected to the first contact of the two-position switch, an indicator coil, the turns of which cover a long solenoid under the tablet, its first output is connected to the second input of the voltmeter with a large input resistance, and the second output to the second contact of the switch to two positions.
RU2012114978/12A 2012-04-16 2012-04-16 Apparatus for investigating eddy electric field RU2504016C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114978/12A RU2504016C2 (en) 2012-04-16 2012-04-16 Apparatus for investigating eddy electric field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012114978/12A RU2504016C2 (en) 2012-04-16 2012-04-16 Apparatus for investigating eddy electric field

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012114978A RU2012114978A (en) 2013-10-27
RU2504016C2 true RU2504016C2 (en) 2014-01-10

Family

ID=49446166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012114978/12A RU2504016C2 (en) 2012-04-16 2012-04-16 Apparatus for investigating eddy electric field

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2504016C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103996339A (en) * 2014-06-15 2014-08-20 陈健 Current-carrying solenoid magnetism presentation device
RU2621599C1 (en) * 2016-01-27 2017-06-06 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Installation for investigation of electric capasity of conductors on the model made of electric conducting paper
RU2642129C2 (en) * 2016-01-11 2018-01-25 Олег Фёдорович Меньших Device for investigating electric curl field

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1763190A1 (en) * 1968-04-19 1971-07-29 Elastomer Ag Electromechanical or mechanical-electrical converter element
FR2697657A1 (en) * 1992-10-30 1994-05-06 Despres Jean Albert flexible objects such as documents identification device - uses markings on flexible insert in ink which contains material opaque to X rays
RU2133505C1 (en) * 1998-04-17 1999-07-20 Военный инженерно-космический университет им.А.Ф.Можайского Training aid for physics
RU2269823C1 (en) * 2004-10-11 2006-02-10 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Installation for testing vorticity electric field
RU2308095C1 (en) * 2006-05-29 2007-10-10 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Device for researching loading characteristics of a current supply

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1763190A1 (en) * 1968-04-19 1971-07-29 Elastomer Ag Electromechanical or mechanical-electrical converter element
FR2697657A1 (en) * 1992-10-30 1994-05-06 Despres Jean Albert flexible objects such as documents identification device - uses markings on flexible insert in ink which contains material opaque to X rays
RU2133505C1 (en) * 1998-04-17 1999-07-20 Военный инженерно-космический университет им.А.Ф.Можайского Training aid for physics
RU2269823C1 (en) * 2004-10-11 2006-02-10 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Installation for testing vorticity electric field
RU2308095C1 (en) * 2006-05-29 2007-10-10 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Device for researching loading characteristics of a current supply

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103996339A (en) * 2014-06-15 2014-08-20 陈健 Current-carrying solenoid magnetism presentation device
RU2642129C2 (en) * 2016-01-11 2018-01-25 Олег Фёдорович Меньших Device for investigating electric curl field
RU2621599C1 (en) * 2016-01-27 2017-06-06 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Installation for investigation of electric capasity of conductors on the model made of electric conducting paper

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012114978A (en) 2013-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3764897A (en) Electromagnetic thickness gauging using a transmitting coil shaped to provide a constant field over a range of measuring distances
RU2504016C2 (en) Apparatus for investigating eddy electric field
Kletsel et al. About the Biot-Savart-Laplace law and its use for calculations in high-voltage AC installations
RU2284581C1 (en) Device for researching stationary electric field
US8922193B2 (en) Current meter
CN105301549B (en) A kind of method and system for testing current transformer magnetic screen using three-dimensional magnetic field
RU2479868C1 (en) Plant for investigation of stationary electric field
RU2507591C1 (en) Apparatus for investigating passive elements of electric circuits
RU2308095C1 (en) Device for researching loading characteristics of a current supply
RU2269823C1 (en) Installation for testing vorticity electric field
Marracci et al. Study and characterization of a Rogowski coil with superparamagnetic magnetite core
RU2357295C1 (en) Device for investigating magnetic field of rectangular contour with current
RU2292601C1 (en) Installation for studying an electromagnetic field
Kolomeytsev et al. The Fluxgate Magnetometer Simulation in Comsol Multiphysics
Chen et al. A novel adaptive filter for accurate measurement of current with magnetic sensor array
RU2210815C2 (en) Practice device to study electromagnetic field
RU2644099C1 (en) Installation for solving fourth maxwell's equation
RU175142U1 (en) DEVICE FOR STUDYING ELECTROMAGNETIC FIELD
RU2273056C1 (en) Plant for studying field of electric and magnetic dipoles
RU2644098C2 (en) Installation for solving third maxwell equation
RU2285960C1 (en) Training device for demonstration of second maxwell equation
RU2303295C1 (en) Device for studying vortex electric field in magnetic medium
RU2292602C1 (en) Device for definition of circulation of vector voltage of a magnetic field
EP1624313A1 (en) Method and apparatus for measuring electric currents in conductors
RU160149U1 (en) MAGNETIC FIELD SENSOR

Legal Events

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

Effective date: 20140417