УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ Российский патент 1994 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к наглядным учебным приборам для лабораторных работ по электричеству и может быть использовано в учебных целях в лабораторном практикуме при исследовании сущности электростатической фокусировки.

Известна установка с вибрирующим зондом МНТ-В3, в которой используется метод наведенного тока, суть которого состоит в использовании пропорциональности между величиной наведенного тока, возникающего при движении заряженного тела относительно системы электродов и распределением фиктивного поля электродов вдоль линии движения этого тела. Установка МНТ-В3 удобна для моделирования объемных статических полей в однородной среде. Однако для исследования в учебных лабораториях электpостатического поля, используемого для электростатической фокусировки, применение установки МНТ-В3 не является целесообразным вследствие сложности аппаратуры, используемой в установке, а также из-за больших затруднений, возникающих при задании любых значений фиктивных потенциалов: в данной установке возможно (вследствие ограниченности формулировки теоремы Шокли-Рамо) использование только определенных значений фиктивных потенциалов электродов (+1 и 0), в то время как для исследования реального электростатического поля необходимо задание любых значений фиктивных потенциалов. Таким образом, установка МНТ-В3 не обеспечивает необходимой наглядности при исследовании электростатического поля в учебных лабораториях.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому учебному прибору для исследования электрического поля при электростатической фокусировке является учебная установка для исследования междуэлектродных статических полей (Ванна с пантографом) ФП-9, серийно выпускаемая экспериментально-производственным предприятием Карагандинского политехнического института, выбранная в качестве прототипа. Установка ФП-9 состоит из ванны, наполняемой жидкостью низкой проводимости, в которой помещается система электродов. Ванна имеет установочные винты, с помощью которых устанавливают одинаковую толщину слоя жидкости в сосуде. Укрепленные электроды служат для создания электростатического поля, щуры - для нахождения точек равного потенциала. К электродам подводится переменная разность потенциалов со звукового генератора. Измерения проводятся следующим образом: со звукового генератора подается напряжения 10-15 В частотой 1100 Гц, при этом щупы, связанные с телефоном и вольтметром, прижимаются к электродам. Оставив один щуп на электроде, второй перемещают вдоль оси Х и отмечают точки, отличающиеся на постоянную величину по напряжению. Затем вводят вертикально в жидкость один из щупов в одну из намеченных точек, а другой перемещают в направлении оси Y, ставя его так же нормально и находят (по минимуму звукового сигнала в телефонах) точки, эквипотенциальные с точкой, отмеченной на оси Х. Однако в установке ФП-9 используются в качестве электродов лишь плоские металлические пластинки, металлические кольцевые пластинки с вырезом и металлические шарики, имитирующие точечные электроды. Эти вышеперечисленные электроды не могут быть использованы для создания и исследования электрического поля в электролитической ванне, которое используется для электростатической фокусировки, так как электростатические поля, создаваемые с помощью этих электродов, не способны сфокусировать поток электронов, попадающий в поле, создаваемое ими.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей учебной установки ФП-9 за счет создания возможности исследования в учебных целях в условиях лабараторного практикума электростатического поля, используемого для электростатической фокусировки за счет применения электродов специальной, предложенной авторами формы.

Для достижения поставленной цели в установке ФП-9 делаются два электрода, которые представляют собой осевое сечение цилиндров (фиг. 1,2). Посередине плоских металлических пластин 2 и 3 сделаны отверстия, через которые пропускается стержень 5, концы которого имеют нарезку. При помощи гаек 1 пластины 2 и 3 крепятся к стержню 5. Благодаря нарезке на стержне 5 расстояние между пластинами 2 и 3 можно изменять. К стеpжню 5 припаяна металлическая пластина 4, которая присоединяется к электроду электролитической ванны. Эквипотенциальные линии наносятся таким же способом, как и в установке ФП-9. По эквипотенциальным линиям строятся силовые линии. Электрическое поле исследуют в зависимости от приложенного напряжения, расстояния между пластинами и расстояния между электродами. На фиг. 2 показаны пунктиром эквипотенциальные линии, а сплошной линией - силовые линии. Таким образом, очевидно, что именно электроды предлагаемой формы создают электрическое поле, конфигурация которого (фиг. 2) позволяет сфокусировать расходящийся пучок электронов, попадающий в данное поле. Следовательно, предлагаемый учебный прибор за счет использования электродов специальной формы позволяет в учебных целях в условиях лабораторного практикума получить и исследовать электрическое поле, используемое для электростатической фокусировки, тем самым увеличивается наглядность и расширяются дидактические возможности учебной установки ФП-9, т. е. указанные отличия являются существенными, так как они не известны ни в аналогичных технических решениях, ни в прототипе и обеспечивают положительный эффект. (56) Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л. Л. Гольдина, М. , Наука, 1973, с. 218-224.

Изобретение относится к наглядным учебным приборам для лабораторных работ по электричеству и может быть использовано в учебных целях в лабораторном практикуме. Цель изобретения - обеспечение необходимой наглядности с помощью предлагаемого устройства при исследовании электростатического поля, используемого для электростатической фокусировки. Для этого используется пара электродных систем, каждая из которых состоит из двух плоских металлических пластин, соединенных между собой металлическим стержнем с нарезкой. Стержень в электростатической ванне распологается выше поверхности жидкости. С помощью данной пары электродных систем создается электрическое поле, конфигурация которого позволяет сфокусировать расходящийся пучок электронов, попадающий в данное поле. 2 ил.

УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, содержащий ванну с низкопроводящей жидкостью, звуковой генератор, щупы, связанные с телефоном и вольтметром, и электроды, отличающийся тем, что каждый электрод состоит из двух плоских металлических пластин, соединенных между собой металлическим стержнем с винтовой нарезкой.