Демонстрационный прибор по физике Советский патент 1987 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относитея к учебному обо- рудор анию при обучении по курсу общей физики и основам электротехники.

Це;1ью изобретения является расширение дидактических возможностей за счет демонстрации тока сменления диэлектриков.

На . 1 изображена схема предлагаемого прибора; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Устройство содержит генератор 1 переменного тока, конденсатор 2, катушку соленоида 3 с магнитопроводом 4, электродви- 1 атель 5 с регулируемым числом оборотов, па оси которого насажено колесо 6 с ди- э,: ектрическим ободом 7, который пересекает нри вращении воздуишый зазор магпито- нровода 4, в месте пересечения установлены металлические электроды 8 и 9 параллельно цилиндрическим поверхностям обода с зазорами относительно их, размеры электродов 8 и 9 избраны так, что они при.мер- но равны ширине обода колеса в направлении, параллельно оси кодеса, а в направле- пип врапсепия Ko;ieca размеры их примерно равны пшрине воздушного зазора магнито- нровода 4. Электроды 8 и 9 образуют измерительный конденсатор. Таким образом, воз- ДУ1ПНЫЙ промежуток магнитопровода 4 с электродами 8 и 9 образует рабочее пространство устройства, в котором создаются скрен1еппые электрические и магнитные поля и в котором движется диэлектрик (. 1,иэ; ектрический обод 7 ко.теса) в паправле- пии, перпендикулярном напряженностям эл.ектрического и магнитного полей. Электроды 8 и 9 подключены к первичной обмотке трансформатора 10, вторичная обмотка кото- poi o соединена с входом вольтметра 11 и из- мерите.тя 12 мощности.

Устройство работает следующим образ.ом. Гепера 1 ор 1 переменного тока, катушка солеиоида 3 с магпитопроводом 4 создают в воздушном промежутке магнитопроводов ( I .e. в рабочем пространстве устройства) переменное магнитное поле. Копдепсатор 2 не- обхОл1,им д, 1Я согласования выходного сопро- 1 ивлеп1 я | еиератора I перемепного тока с | 1 дуктивпым сопротивлением солепопда 3. При движепии обода 7 колеса в направлении, перпендикулярном магнитной ипдукции в рабочем прострапстве прибора, в диэлектрике индуктируется электрическое поле. Это поле присутствует то,лько в движу П1ейея системе отсчета, опо обусловлено законом электромагнитной ипдукции для двуижущих- ся систем отсчета.

Е (V, ).(1)

Электрическое поле {) в лабораторной системе отсчета отсутствует, однако оно нрисут- ствует в системе отсчета, связанной с движущимся диэ, 1ектриком, и поляризует диэлектрик. Поляризованный диэлектрик еоздает в рабочем пространстве прибора вторичное электрическое ноле, потенциал которого может быть определен по формуле

(

Г.1

(2)

где г -

5

0

5

радиуе-вектор точки, в которой потенциал определяется; 7j7 - радиус-вектор точки - центра объема интегрирования dV;

V - объем диэлектрика, находящегося в данный момент времени в рабочем

пространстве устройства,

Р -поляризации диэлектрика

Р(е-)Е,(3)

где е - диэлектрическая проницаемость.

Из (1), (2) и (3) получается следующее выражение для потенциала электрического ноля

f V, В1-(-:пО Ф (4)

5

При этом нужно учесть, что расстояние h между электродами не больше, чем длина каждого из них вдоль нанравления движения диэлектрика или ширина поперек направления движепия. В результате для разности потенциалов Л Ф на электродах 8 и 9 получается следуюпдее приближенное выражение:

) VBh .

A-if

(5)

Эта разность потенциалов для электрической цепи, в которую включены электро- Q ды 8 и 9, трансформатор 10, вольтметр 11 и измеритель 12 мопи-юсти, представляет собой внешнюю электродвижуп1ую силу

Е Дтр .

Таким образом, примепепие предлагаемого изобретения обеспечивает возможс ность проведения лекционной демонстрации, а именно показ зависимости ЭДС электромагнитной индукции от скорости движения диэлектрика (движущейся ИСО) путем изменения числа оборотов электродвигателя, нри этом обеснечивается также возможность

0 нроведения демонстрации в форме лекционного экснеримента.

Формула изобретения

.J- Демонстрационный прибор по физике, содержащий генератор переменного тока, выход которого подсоединен к катушке индуктивности с маг нитоцроводом, чувствительный элемент, размещенный у магнито- провода и электрически связанный с блоQ ком регистрации, отличающийся тем, что, е целью расширения дидактических возможностей за счет демонстрации тока смещения диэлектрика, оно содержит электродвигатель с размепхенным на его валу колесом, обод которого выполнен из диэлектри5 ка, чувствите.льный элемент выполнен в виде двух металлических пластин, а блок регистрации включает трапсформатор, к вторичной обмотке которого подсоединены вольтметр и

ваттметр, причем магнитопровод имеет С-образную форму, в зазоре которого размещен обод колеса, а металлические пластины размещены с внутренней и внепше; стороны обода колеса с зазором и соединены с первичной обмоткой трансформатора.

ВиЬ А

Изобретение относится к учебному оборудованию и позволяет расширить дидактические возможности за счет демонстрации тока смещения диэлектрика. Генератор 1 катушки соленоида 3 с магнитоириводом 4 создает переменное магнитное поле. При движении обода 7 колеса в направлении, перпендикулярном магнитной индукции, в рабочем пространстве прибора в диэлектрике индуктируется электрическое поле. Ток в конденсаторе, который образуется пластинками 8 и 9 и регистрируется индикатором, будет током смеп1.ения диэлектрика. 2 ил. 10 сл со 4; со Oi ОО

Фи.2