Прибор для демонстрации точки Кюри ферромагнетиков Советский патент 1992 года по МПК G09B23/18 

1

(21)4873974/12 (22)16.10.90 (46)30.10.92. Бюл. № 40

(71)Харьковский политехнический институт им. 8. И. Ленина

(72)А. К. Кульчицкая, В. В, Ушаков и С, В. Очеретяный

(56) Козлов В. И. Общий физический практикум. Электричество и магнетизм. М., 1987, с. 132-133.

(54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ТОЧКИ КЮРИ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ (57) Сущность изобретения: устройство содержит колебательные контуры 1, 2, осциллограф 3, трансформатор 4 сетевого напряжения, диоды 5, 6, ферромагнетик 7. 2 ил.

Фиг./

vj XI Ю 00

««

о

Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике.

Известен прибор для демонстрации точки Кюри ферромагнетиков, содержащий осциллограф, трансформатор сетевого напряжения, катушки индуктивности и ферромагнетик.

Недостатками известного устройства являются невысокие дидактические возможности.

Целью настоящего изобретения является расширение дидактических возможностей,

На фиг, 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 а, б - осциллограммы, поясняющие принцип его действия.

Устройство содержит рабочий колебательный контур 1, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора Ci, настроечный колебательный контур 2, состоящий из катушки индуктивности La и конденсатора С2, осциллограф 3, трансформатор 4 сетевого напряжения, два диода 5 и 6, а также демонстрируемый ферромагнетик 7 с термопарой (не показана). На фиг. 1 приведен основной вариант коммутации входов осциллографа с колебательными контурами 1 и 2: контур 1 (точки а и Ь) коммутирует с вертикальным входом осциллографа, а контур 2 (точки с и d) - с горизонтальным. Одноименные электроды диодов 5 и 6 соединены соответственно с первым выводом вторичной обмотки трансформатора и первыми выводами колебательных контуров 1 и 2. Питание устройства может осуществляться как от электросети, так и от генератора синусоидальных сигналов звукового диапазона частот.

В начальном состоянии ферромагнетик 7 должен находиться за пределами катушки U

Устройство работает следующим образом.

В течение каждого положительного полупериода синусоидального напряжения на трансформаторе 4 диоды 5 и 6 пропускают ток в колебательные контуры 1 и 2, при этом напряжения на конденсаторах Ci и Cz изменяются синфазно, и, за вычетом незначительного падения напряжения на диодах 5 и 6, адекватны напряжению на вторичной обмотке трансформатора. Поэтому в течение положительного полупериода электронный луч описывает на экране прямую в первом квадранте, независимо от параметров L, С обоих контуров.

В конце положительно о полупериода (фиг. 2а), когда токи смещения Cdy/dt в конденсаторах Ci и С2 и токи в катушках 1 и L.2 достигают экстремального значения, диоды

5 и 6 запираются и автоматически отключают от трансформатора 4 колебательные контуры 1-2. За счет запасенной энергии магнитного поля в катушках Li, реализуются собственные затухающие колебания напряжения на конденсаторах Ci и Са в отрицательный полупериод сетевого напряжения. Эти колебания можно демонстрировать совместно на экране двух0 лучевого осциллографа, изменяя частоту генератора синусоидальных сигналов.

Для подготовки и настройки прибора к работе необходимо добиваться синфазно- сти колебаний в контурах 1 и 2 в течение

5 всего периода сетевого напряжения, что достигается варьированием емкости С2 и индуктивности в настроечном контуре 2. Критерием правильной настройки может служить любое из трех изображений на эк0 ране осциллографа.

5 перпендикулярных синфазных колебаний).

двухлучевому осциллографу кривые сливаются в одну.

После настройки прибора, в катушку Li рабочего контура вводят нагретый испыты5 Баемый образец. Если температура образца окажется выше точки Кюри, изображение на экране осциллографа не изменится, т. к. образец в парамагнитном состоянии обладает малой магнитной проницаемостью, и поэтому ин0 дуктивность рабочего контура 1 остается практически неизменной, По мере остывания образца его температура приближается к точке Кюри, и с момента ее достижения происходит быстрое увеличение магнитной

5 проницаемости до значений 103+105 Вследствие увеличения индуктивности рабочего контура 1 осцилляции напряжений в контурах 1 и 2 имеют характер, показанный на фиг. 2а. Это обстоятельство приводит к рез0 кому изменению изображения на экране осциллографа в зависимости от способа его подключения к схеме.

Если вертикальный вход осциллографа подключить к точкам а-с, и на горизонтально отклоняющие пластины подать напряжение генератора развертки, на экране возникает типичная картина биений, показанная на фиг.26.

В любом из трех способов точка Кюри определяется по термопарному термомет- РУ.

Кроме описанной возможны и другие методики демонстрации точки Кюри с помощью предлагаемого прибора (нагревание образца непосредственно в катушке LI, введение компенсационного ферромагнетика в катушку г и т. д.).

Преимущество заявляемого прибора с прототипом состоит в том, что для демонстрации фазового перехода пригодны образцы произвольной формы и малого объема (стержни, пластинки, куски ферромагнетиков). Это объясняется тем, что образец вводится только в одну из катушек, причем для реализации биении требуется незначительное изменение индуктивности рабочего ко- лебательного контура. Куски ферромагнетиков удобно, например, нагревать предварительно в пламени горелки, что невозможно использовать для прототипа.

Второе преимущество - расширенные функциональные и дидактические возможности при изучении электромагнетизма и колебательных процессов (затухающие и вынужденные колебания, сложение колебаний, биения и т. д.) на простом и легко изготавливаемом устройстве. В частности, переход к прототипу осуществляется отключением диодов 5 и 6. введением двух резисторов в колебательные контуры 1-2 и П-образных ферромагнитных сердечников - в катушки. Наибольший дидактический эффект, информативность и удобства демонстрирования достигаются при использовании генератора звукового диапазона частот.

Формула изобретения Прибор для демонстрации точки Кюри ферромагнетиков, содержащий осциллограф, трансформатор сетевого напряжения, катушки индуктивности и ферромагнетик, отличающийся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей путем регистрации фазового перехода ферромагнетика в парамагнетик, он снабжен диодами и конденсаторами, образующими с катушками индуктивности колебательные контуры, при этом первый вывод вторичной обмотки трансформатора сетевого напряжения соединен с анодами диодов, катоды которых подключены к первому и второму входам осциллографа и первым выводам колебательных контуров, соединенных вторыми выводами с третьим и четвертым входами осциллографа и вторым выводом вторичной обмотки трансформатора сетево - го напряжения, причем ферромагнетик размещен внутри катушки индуктивности одного из колебательных контуров