Учебный прибор по физике Советский патент 1992 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к учебным пособиям по физике.

Известен способ демонстрации отталкивания магнитов, имеющих одинаковую полярность, и устройство.реализующее данный способ. На данном способе основаны подшипники, имеющие бесконтактные пассивные опоры вращения, выполненные на постоянных магнитах, обращенных друг к другу одноименными полюсами у подвижной и неподвижной частей опор. На этом же способе реализовано устройство для демонстрации и изучения эффекта воздействия момента инерции.

Недостатком данного способа и реализующих его устройств является то, что они не позволяют продемонстрировать в динамике взаимодействия подвижных тел, способных к намагничиванию при помещении их внутрь постоянного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнутым магнитопроводом.

Известен способ демонстрации магнитных сил, заключающийся в том, что над постоянными магнитами статора помещают постоянные магниты ротора, расположенные одноименными полюсами один напротив другого, между которыми расположен неподвижный магнитный экран, экранирующий только часть каждого магнита статора от каждого магнита ротора так, что притяжение роторных магнитов к экрану и отталкивание и х от статорных магнитов вызывает вращение ротора, и устройство, реализующее данный способ, содержащее ротор, установленный на оси, к которому прикреплены роторные магниты для совместного с ним вращения и статор со стационарными возбуждающими магнитами, причем одноименные полюса роторного магнита и возбуждающего магнита расположен один напротив другого, так что между магнитами устанавливается воздушный зазор, в котором установлен неподвижный магнитный экран, выполненный из материала с высокой магнитной проницаемостью и экранирующий только часть возбуждающих магнитов статора от роторных магнитов.

При работе устройства происходит притягивание ротора к магнитному экрану и вращение его за счет взаимодействия магнитных сил и возбуждающих магнитов и установление динамического равновесия в направлении оси ротора благодаря отталкиVI

00

О Ю CJ

вающим силам от одноименных полюсов ротора и статора,

Недостатком данного способа и реализующего его устройства является то, что он не позволяет продемонстрировать в динамике взаимодействие подвижных тел, способных к намагничиванию при помещении их внутрь постоянного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнутым магнитопроводом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и устройству является способ моделирования подвижных демонстрационных элементов, заключающийся в том, что путем вращения подвижного элемента, выполненного из магнитного материала, создают вращающееся магнитное поле и помещают в это поле ведомый ферромагнитный элемент, при этом на траектории их взаимодействия образуются участки с силой притяжения между демонстрационными элементами больше силы тяжести ведомого элемента и участки с обратным соотношением сил. Устройство, реализующее данный способ, содержит основание со стойкой, подвижный элемент, который выполнен из магнитного материала и укреплен на обойме с возможностью движения по заданной траектории, при этом обойма установлена на оси привода вращения, который укреплен на основании, и ведомый элемент, который выполнен из ферромагнитного материала и укреплен на нижнем конце нити с возможностью взаимодействия с подвижным элементом.

Недостатком данного способа и устройства является то, что они не позволяют продемонстрировать в динамике взаимодействие подвижных тел, способных к намагничиванию при помещении их внутрь постоянного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнутым магнитопроводом,

Целью изобретения является повышение дидактических возможностей способа и устройства.

Данная цель достигается тем, что в способе моделирования взаимодействия подвижных демонстрационных элементов, где путем вращения подвижного элемента, выполненного из магнитного материала, создают вращающееся магнитное поле и помещают в это поле ведомый ферромагнитный элемент с возможностью его взаимодействия с подвижным элементов, в нем ведомые ферромагнитные элементы помещают внутрь ферромагнитного кругового кольца с продольным намагничиванием и создают вращающееся магнитное поле путем вращения кругового кольца в плоскости

кольца, чем моделируют устойчивое удержание ведомых элементов в плоскости вращения внутри кольца на своих траекториях или в центре кольца за счет соотношения сил

5 тяжести, сил притяжения, центробежных сил и возникающих сил Лоренца.

Данная цель достигается тем, что в устройстве с подвижными демонстрационными элементами, реализующим данный

0 способ, содержащем основание со стойкой, подвижный элемент, который выполнен из магнитного материала и укреплен на обойме, связанной с осью привода вращения, который установлен на основании, и ведо5 мый элемент, который выполнен из ферромагнитного материала и установлен с возможностью взаимодействия с подвижным элементом, в нем последний выполнен в виде замкнутого постоянного магнита в

0 форме кругового кольца с продольным намагничиванием, а ведомый элемент свободно помещен внутри кольца.

На чертеже показан общий вид устройства с подвижными демонстрационными

5 элементами, разрез.

Устройство содержит основание 1, стойку 2, укрепленную на ней втулку 3, внутри которой смонтировано два шарикоподшипника 4 и установлена ось 5. На верхнем

0 конце оси 5 жестко укреплена обойма б из немагнитного материала, внутри которой установлен подвижный элемент, выполненный в виде замкнутого постоянного магнита 7 в форме кругового кольца с продольным

5 намагничиванием. Нижний конец оси 5 связан через муфту 8 с электроприводом 9 вращения обоймы 6 с постоянным магнитом 7. Ведомые элементы 10 могут быть выполнены целиком из ферромагнитного материала

0 или из легкого немагнитного материала с наружным слоем из ферромагнитного материала или слоем в виде замкнутого пояса. Электродвигатель 9 вставлен в цилиндрическую часть фланца 11, жестко укрепленного

5 на основании 1, и закреплен в ней винтом 12, затягивающим пружинящий хомутик.

Устройство работает следующим образом.

Внутрь постоянного магнита 7 в форме

0 кругового кольца помещают ведомый (ведомые) элемент 10, который притягивается к внутренней стенке магнита 7 и одновременно незначительно провисает под действием силы тяжести. Затем включают электродви5 гатель 9,

В начале демонстрации при разгоне электродвигателя 9 и постоянного магнита 7 с ведомым элементом 10, последний за счет центробежных сил при наличии магнитныхсил притяжения дополнительно прижимается к внутренней стенке кольцевого магнита 7. При увеличении скорости вращения магнита 7 возникают силы Лоренца, которые противодействуют перечисленным выше силам и по мере их преодоления ведомый (ведомые) элемент отрывается от внутренней стенки кольцевого магнита 7 и занимает круговую орбиту или устанавливается в центре кольца 7.

Затем демонстрируется устойчивое на- хождение ведомого элемента в центре магнита 7 или устойчивое круговое движение ведомых элементов по различным круговым орбитам с- одновременным вращением их вокруг своих осей. При этом ведомые эле- менты 10 с меньшими плотностями выходят на центр или на свои орбиты при меньших угловых скоростях вращения.

Ожидается положительный качественный эффект при изучении соответствующе- го раздела физики и экономический эффект

от лучшего усвоения демонстрируемого явления.

Данный способ и устройство, реализующее его, могут быть использованы также в научно-исследовательских физических институтах.

Формула изобретения Учебный прибор по физике, содержащий выполненный из магнитного материала подвижный элемент, установленный в обойме, связанной с приводом вращательного движения, и ведомый элемент, выполненный из ферромагнитного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения наглядности демонстрации свойств магнитного и электрического полей, подвижный элемент выполнен в виде замкнутого постоянного магнита в форме кругового кольца с продольным намагничиванием, а ведомый элемент свободно расположен внутри этого кольца.

Сущность изобретения: ведомые ферромагнитные элементы помещают внутрь ферромагнитного кругового кольца с про дольным намагничиванием и создают вращающееся магнитное поле путем вращения кругового кольца в его плоскости, чем моделируют удержание ведомых элементов в плоскости вращения внутри кольца на своих траекториях или в центре кольца за счет соотношения сил тяжести, притяжения, центробежных и возникающих сил Лоренца. 1 ил.