PL230647B1 - Przyrzad do badania rozkladu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokol przewodnika - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika, mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych, zwłaszcza do celów edukacyjnych. Przyrząd do badania rozkładu przestrzennego indukcji poła magnetycznego wokół przewodnika zawiera długą, nieferromagnetyczną rurę (1), zamkniętą na końcach płaskimi, nieferromagnetycznymi pokrywami (2, 3) i zaopatrzoną w szereg nagwintowanych otworów (4), wykonanych w równych odstępach na jej powierzchni bocznej. W otwory te wkręcane są cztery nieferromagnetyczne tulejki (5) z gwintem zewnętrznym, w których znajdują walcowe magnesy trwałe (6) wypełniające całą objętość tulejek. W środku każdej pokrywy wykonane jest stożkowe wgłębienie łożyska oporowego (7). Rura umieszczona jest pionowo między dwoma zaostrzonymi, nieferromagnetycznymi, metalowymi prętami (8, 9), których zaostrzone końce wchodzą we wgłębienia łożyska oporowego (7). Górny z tych prętów (8) osadzony jest w elektroizolacyjnym jarzmie (9), przymocowanym do również elektroizolacyjnej podstawy (10), w której osadzony jest dolny pręt (11). Do każdego z prętów (8, 11), przyłączone są przewody zasilające (13). Rura (1), pokrywy (2, 3) i tulejki (5) wykonane są korzystnie z aluminium, jarzmo (9) i podstawa (10) -z tekstolitu, pręty (8, 11) - z mosiądzu, natomiast magnesy trwałe (6) - ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego (Fe-Nd-B).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika, mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych, zwłaszcza do celów edukacyjnych.

Znane przyrządy do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika opisane są w książce Tadeusza Dryńskiego, zatytułowanej „Doświadczenia pokazowe z fizyki”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1964 r. Pierwszy z tych przyrządów zawiera poziomą płytkę z szklaną, przez którą przechodzi pionowo prostoliniowy drut miedziany. Końce tego drutu przyłączone są poprzez wyłącznik do źródła prądu stałego. Na płytce rozsypane są opiłki żelazne, tworzące cienką, równomierną warstwę. Działanie znanego przyrządu polega na tym, że po zamknięciu wyłącznika przez przewodnik płynie prąd o dużym natężeniu i wytwarza pole magnetyczne wokół tego przewodnika. Wtedy należy lekko uderzyć w płytkę. Skutkiem tego opiłki grupują się wzdłuż linii pola magnetycznego, które w tym przypadku mają kształt okręgów współśrodkowych z przewodnikiem. Drugi ze znanych przyrządów zawiera taką samą płytkę i przewodnik, jak przyrząd wcześniej opisany. Różnica polega na tym, że na płytce zamiast opiłków ustawione w są w równych odległościach podstawki z ostrzami na, których mogą obracać się małe igły magnetyczne. Działanie tego przyrządu polega na tym, że gdy wyłącznik jest otwarty, to igły magnetyczne są ustawione w kierunku ziemskiego pola magnetycznego. Po zaniknięciu wyłącznika, wokół przewodnika wytwarzane jest pole magnetyczne, podobnie jak w przyrządzie opisanym poprzednio. Wtedy igły ustawiają się wzdłuż okręgów współśrodkowych z przewodnikiem i pokazują kształt linii tego pola.

Przyrządy przeznaczone do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika znane są też z książki Michała Halaunbrennera, zatytułowanej „Ćwiczenia praktyczne z fizyki, kurs średni”, wydanej przez Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne w Warszawie w 1982 r. Przyrządy te zawierają przewodniki w kształcie prostoliniowym, albo w kształcie okręgu lub solenoidu, które przechodzą przez przezroczyste płytki, wykonane z pleksiglasu. Na tych płytkach rozsypywana jest cienka warstwa opiłków żelaznych lub umieszczane są podstawki z ostrzami, na których mogą obracać się małe igły magnetyczne. Po przyłączeniu tych przewodników do źródła prądu stałego, wytwarzają one pole magnetyczne. Kształt linii pola staje się widoczny w wyniku ułożenia opiłków lub ustawienia igieł wzdłuż tych linii.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika zawiera długą, nieferromagnetyczną rurę, zamkniętą na końcach płaskimi, nieferromagnetycznymi pokrywami i zaopatrzoną w szereg nagwintowanych otworów, wykonanych w równych odstępach na jej powierzchni bocznej. W otwory te wkręcane są cztery nieferromagnetyczne tulejki z gwintem zewnętrznym, w których znajdują walcowe magnesy trwałe, wypełniające całą objętość tulejek. W środku każdej pokrywy wykonane jest stożkowe wgłębienie łożyska oporowego. Rura umieszczona została pionowo między dwoma zaostrzonymi, nieferromagnetycznymi, metalowymi prętami, których zaostrzone końce wchodzą we wgłębienia łożyska oporowego. Górny z tych prętów osadzony jest w elektroizolacyjnym jarzmie, przymocowanym do również elektroizolacyjnej podstawy, w której osadzony jest dolny pręt. Do każdego z prętów przyłączone są przewody zasilające. Rura, pokrywy i tulejki wykonane są korzystnie z aluminium. Jarzmo i podstawa wykonane są korzystnie z tekstolitu. Pręty wykonane są korzystnie z mosiądzu, natomiast magnesy trwałe sporządzone są korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego.

Zaletami przyrządu do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika są możliwość pokazania dynamicznych skutków istnienia tego pola w różnych punktach przestrzeni wokół przewodnika i prosta konstrukcja.

Przyrząd do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika według wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 jest przekrojem osiowym płaszczyzną pionową, a fig. 2 przedstawia widok przyrządu z góry.

Przyrząd do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika zawiera długą, nieferromagnetyczną rurę 1, o długości 450 mm i średnicy 50 mm, zamkniętą na końcach płaskimi, nieferromagnetycznymi pokrywami 2, 3 i zaopatrzoną w szereg nagwintowanych otworów 4, wykonanych w równych odstępach na jej powierzchni bocznej. W otwory te wkręcane są cztery nieferromagnetyczne tulejki 5 z gwintem zewnętrznym, w których znajdują walcowe magnesy trwałe 6 wypełniające całą objętość tulejek. W środku każdej pokrywy wykonane jest stożkowe wgłębienie łożyska oporowego 7. Rura umieszczona została pionowo między dwoma zaostrzonymi, nieferromagnetycznymi, metalowymi prętami

PL 230 647 B1

8, 9, których zaostrzone końce wchodzą we wgłębienia łożyska oporowego 7. Górny z tych prętów 8 osadzony jest w elektroizolacyjnym jarzmie 9, przymocowanym do również elektroizolacyjnej podstawy 10, w której osadzony jest dolny pręt 11. Do każdego z prętów 8, 11, przyłączone są przewody zasilające 13. Rura 1, pokrywy 2, 3 i tulejki 5 wykonane są korzystnie z aluminium. Jarzmo 9 i podstawa 10 wykonane są korzystnie z tekstolitu. Pręty 8, 11 wykonane są korzystnie z mosiądzu, natomiast magnesy trwałe 6 sporządzone są korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego (Fe-Nd-B).

Zasada działania przyrządu do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika polega na tym, że przewody zasilające przyłącza się do źródła napięcia stałego. Powoduje to przepływ prądu stałego przez pręty 8, 11, pokrywy 2, 3 i przez rurę 1. Prąd ten wytwarza pole magnetyczne na zewnątrz prętów 8, 11 i rury 1, natomiast zgodnie z prawem Ampera, wewnątrz rury nie ma pola magnetycznego. Linie pola magnetycznego na zewnątrz rury i prętów mają kształt współśrodkowych okręgów i ich środki znajdują się na osi rury 1, przy czym największa wartość indukcji pola magnetycznego występuje w połowie jej długości. Jeżeli tulejki 5 z magnesami 6, wkręcone są w otwory 4, znajdujące się w połowie długości rury i na zewnątrz rury znajduje się połowa długości każdej z tulejek 5, wówczas na bieguny magnesów 6, umieszczone na zewnątrz rury 1, działają siły magnetyczne, zgodnie ze zwrotem linii pola magnetycznego. Na bieguny magnesów 6, umieszczone wewnątrz rury 1, nie działają siły magnetyczne, ponieważ nie ma tam pola magnetycznego. Siły działające na bieguny magnesów 6 umieszczone na zewnątrz działających dają moment sił względem osi rury 1, natomiast moment sił działających na bieguny umieszczone wewnątrz rury 1 wynosi zero. W wyniku tego następuje obrót rury 1 w stronę zgodną ze zwrotem linii pola magnetycznego. Jeżeli tulejki 5, zostaną wkręcone w rurę 1 płycej, albo głębiej, tak że na zewnątrz, albo wewnątrz rury 1 będą oba bieguny magnesów, to wówczas obrót rury 1 nie nastąpi, ponieważ oba bieguny magnesów będą wtedy w polu magnetycznym, albo poza polem. Wypadkowy moment sił będzie wtedy równy zero, przy czym w pierwszym przypadku wypadkowy moment będzie równy zero z powodu przeciwnych zwrotów sił magnetycznych, działających na przeciwne bieguny każdego z magnesów 6. W drugim przypadku wypadkowy moment będzie równy zero z powodu braku pola magnetycznego w obszarze umieszczenia magnesów 6. Wkręcenie tulejek 5 z magnesami 6 w otwory 4, znajdujące się bliżej jednego końców rury 1, do połowy długości tulejek, spowoduje obrót rury 1 z mniejszą szybkością, ponieważ w pobliżu końców rury wartość indukcji pola magnetycznego jest mniejsza. Z kolei wkręcenie tulejek 5 z magnesami 6 w otwory 4 po zamianie orientacji ich biegunów magnesów na przeciwną, spowoduje obrót rury 1 w odwrotną stronę. Zmniejszenie liczby tulejek wkręconych w rurę, spowoduje zmniejszenie momentu sił i mniejszą szybkość obrotu rury.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Przyrząd do badania rozkładu przestrzennego indukcji pola magnetycznego wokół przewodnika zawierający przewody zasilające połączone z prętami, znamienny tym, że zawiera długą, nieferromagnetyczną rurę (1), zamkniętą na końcach płaskimi, nieferromagnetycznymi pokrywami (2), (3) i zaopatrzoną w szereg nagwintowanych otworów (4), wykonanych w równych odstępach na jej powierzchni bocznej, a ponadto w otwory (4) wkręcane są cztery nieferromagnetyczne tulejki (5) z gwintem zewnętrznym, w których znajdują walcowe magnesy trwałe (6) wypełniające całą objętość tulejek, natomiast w środku każdej pokrywy wykonane jest stożkowe wgłębienie łożyska oporowego (7), przy czym rura (1) umieszczona jest pionowo między dwoma zaostrzonymi, nieferromagnetycznymi, metalowymi prętami (8), (9), których zaostrzone końce wchodzą we wgłębienia łożyska oporowego (7), zaś górny z tych prętów (8) osadzony jest w elektroizolacyjnym jarzmie (9), przymocowanym do również elektroizolacyjnej podstawy (10), w której osadzony jest dolny pręt (11).

2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że rura (1), pokrywy (2), (3) i tulejki (5) wykonane są korzystnie z aluminium.

3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że jarzmo (9) i podstawa (10) wykonane są korzystnie z tekstolitu.

4. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że pręty (8), (11) wykonane są korzystnie z mosiądzu.

5. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że magnesy trwałe (6) wykonane są korzystnie ze spieku żelazowo-neodymowo-borowego (Fe-Nd-B).