PL249328B1 - Przyrząd do rejestracji obrazu efektu Mojżesza w magnesie Bittera - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest przyrząd do rejestracji obrazu efektu Mojżesza, który zachodzi w silnym polu magnetycznym, wytwarzanym przez magnes Bittera, mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych do badania tego efektu. Przyrząd do rejestracji obrazu efektu Mojżesza w magnesie Bittera zawiera płytę w kształcie kwadratu (1), umieszczoną poziomo i zaopatrzoną w cztery tłumiki drgań w kształcie prostopadłościanów (2, 3, 4, 5) przyklejone do dolnej powierzchni płyty (1), przy czym tłumiki drgań (2, 3, 4, 5) są rozmieszczone symetrycznie w narożnikach pod płytą (1) i ich boki przylegają do boków tej płyty. W środku płyty (1) jest cylindryczny otwór, w którym jest osadzona na wcisk tuleja (6), przechodzący pionowo przez płytę (1) dolny koniec tulei (6) pokrywa się dolną powierzchnią płyty (1), zaś górna część tulei (6) wystaje ponad górną powierzchnię płyty (1) i ta część jest zaopatrzona w przelotowy, nagwintowany otwór, skierowany wzdłuż promienia tulei (6), w który jest wkręcony wkręt zewnętrzny (7) z radełkowanym łbem. Wewnątrz tulei (6) przechodzi pionowo rura (8) o średnicy zewnętrznej dopasowanej suwliwie do średnicy wewnętrznej tulei (6) i wkręt zewnętrzny (7) jest dokręcony do górnej części powierzchni zewnętrznej rury (8), wystającej ponad płytę (1), zaś dolna część rury (8), znajdująca się pod płytą (1) jest zamknięta płaskim dnem (9), w kształcie koła wciśniętym w rurę (8), na którym jest ustawiane otwarte naczynie (10), mające kształt połowy cylindra, którego płaska ściana przechodzi wzdłuż podłużnej osi rury (8), zaś ściana w kształcie połowy cylindra przylega na całej powierzchni do wewnętrznej ściany rury (8). Ponadto wewnątrz rury (8) jest tubus (12), mający kształt cienkościennego cylindra.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do rejestracji obrazu efektu Mojżesza, który zachodzi w silnym polu magnetycznym, wytwarzanym przez magnes Bittera, mający zastosowanie w laboratoriach fizycznych do badania tego efektu.

Ze zgłoszenia patentowego o numerze PL442233A dokonanego w Urzędzie Patentowym RP przez Uniwersytet Łódzki jest znany przyrząd do badania efektu Mojżesza w polu magnetycznym, wytwarzanym przez magnesy trwałe. Znany przyrząd zawiera ciecz diamagnetyczną albo ciecz paramagnetyczną, wypełniającą częściowo prostopadłościenne, otwarte od góry naczynie, nad którym znajduje się płasko-wypukła soczewka skupiająca, ustawiona ukośnie do powierzchni cieczy, przy czym dolny brzeg soczewki jest przyklejony do górnego brzegu naczynia, zaś do narożników przeciwległego, górnego brzegu soczewki są przyklejone górne końce dwóch wsporników w postaci prętów o prostokątnym przekroju poprzecznym, a dolne końce wsporników są przyklejone do narożników górnego brzegu naczynia oprócz tego ogniskowa soczewki jest większa, niż odległość jej górnej krawędzi od dna naczynia, soczewka jest zwrócona płaską powierzchnią ku górze oraz naczynie, soczewka i wsporniki są wykonane z materiału przezroczystego, korzystnie z polimetakrylanu metylu. Naczynie jest połączone z podstawą w kształcie prostokątnej płyty za pomocą czterech pionowych słupków w kształcie prętów o kołowym przekroju poprzecznym, przy czym słupki są rozmieszczone w pobliżu narożników naczynia i podstawy i górne końce słupków są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w dnie naczynia, a dolne końce tych słupków są osadzone na wcisk w nieprzelotowych otworach w górnej powierzchni podstawy. Oprócz tego między dnem naczynia i górną powierzchnią podstawy znajduje się przesuwna, prostokątna płyta, przez którą przechodzą dwa słupki znajdujące się przy jednym z dłuższych boków podstawy i płyta jest zaopatrzona w nagwintowany otwór, w który jest wkręcona pionowo usytuowana śruba, mająca na dolnym końcu osadzone na niej na wcisk pokrętło z radełkowaną powierzchnią boczną i walcowy łeb, umieszczony w gnieździe wykonanym w górnej powierzchni podstawy, na który jest nałożona tulejka, wciśnięta w to gniazdo, a ponadto do górnej powierzchni płyty jest przyklejony magnes trwały w kształcie prostopadłościennej sztabki, umieszczony równolegle do dłuższego boku tej płyty w płaszczyźnie symetrii przyrządu, namagnesowany w kierunku pionowym i wykonany z materiału magnetycznie twardego o dużej koercji i remanencji, korzystnie ze spieku proszków żelaza, neodymu i boru, zaś do górnej powierzchni magnesu jest przyklejony nabiegunnik w kształcie graniastosłupa o trapezowym przekroju poprzecznym, skierowany krótszą podstawą ku górze i wykonany z materiału magnetycznie miękkiego o dużej przenikalności magnetycznej, korzystnie z żelaza chemicznie czystego. Poza tym podstawa, słupki, przesuwna pyta, śruba z łbem, pokrętło i tulejka są wykonane z materiału nieferromagnetycznego, przy czym podstawa, słupki i przesuwna płyta są wykonane korzystnie z tekstolitu, zaś śruba z łbem, pokrętło i tulejka są wykonane korzystnie z mosiądzu.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do rejestracji obrazu efektu Mojżesza w magnesie Bittera zawiera płytę w kształcie kwadratu, umieszczoną poziomo i zaopatrzoną w cztery tłumiki drgań w kształcie prostopadłościanów, wykonane z materiału porowatego o małym współczynniku sprężystości, korzystnie z pianki poliuretanowej i przyklejone do dolnej powierzchni płyty klejem epoksydowym, przy czym tłumiki drgań są rozmieszczone symetrycznie w narożnikach pod płytą i ich boki przylegają do boków tej płyty. W środku płyty jest cylindryczny otwór, w którym została osadzona na wcisk tuleja, przechodzący pionowo przez płytę 1 dolny koniec tulei pokrywa się dolną powierzchnią płyty, zaś górna część tulei wystaje ponad górną powierzchnię płyty i ta część jest zaopatrzona w przelotowy, nagwintowany otwór, skierowany wzdłuż promienia tulei, w który jest wkręcony wkręt zewnętrzny z radełkowanym łbem. Wewnątrz tulei przechodzi pionowo rura o średnicy zewnętrznej dopasowanej suwliwie do średnicy wewnętrznej tulei i wkręt zewnętrzny jest dokręcony do górnej części powierzchni zewnętrznej rury, wystającej ponad płytę, zaś dolna część rury, znajdująca się pod płytą jest zamknięta płaskim dnem w kształcie koła wciśniętym w rurę, na którym jest ustawiane otwarte naczynie, mające kształt połowy cylindra, którego płaska ściana przechodzi wzdłuż podłużnej osi rury, zaś ściana w kształcie połowy cylindra przylega na całej powierzchni do wewnętrznej ściany rury. Naczynie jest wykonane z materiału przezroczystego i nieferromagnetycznego, korzystnie ze szkła i wypełnione częściowo badaną cieczą. Ponadto wewnątrz rury jest tubus, mający kształt cienkościennego cylindra, skierowanego pionowo wzdłuż rury. Tubus jest przyklejony do powierzchni wewnętrznej rury klejem epoksydowym, zaś dolna część tubusu jest zamknięta płaskim denkiem w kształcie koła wciśniętym w tubus i znajduje się naprzeciw naczynia. W bocznej ścianie tubusu ponad płaskim denkiem jest prostokątne wycięcie, skierowane w stronę naczynia, zaś wewnątrz tubusu naprzeciw wycięcia jest umieszczone zwierciadło płaskie, wykonane korzystnie ze szkła z napyloną warstwą odbijającą, nachylone pod kątem 45° do płaskiego denka i przyklejone do tego denka klejem epoksydowym, zaś powyżej zwierciadła płaskiego jest osadzona na wcisk w tubusie soczewka skupiająca. Górny koniec tubusu jest otwarty i jest do niego wsunięta kamera endoskopowa w kształcie walca, zawierająca matrycę CCD i diody oświetlające LED, przy czym średnica zewnętrzna kamery endoskopowej jest dopasowana suwliwie do średnicy wewnętrznej tubusu i kamera jest połączona przewodem typu USB z mikrokomputerem oraz zmocowana w tubusie wkrętem wewnętrznym z radełkowanym łbem, wkręconym w przelotowy nagwintowany otwór w ściance tubusu. Poniżej przedniej powierzchni kamery endoskopowej w tubusie jest osadzona na wcisk soczewka skupiająca, taka sama jak soczewka skupiająca i obie soczewki skupiające tworzą układ konfokalny. Przyrząd jest ustawiony na magnesie Bittera w ten sposób, że amortyzatory są umieszczone na górnej pokrywie tego magnesu, zaś rura jest umieszczona w otworze roboczym magnesu Bittera i między tym otworem a powierzchnią zewnętrzną rury jest szczelina. Płyta jest wykonana z metalu nieferromagnetycznego o dużej gęstości, korzystnie z mosiądzu, natomiast tuleja, wkręt zewnętrzny, rura, płaskie dno, tubus, płaskie denko i wkręt wewnętrzny są wykonane z metalu nieferromagnetycznego o małej gęstości, korzystnie z aluminium.

Główną zaletą rozwiązania jest możliwość zarejestrowania w postaci cyfrowej wysokiej jakości obrazów efektu Mojżesza za pomocą kamery endoskopowej z matrycą CCD w trudnych warunkach, które występują w otworze magnesu Bittera, podczas wytwarzania silnych pól magnetycznych. Dodatkowymi zaletami rozwiązania są prosta konstrukcja i niezawodność działania.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój osiowy przyrządu płaszczyzną pionową A-A, fig. 2 przedstawia jego przekrój poprzeczny płaszczyzną poziomą B-B, natomiast fig. 3 pokazuje widok przyrządu z boku.

Przyrząd do rejestracji obrazu efektu Mojżesza w magnesie Bittera zawiera płytę w kształcie kwadratu 1, umieszczoną poziomo i zaopatrzoną w cztery tłumiki drgań w kształcie prostopadłościanów 2, 3, 4, 5, wykonane z pianki poliuretanowej i przyklejone do dolnej powierzchni płyty 1 klejem epoksydowym, przy czym tłumiki drgań 2, 3, 4, 5 są rozmieszczone symetrycznie w narożnikach pod płytą 1 i ich boki przylegają do boków tej płyty. W środku płyty 1 jest cylindryczny otwór, w którym jest osadzona na wcisk tuleja 6. Przechodzący pionowo przez płytę 1 dolny koniec tulei 6 pokrywa się dolną powierzchnią płyty 1, zaś górna część tulei 6 wystaje ponad górną powierzchnię płyty 1 i ta część jest zaopatrzona w przelotowy, nagwintowany otwór, skierowany wzdłuż promienia tulei 6, w który jest wkręcony wkręt zewnętrzny 7 z radełkowanym łbem. Wewnątrz tulei 6 przechodzi pionowo rura 8 o średnicy zewnętrznej dopasowanej suwliwie do średnicy wewnętrznej tulei 6. Wkręt zewnętrzny 7 jest dokręcony do górnej części powierzchni zewnętrznej rury 8, wystającej ponad płytę 1. Dolna część rury 8, znajdująca się pod płytą 1 jest zamknięta płaskim dnem 9, w kształcie koła wciśniętym w rurę 8, na którym jest ustawiane otwarte naczynie 10, mające kształt połowy cylindra, którego płaska ściana przechodzi wzdłuż podłużnej osi rury 8, zaś ściana w kształcie połowy cylindra przylega na całej powierzchni do wewnętrznej ściany rury 8. Naczynie 10 jest wykonane ze szkła i wypełnione częściowo badaną cieczą 11. Ponadto wewnątrz rury 8 jest tubus 12, mający kształt cienkościennego cylindra, skierowanego pionowo wzdłuż rury 8. Tubus 12 jest przyklejony do powierzchni wewnętrznej rury 8 klejem epoksydowym, zaś dolna część tubusu 12 jest zamknięta płaskim denkiem 13 w kształcie koła wciśniętym w tubus 12 i znajduje się naprzeciw naczynia 10. W bocznej ścianie tubusu 12 ponad płaskim denkiem 13 jest prostokątne wycięcie 14, skierowane w stronę naczynia 10, zaś wewnątrz tubusu 12 naprzeciw wycięcia 14 jest umieszczone zwierciadło płaskie 15, wykonane ze szkła z napyloną warstwą odbijającą, nachylone pod kątem 45° do płaskiego denka 13 i przyklejone do tego denka klejem epoksydowym, zaś powyżej zwierciadła płaskiego 15 jest osadzona na wcisk w tubusie 13 soczewka skupiająca 16. Górny koniec tubusu 12 jest otwarty i jest do niego wsunięta kamera endoskopowa 17 w kształcie walca, zawierająca matrycę CCD i diody oświetlające LED, przy czym średnica zewnętrzna kamery endoskopowej 17 jest dopasowana suwliwie do średnicy wewnętrznej tubusu 12 i kamera jest połączona przewodem 18 typu USB z mikrokomputerem oraz zmocowana w tubusie 12 wkrętem wewnętrznym 19 z radełkowanym łbem, wkręconym w przelotowy nagwintowany otwór w ściance tubusu 12. Poniżej przedniej powierzchni kamery endoskopowej 17 w tubusie 12 jest osadzona na wcisk soczewka skupiająca 20, taka sama jak soczewka skupiająca 16 i obie soczewki skupiające 16, 20 tworzą układ konfokalny. Poza tym przyrząd jest ustawiony na magnesie Bittera w ten sposób, że amortyzatory 2, 3, 4, 5 są umieszczone na górnej pokrywie 21 tego magnesu, zaś rura 8 jest umieszczona w otworze roboczym 22 magnesu Bittera i między tym otworem, a powierzchnią zewnętrzną rury 8 jest szczelina. Oprócz tego płyta 1 jest wykonana z mosiądzu, natomiast tuleja 6, wkręt zewnętrzny 7, rura 8, płaskie dno 9, tubus 12, płaskie denko 13 i wkręt wewnętrzny 19 są wykonane z aluminium.

Zasada działania przyrządu do rejestracji obrazu efektu Mojżesza w magnesie Bittera polega na tym, że przyrząd ustawia się tak, żeby tłumiki 2, 3, 4, 5 znalazły się na pokrywie górnej 21 magnesu Bittera, a rura 8 została wprowadzona do otworu roboczego 22 tego magnesu, w którym jest wytwarzane silne pole magnetyczne. Do rury 8 wkłada się za pomocą długiej pęsety naczynie 10 napełnione częściowo badaną cieczą 11 i ustawia je na płaskim dnie 8 tak, żeby płaska powierzchnia naczynia 10 przechodziła wzdłuż podłużnej osi rury 8. Przez ręczne odkręcenie wkrętu zewnętrznego 7, przesunięcie rury 8 w tulei 6 i ponowne dokręcenie wkrętu zewnętrznego 7, ustala się położenie naczynia 10 w otworze roboczym 22 magnesu Bittera, a tym samym wpływa na wartość indukcji i gradientu pola magnetycznego, w który będą wykonywane badania. Po włączeniu diod oświetlających LED w kamerze endoskopowej 17 ustala się ostrość obrazu powierzchni badanej cieczy 11, oglądanego na ekranie komputera połączonego z kamerą endoskopową 17 i wyposażonego w program obsługujący tę kamerę. W tym celu odkręca się ręcznie wkręt wewnętrzny 19, przesuwa kamerę endoskopową 17 w tubusie 12, aż do uzyskania ostrego obrazu i ponownie dokręca wkręt wewnętrzny 19. Po włączeniu magnesu Bittera badana ciecz 11 wykazuje efekt Mojżesza, polegający na odkształceniu jej powierzchni swobodnej (uwypukleniu ku górze, albo ku dołowi) w wyniku oddziaływania z silnym i niejednorodnym polem magnetycznym. Ten obraz powierzchni badanej cieczy 11 jest oglądany na ekranie komputera oraz zapisywany w jego pamięci i wykorzystywany do dalszych pomiarów oraz analiz ilościowych. Tłumiki 2, 3, 4, 5, wykonane z materiału porowatego o małym współczynniku sprężystości, korzystnie z pianki poliuretanowej i płyta 1, wykonana z materiału o dużej gęstości, korzystnie z mosiądzu oraz szczelina między tuleją 8 i otworem roboczym 22 zabezpieczają badaną ciecz 11 przed drganiami magnesu Bittera, spowodowanymi intensywnym przepływem wody chłodzącej. Układ optyczny, złożony z soczewek skupiających 16 i 20 oraz ze zwierciadła płaskiego 15 umożliwia oświetlenie przez diody LED kamery endoskopowej 17 naczynia 10 z badaną cieczą 11, które jest umieszczone w otworze roboczym 22 magnesu Bittera, gdzie jest trudny dostęp światła, pochodzącego z laboratorium. Ten układ optyczny umożliwia też powrót światła i uzyskanie obrazu powierzchni badanej cieczy 11 przez kamerę endoskopową 17. Kamera endoskopowa 17 musi być umieszczona poza otworem roboczym 22 magnesu Bittera w celu jej zabezpieczenia przed zakłócającym wpływem silnego pola magnetycznego. Zastosowanie zwierciadła płaskiego 15, korzystnie szklanego z napyloną powierzchnią odbijającą daje wysoką jakość obrazu. Z kolei wykonanie tulei 6, wkrętu zewnętrznego 7, rury 8, płaskiego dna 9, tubusu 12, płaskiego denka 13 i wkrętu wewnętrznego 19 z metalu nieferromagnetycznego o małej gęstości, korzystnie z aluminium, zabezpiecza te elementy przed niepożądanym oddziaływaniem z silnym polem magnetycznym, ponadto wykonanie zwierciadła 15, korzystnie ze szkła z napyloną warstwą odbijającą zapewnia lepszą jakość obrazu. Po zakończeniu badań jednej cieczy i wyłączeniu magnesu Bittera, wymiana naczynia 10 z cieczą 11 odbywa się w sposób opisany poprzednio.

Claims (6)

1. Przyrząd do rejestracji obrazu efektu Mojżesza w magnesie Bittera, znamienny tym, że zawiera płytę w kształcie kwadratu (1), umieszczoną poziomo i zaopatrzoną w cztery tłumiki drgań w kształcie prostopadłościanów (2, 3, 4, 5), wykonane z materiału porowatego o małym współczynniku sprężystości i przyklejone do dolnej powierzchni płyty (1) klejem epoksydowym, przy czym tłumiki drgań (2, 3, 5) są rozmieszczone symetrycznie w narożnikach pod płytą (1) i ich boki przylegają do boków tej płyty, natomiast w środku płyty (1) jest cylindryczny otwór, w którym jest osadzona na wcisk tuleja (6), przechodzący pionowo przez płytę (1) dolny koniec tulei (6) pokrywa się dolną powierzchnią płyty (1), zaś górna część tulei (6) wystaje ponad górną powierzchnię płyty (1) i ta część jest zaopatrzona w przelotowy, nagwintowany otwór, skierowany wzdłuż promienia tulei (6), w który jest wkręcony wkręt zewnętrzny (7) z radełkowanym łbem, a poza tym wewnątrz tulei (6) przechodzi pionowo rura (8) o średnicy zewnętrznej dopasowanej suwliwie do średnicy wewnętrznej tulei (6) i wkręt zewnętrzny (7) jest dokręcony do górnej części powierzchni zewnętrznej rury (8), wystającej ponad płytę (1), zaś dolna część rury (8), znajdująca się pod płytą (1) jest zamknięta płaskim dnem (9), w kształcie koła wciśniętym w rurę (8), na którym jest ustawiane otwarte naczynie (10), mające kształt połowy cylindra, którego płaska ściana przechodzi wzdłuż podłużnej osi rury (8), zaś ściana w kształcie połowy cylindra przylega na całej powierzchni do wewnętrznej ściany rury (8), przy czym naczynie (10) jest wykonane z materiału przezroczystego i nieferromagnetycznego i wypełnione częściowo badaną cieczą (11), a ponadto wewnątrz rury (8) jest tubus (12), mający kształt cienkościennego cylindra, skierowanego pionowo wzdłuż rury (8) i tubus (12) jest przyklejony do powierzchni wewnętrznej rury (8) klejem epoksydowym, zaś dolna część tubusu (12) jest zamknięta płaskim denkiem (13) w kształcie koła wciśniętym w tubus (12) i znajduje się naprzeciw naczynia (10), a oprócz tego w bocznej ścianie tubusu (12) ponad płaskim denkiem (13) jest prostokątne wycięcie (14), skierowane w stronę naczynia (10), zaś wewnątrz tubusu (12) naprzeciw wycięcia (14) jest umieszczone zwierciadło płaskie (15), nachylone pod kątem 45° do płaskiego denka (13) i przyklejone do tego denka klejem epoksydowym, zaś powyżej zwierciadła płaskiego (14) jest osadzona na wcisk w tubusie (13) soczewka skupiająca (16), a poza tym górny koniec tubusu (12) jest otwarty i jest do niego wsunięta kamera endoskopowa (17) w kształcie walca, zawierająca matrycę CCD i diody oświetlające LED, przy czym średnica zewnętrzna kamery endoskopowej (17) jest dopasowana suwliwie do średnicy wewnętrznej tubusu (12) i kamera jest połączona przewodem (18) typu USB z mikrokomputerem oraz zmocowana w tubusie (12) wkrętem wewnętrznym (19) z radełkowanym łbem, wkręconym w przelotowy nagwintowany otwór w ściance tubusu (12), a ponadto poniżej przedniej powierzchni kamery endoskopowej (17) w tubusie (12) jest osadzona na wcisk soczewka skupiająca (20), taka sama jak soczewka skupiająca (16) i obie soczewki skupiające (16, 20) tworzą układ konfokalny, a oprócz tego przyrząd jest ustawiony na magnesie Bittera w ten sposób, że amortyzatory (2, 3, 4, 5) są umieszczone na górnej pokrywie (21) tego magnesu, zaś rura (8) jest umieszczona w otworze roboczym (22) magnesu Bittera i między tym otworem, a powierzchnią zewnętrzną rury (8) jest szczelina, a ponadto płyta (1) jest wykonana z metalu nieferromagnetycznego o dużej gęstości, natomiast tuleja (6), wkręt zewnętrzny (7), rura (8), płaskie dno (9), tubus (12), płaskie denko (13) i wkręt wewnętrzny (19) są wykonane z metalu nieferromagnetycznego o małej gęstości.

2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że tłumiki drgań w kształcie prostopadłościanów (2, 3, 4, 5) są wykonane z pianki poliuretanowej.

3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że naczynie (10) jest wykonane ze szkła.

4. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że zwierciadło płaskie (15) jest wykonane ze szkła z napyloną warstwą odbijającą.

5. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że płyta (1) jest wykonana z mosiądzu.

6. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja (6), wkręt zewnętrzny (7), rura (8), płaskie dno (9), tubus (12), płaskie denko (13) i wkręt wewnętrzny (19) są wykonane z aluminium.