Устройство для изучения явления магнетизма

 

Изобретение относится к демонстрационным приборам по магнетизму и позволяет демонстрировать наличие особых точек в структуре магнитного поля постоянного кругового кольцевого магнита с осевой намагниченностью. Сущность изобретени: устройство содержит корпус, постоянный магнит, который выполнен в виде кругового кольцевого магнита с осесимметричной намагниченностью, трубку из прозрачного материала, первый ферромагнитный элемент, который закреплен внутри трубки, и два дополнительных ферромагнитных элемента, установленных в трубке со свободой перемещения вдоль ее оси в пределах от первого элемента до соответствующих заглушек трубки. Трубка установлена внутри отверстий кольцевого магнита и корпуса со свободой перемещения вдоль их оси. При перемещении трубки относительно корпуса с магнитным кольцом первый ферромагнитный элемент выходит из центра кольца и в точке, где изменяется направление поля, перемагничивается и отталкивает от себя дополнительный ферромагнитный элемент, который перемещается в трубке до соответствующей заглушки. При дальнейшем перемещении трубки, когда ферромагнитный элемент проходит особую точку, дополнительный ферромагнитный элемент поднимают за стержень до соприкосновения с основным ферромагнитным элементом и он вновь примагничивается к основному ферромагнитному элементу. 3 ил.

Изобретение относится к демонстрационным приборам по магнетизму и может быть использовано, например, в учебном процессе.

Известно учебное пособие по физике для демонстрации пара- и диамагнетизма, выполненное в виде коромысла, несущего на концах диамагнетик и парамагнетик, а коромысло установлено на вертикальной оси с возможностью поворота в горизонтальной плоскости.

Недостатком данного учебного пособия по физике является то, что оно не позволяет продемонстрировать наличие особых точек в структуре магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

Известно устройство для демонстрации свойств магнитного поля, содержащее источник магнитного поля, частицы и кольцо из магнитного материала, экран, оптическую систему для проецирования на экран перемещения частиц под действием магнитного поля, имеющую линзу и объектив, прозрачную кювету с жидкостью, расположенную между линзой и объективом оптической системы, дополнительные частицы из немагнитного материала, плотность которого меньше плотности жидкости, при этом частицы из магнитного материала закреплены на поверхности дополнительных частиц, на поверхности которых закреплены элементы из растворимого в жидкости красящего вещества, а кольцо и частицы расположены в кювете.

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет продемонстрировать наличие особых точек в структуре магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

Известно устройство для демонстрации взаимодействия магнитов, содержащее ряд постоянных магнитов, имеющих в центре отверстия, пластину со сквозными отверстиями с установленными на них штырями, на которые надеваются постоянные магниты с обращенными друг к другу одноименными или разноименными полюсами.

Недостатком известного устройства является то, что оно позволяет продемонстрировать только либо отталкивание магнитов при обращении их друг к другу разноименными полюсами, либо взаимодействие ферромагнитных тел с любым из полюсов магнита и не позволяет продемонстрировать наличие особых точек в структуре магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для изучения явления магнетизма, содержащее заполненный жидкостью прозрачный цилиндрический корпус с крышкой, набор постоянных магнитов и расположенный в жидкости ферромагнитный элемент, перемещаемый посредством магнитов, и проходящую через центр крышку и закрепленную в дне корпуса вертикально расположенную ось, установленный на оси плавающей в жидкости подшипник, соединенный посредством упругой связи с ферромагнитным элементом, и градуировочные стрелки, расположенные на крышке и закрепленные на оси, при этом крышка имеет угловую шкалу, а ферромагнитный элемент имеет стрелочный указатель.

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет наглядно продемонстрировать наличие особых точек в структуре магнитного поля постоянного кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей путем демонстрации наличия особых точек в структуре магнитного поля постоянного кругового кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

Это достигается тем, что устройство для изучения явления магнетизма, содержащее корпус, постоянный магнит и ферромагнитный элемент, имеет трубку из прозрачного диамагнитного материала с торцевыми заглушками, содержащими центральные отверстия, и два дополнительных ферромагнитных элемента, жестко связанных с установочными стержнями, а постоянный магнит выполнен в виде кругового кольцевого магнита с осевой намагниченностью и установлен внутри корпуса, при этом трубка установлена внутри отверстия кольцевого магнита с возможностью свободного перемещения вдоль оси кольцевого магнита и корпуса, первый ферромагнитный элемент жестко установлен внутри на продольной оси трубки симметрично относительно заглушек, а каждый из дополнительных - в пространстве между первым ферромагнитным элементом и соответствующей торцевой заглушкой с возможностью свободного перемещения в этом пространстве вдоль оси трубки совместно с установочными стержнями.

На фиг. 1 схематически изображено устройство для демонстрации свойств магнитного поля, разрез; на фиг.2 и 3 проиллюстрировано взаимодействие основного ферритового элемента с дополнительным при движении трубки относительно магнита.

Устройство содержит корпус 1 с центральным отверстием 2, который выполнен из диамагнитного материала, постоянный магнит, который выполнен в виде кругового кольца 3 с осесимметричной намагниченностью, трубку 4 из прозрачного диамагнитного материала с заглушками 5, 6, первый ферромагнитный элемент 7, который установлен внутри трубки симметрично относительно заглушек и укреплен упорными кольцами 8, второй 9 и третий 10 ферромагнитные элементы, которые выполнены в виде пластинок, закреплены на торцах установочных стержней 11, 12 и расположены внутри трубки 4 со свободой перемещения вдоль ее оси, при этом стержневые установочные элементы 11, 12 окрашены в яркий цвет, заглушки 5, 6 содержат центральные отверстия 13, 14, в которых установлены концы стержней 11, 12, а трубка 4 установлена внутри отверстий кольцевого магнита 3 и корпуса 1 со свободой перемещения вдоль их оси.

Устройство используется для демонстрации наличия особых точек в структуре магнитного поля постоянного кругового кольцевого магнита с осевой намагниченностью следующим образом.

В исходном положении устройство располагают так, чтобы ось трубки 4 была вертикально. Основной ферромагнитный элемент 7 устанавливают с помощью направляющей трубки 4 так, чтобы его центр масс совпадал с центром симметрии магнитного кольца 3. В этом положении основной ферромагнитный элемент 7 находится в точке с экстремальным значением магнитной индукции, становится магнитом и притягивает два дополнительных ферромагнитных элемента 9, 10 с их установочными стержнями 11, 12.

При медленном перемещении рукой трубки 4 относительно корпуса 1 с кольцом 3 основной ферромагнитный элемент 7 выходит из центра кольца 3 и в особой точке, где изменяется направление поля, основной ферромагнитный элемент 7 начинает перемагничиваться и отталкивает от себя дополнительный ферромагнитный элемент 10, который под действием силы тяжести перемещается вниз вдоль оси трубки 4 до внутренней стенки заглушки 6, а окрашенный установочный стержень 12 дополнительного элемента 10 выходит из отверстия 14 заглушки 6.

При дальнейшем перемещении трубки 4 рукой, когда основной ферромагнитный элемент 7 проходит особую точку и перемагничивается, установочный стержень 12 вдвигают внутрь трубки 4 до соприкосновения дополнительного ферромагнитного элемента 10 с основным 7 и тогда дополнительный ферромагнитный элемент 10 вновь примагничивается к основному ферромагнитному элементу 7.

Затем трубку 4 и дополнительные ферромагнитные элементы 9, 10 устанавливают в исходное положение, поворачивают устройство на 180^о и демонстрируют вторую особую точку постоянного кругового кольцевого магнита с осевой намагниченностью.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЯВЛЕНИЯ МАГНЕТИЗМА, содержащее корпус, постоянный магнит и ферромагнитный элемент, отличающееся тем, что оно имеет трубку из прозрачного диамагнитного материала с торцевыми заглушками, содержащими центральные отверстия, и два дополнительных ферромагнитных элемента, жестко связанных с установочными стержнями, а постоянный магнит выполнен в виде кругового кольцевого магнита с осевой намагниченностью и установлен в корпусе, при этом трубка установлена в отверстии кольцевого магнита с возможностью свободного перемещения вдоль оси кольцевого магнита и корпуса, первый ферромагнитный элемент жестко установлен на продольной оси трубки симметрично относительно заглушек, а каждый из дополнительных - в пространстве между первым ферромагнитным элементом и соответствующей торцевой заглушкой с возможностью свободного перемещения в этом пространстве вдоль оси трубки совместно с установочными стержнями.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3