Устройство для демонстрации действия магнитных сил

 

Использование: в учебных приборах по физике. Сущность изобретения: устройство содержит основание с участком гладкой поверхности, под которым расположена крышка, выполненная из прозрачного материала, стойки, обойму, закрепленную на стойках с помощью осей, два постоянных магнита, один из которых жестко установлен в обойме, а другой имеет сферический сердечник, выполненный из ферромагнитного материала, и установлен свободно на гладкой поверхности основания. При наклонах обоймы с магнитом происходит перераспределение магнитных сил и в плоскости нижнего кольцевого магнита возникает совокупность пар сил, обеспечивающих его вращение. 1 ил.

Изобретение относится к учебным приборам по физике и позволяет повысить качество усвоения материала по разделам: электростатика (магнетизм), электротехника и др.

Известно устройство для демонстрации отталкивания магнитов при размещении их одноименными полюсами друг к другу (патент США N 4464125, кл. G 09 D 1/08, 1984).

Известны подшипники, имеющие бесконтактные пассивные опоры вращения, выполненные на постоянных магнитах, обращенных друг к другу одноименными полюсами у подвижной и неподвижной частей опор (авт.св. СССР N 1288393, кл. F 16 С 32/04, 1987).

Известна магнитная пружина, содержащая соосно установленные неподвижную и подвижные части, каждая из которых имеет постоянные магниты, направленные одноименными полюсами друг к другу, причем в ее неподвижной части выполнено отверстие. Пружина снабжена жестко связанной с подвижной частью и установленной с зазором в отверстии трубкой из немагнитного материала и размещенным в ней магнитом, расположенным одноименным полюсом навстречу аналогичному полюсу постоянного магнита подвижной части (авт.св. СССР N 1188392, кл. F 16 F 6/00, 1985).

Недостатком данных устройств является то, что они не позволяют продемонстрировать в динамике взаимодействие магнитных сил двух постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными или разноименными полюсами, которые выполнены в форме круговых колец с замкнутым магнитопроводом, и намагниченных осесимметрично, одно из которых имеет сферическую опору.

Устройство для изучения явления магнетизма (авт.св. N 1264227, кл. G 09 B 23/18, 1986) и устройство для демонстрации свойств магнитного поля (авт. св. N 1243012, кл. G 09 B 23/18, 1986) не позволяют продемонстрировать действие магнитных сил двух кольцевых магнитов с осесимметричной намагниченностью, в случае когда один из магнитов имеет сферическую опору.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для демонстрации действия магнитных сил, содержащее ротор, установленный на вертикальной оси, к которому прикреплены роторные постоянные магниты для совместного с ним вращения, и статор со стационарными возбуждающими магнитами, причем одноименные полюса роторного магнита и возбуждающего магнита расположены один напротив другого так, что между магнитами устанавливается воздушный зазор, в котором размещен неподвижный магнитный экран, выполненный из материала с высокой магнитной проницаемостью и экранирующий только часть возбуждающих магнитов статора от роторных магнитов (патент США N 4267647, кл. G 09 B 23/18, 1981).

При работе данного устройства происходит притягивание магнитов ротора к магнитному экрану, вращение ротора за счет взаимодействия магнитных сил и возбуждающих магнитов и установление динамического равновесия в направлении оси ротора благодаря отталкивающим силам от одноименных полюсов ротора и статора.

Недостатком устройства является наличие вертикальной жесткой связи ротора и статора, что не позволяет продемонстрировать в динамике взаимодействие магнитных сил двух постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными или разноименными полюсами, выполненных в форме круговых колец с замкнутым магнитоприводом и намагниченных осесимметрично, одно из которых имеет сферическую опору.

Целью изобретения является повышение дидактических возможностей.

Для этого в устройство для демонстрации действия магнитных сил, содержащее постоянные магниты, установленные с воздушным зазором между собой, введены основание с гладкой поверхностью, две стойки и обойма, закрепленная на стойках с возможностью поворота, постоянные магниты выполнены в виде замкнутых круговых колец с осесимметричной намагниченностью, один из которых жестко закреплен в обойме, а другой содержит сферический сердечник, выполненный из ферромагнитного материала, и установлен свободно на гладкой поверхности основания осесимметрично первому.

На чертеже показан общий вид устройства.

Устройство содержит основание 1, средняя часть которого имеет гладкую поверхность 2 и закрыта крышкой 3 из прозрачного материала, образуя футляp, стойки 4, обойму 5, закрепленную подвижно на стойках 4 с помощью осей 6, два постоянных магнита 7 и 8, выполненных в форме круговых колец с замкнутым магнитопроводом и намагниченных осесимметрично, магнит 7 имеет больший диаметр и установлен жестко в обойме 5, а магнит 8 установлен свободно в футляре на участке основания с гладкой поверхностью 2 осесимметрично первому магниту под крышкой 3 и имеет сферический сердечник 9, выполненный из ферромагнитного материала, который размещен внутри его центрального отверстия, при этом его наружный диаметр соизмерим с диаметром отверстия первого постоянного магнита 7.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении магнит 7 с обоймой 5 должен быть установлен в горизонтальной плоскости, а магнит 8 должен находиться на гладкой поверхности 2 основания в футляре под прозрачной крышкой 3 осесимметрично первому магниту 7 и повернут к нему противоположным полюсом.

Для демонстрации действия магнитных сил постоянных кольцевых магнитов необходимо выполнить несколько наклонов магнита 7 с обоймой 5 относительно горизонтальной плоскости и при начале вращения второго магнита 8, находящегося в футляре, повторить покачивания обоймы 5 с магнитом 7 в такт вращения магнита 8. При наклонах магнита 7 относительно плоскости магнита 8 происходит перераспределение действия их магнитных сил и в плоскости кольца магнита 8 возникают тангенциальные составляющие в виде совокупности пар сил, обеспечивающие возникновение и поддержание во времени крутящего момента, при этом сферический сердечник 9 второго магнита 8 способствует его наклонам под действием магнитных сил магнита 7 и обеспечивает минимальное трение о гладкую поверхность 2 основания.

При одинаковых диаметрах магнитов 7 и 8 для наблюдения того же эффекта они устанавливаются одноименными полюсами друг к другу ввиду другого распределения магнитных сил. Таким образом данное устройство позволяет демонстрировать преобразование магнитной энергии в механическую энергию вращения.

Ожидается положительный эффект при изучении соответствующих разделов физики и электротехники. Данное устройство может быть использовано также в научно-исследовательских институтах с физическим или электротехническим направлением.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫХ СИЛ, содержащее два установленных один над другим с воздушным зазором постоянных магнита, закрепленных в обоймах с возможностью поворота, отличающееся тем, что оно имеет основание с гладкой поверхностью и закрепленные на нем две стойки, постоянные магниты выполнены в виде замкнутых круговых колец, обойма одного из них посредством горизонтальной оси соединена со стойками, а другой магнит имеет сферический сердечник, выполненный из ферромагнитного материала, и расположен свободно на гладкой поверхности основания соосно с первым.

РИСУНКИ

Рисунок 1