прибор для демонстрации электромагнитной индукции

Формула изобретения

1. ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ, содержащий расположенную в магнитном поле обмотку с сердечником, установленную на валу привода вращения перпендикулярно его оси, отличающийся тем, что он снабжен двумя параллельно соединенными и находящимися в режимах прямого и инверсного включения разноцветными светодиодами, дистантно расположенными относительно оси вращения вала, при этом общие выводы светодиодов соединены с разными концами обмотки.

2. Прибор по п. 1, отличающийся тем, что средства формирования магнитного поля имеют источник переменного тока и электромагнит, подключенный выводами к выходам источника переменного тока и расположенный в зоне перемещения обмотки с сердечником.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к демонстрационным приборам и наглядным пособиям по физике, в частности к приборам по электродинамике.

Известно учебное наглядное пособие по электротехнике, моделирующее работу генератора однофазного переменного тока. Пособие выполнено в виде макета из полюсов и помещенного между ними витка "проводника", на продолжении оси которого за экраном установлен кривошип, взаимодействующий с прорезью ползунка реостата. Крайние витки реостата присоединены к источнику постоянного тока, а средняя точка и ползунок к клеммам.

Прибор не позволяет продемонстрировать явление электромагнитной индукции.

Известен стенд для демонстрации свойств магнитного поля, содержащий прямоугольную рамку с обмоткой, к которой подключен гальванометр, расположенную вблизи подковообразного магнита. Магнит и рамка подвешены так, что способны совершать колебания, двигаясь друг относительно друга. На рамку можно надевать экранирующие трубки из различных материалов.

Прибор не позволяет продемонстрировать возникновение и направление ЭДС индукции в обмотке, вращающейся в постоянном или переменном магнитном поле.

Широко используется магнитоэлектрическая машина, состоящая из привода вращения, на оси которого установлена обмотка с сердечником, соединенная с коллектором, и постоянного магнита.

Прибор имеет сложную конструкцию, невысокую наглядность, вызванную малыми размерами обмотки, и не позволяет продемонстрировать направление ЭДС индукции при различных положениях обмотки, вращающейся в постоянном или переменном магнитном поле.

В качестве ближайшего аналога выбран магнитный двигатель, содержащий расположенную в магнитном поле Земли обмотку с сердечником, установленную на валу привода вращения перпендикулярно его оси. Свободные концы витков соединены с кольцом, контактирующим с щетками. Источник питания привода, вращающего вал, помещен в основании устройства.

Прибор не позволяет наглядно продемонстрировать величину и направление ЭДС индукции, возникающей в обмотке, вращающейся в постоянном или переменном магнитном поле.

Цель изобретения упрощение конструкции прибора, расширение его функциональных возможностей, повышение наглядности.

Указанная цель достигается тем, что прибор для демонстрации электромагнитной индукции, содержащий расположенную в магнитном поле обмотку с сердечником, установленную на валу привода вращения перпендикулярно его оси, имеет два параллельно соединенных и находящихся в режимах прямого и инверсного включения разноцветных светодиодов, дистантно расположенных относительно оси вращения вала, при этом общие выводы светодиодов соединены с разными концами обмотки.

Кроме того, средства формирования магнитного поля могут содержать источник переменного тока, к которому подключен электромагнит, расположенный в зоне перемещения обмотки с сердечником.

На фиг. 1 изображен предлагаемый прибор, внешний вид; на фиг. 2 картина, наблюдаемая при работе прибора в постоянном магнитном поле; на фиг. 3 картина, наблюдаемая при работе устройства в переменном магнитном поле.

Прибор для демонстрации электромагнитной индукции (фиг. 1) содержит привод вращения 1, на валу которого перпендикулярно оси вращения закреплены обмотка 2 с сердечником 3 и два разноцветных светодиодов 4 и 5, дистантно расположенных относительно оси. Диоды соединены параллельно и находятся в режимах прямого и инверсного включения, причем их общие выводы соединены с разными концами обмотки. Для создания магнитного поля вблизи обмотки установлен магнит 6. Прибор предусматривает использование постоянного магнита или электромагнита, подключенного к источнику постоянного или переменного тока.

Прибор для демонстрации электромагнитной индукции работает следующим образом. При вращении обмотки с сердечником в постоянном магнитном поле в ней индуцируется ЭДС, величина и направление которой зависит от скорости и характера изменения магнитного потока. В зависимости от направления ЭДС попеременно загорается то один, то другой светодиод, вычерчивая при этом дугу соответствующего радиуса и цвета. В результате наблюдаются две разноцветные дуги (фиг. 2) в общем случае разных радиусов. Между дугами имеются темные промежутки, соответствующие моментам, когда сердечник параллелен вектору индукции магнитного поля (фиг. 1) и ЭДС индукции, пропорциональная скорость изменения магнитного потока равна нулю.

Если вместо постоянного магнита использовать электромагнит, подключенный к источнику переменного тока, то в случае, когда частота переменного магнитного поля кратна частоте вращения обмотки, наблюдается устойчивая картина, состоящая из разноцветных дугообразных штрихов, чередующихся друг с другом (фиг. 3).

Изготовленный прибор имеет следующие параметры: обмотка содержит 1000 витков, сердечник стальной диаметром 8 мм, индукция магнитного поля около 0,1 Тл. В качестве привода вращения применяется электродрель.

Использование данного устройства обеспечивает полноту и наглядность демонстрации возникновения переменной ЭДС в контуре, вращающемся в магнитном поле, позволяет установить равенство между частотой вращения обмотки и частотой ЭДС индукции и связать величину и направление ЭДС со скоростью изменения магнитного потока через контур.