СТЕНД ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДС-3
STAND FOR DEMONSTRATING PHYSICAL PROPERTIES OF MAGNETIC LIQUIDS DS-3

Изобретение относится к демонстрационному оборудованию и предназначено для демонстрации физических свойств магнитных жидкостей (магнитных и жидкостных) в общеобразовательных, учебных и выставочных целях.
В качестве одного из первых стендов, демонстрирующих физические свойства магнитных жидкостей, а именно сочетание магнитных и жидкостных свойств в одном веществе, можно считать устройство, содержащее стеклянную пробирку с магнитной жидкостью, размещенную между полюсами постоянного магнита (Р.Розенцвейг. Феррогидродинамика. Изд. «Мир», 1989, стр.15, рис.1.1).
Недостатком этого стенда является неудобство пользования. На стенках в пробирке остается тонкий непрозрачный слой магнитной жидкости, который затрудняет наблюдение за ее расположением и поведением.
Известен демонстрационный стенд, содержащий чашу с магнитной жидкостью, через которую проходит проводник (Р.Розенцвейг. Феррогидродинамика. Изд. «Мир»,1989, стр.153, рис.8.10). При включении в проводнике тока жидкость подпрыгивает вверх и образует коническую поверхность с отрицательной кривизной.
Недостатком стенда является его сложность, что связано с необходимостью пропускания проводника через дно сосуда, как правило, стеклянного, и неудобство в эксплуатации, обусловленное трудностью удаления или замены магнитной жидкости.
Изобретение направлено на повышение удобства в эксплуатации стенда за счет упрощения процесса замены магнитных жидкостей с разными свойствами, повышения наглядности и зрительного восприятия стенда.
Указанный технический результат достигается тем, что в демонстрационном стенде, содержащем сосуд с магнитной жидкостью и источник магнитного поля, источник магнитного поля выполнен в виде многополюсной магнитной системы, состоящей из электромагнитов со съемными наконечниками полюсов, поверхности которых расположены в одной горизонтальной плоскости, и помещен в немагнитный корпус, при этом сосуд с магнитной жидкостью установлен над магнитной системой, стенд снабжен системой подсветки поверхности магнитной жидкости, включающей один или более источник света, программируемым блоком управления токами электромагнитов и системой подсветки, при этом количество источников света в системе подсветки соответствует количеству электромагнитов магнитной системы, световой пучок каждого источника света ориентирован на соответствующий электромагнит.
На фиг.1 изображен демонстрационный стенд.
На фиг.2 изображено положение электромагнитов магнитной системы в демонстрационном стенде.
Демонстрационный стенд устроен следующим образом. Сосуд 1 с магнитной жидкостью 2, выполненный из немагнитного материала в виде плоской чаши с низкими бортами, установлен на немагнитный корпус 3 стенда, в котором размещена многополюсная магнитная система, состоящая из набора электромагнитов 4. Каждый электромагнит состоит из магнитного сердечника 5 со съемным полюсным наконечником 6 и катушки намагничивания 7. Поверхности всех полюсных наконечников расположены в одной горизонтальной плоскости. Стенд снабжен наборами полюсных наконечников, имеющих различную форму и размеры. Электромагниты закреплены на магнитопроводящем основании 8. Возможное количество электромагнитов не ограничивается, как и их взаимное расположение. На фиг.2 изображен стенд, где шесть электромагнитов равномерно распределены по окружности, седьмой расположен в центре. Стенд содержит программируемый блок управления 9, который предназначен для управления катушками намагничивания электромагнитов. Над сосудом с магнитной жидкостью расположена система подсветки поверхности магнитной жидкости 10. Она состоит из источников направленного света различного цвета. Количество источников направленного света равно количеству электромагнитов магнитной системы, световой пучок каждого источника направлен в область расположения только одного полюсного наконечника. Питание источников направленного света осуществляется блоком управления 9. Работа источников направленного света синхронизирована с работой электромагнитов 4.
Демонстрационный стенд работает следующим образом. В сосуд 1 наливается тонкий слой магнитной жидкости. Жидкость имеет ровную горизонтальную поверхность. Включается блок управления 9, при этом на катушки намагничивания подается ток намагничивания. Каждая катушки намагничивания создает свое собственное магнитное поле. Магнитное поле взаимодействует с магнитной жидкостью, расположенной над полюсом электромагнита. Устойчивость поверхности магнитной жидкости нарушается. На поверхности магнитной жидкости в зоне расположения каждого электромагнита, на который подается сигнал управления, появляются конические выступы. С нарастанием тока в катушках намагничивания конические выступы увеличиваются в размерах, растет их количество, меняется взаимное расположение. Синхронно с подачей тока на катушки намагничивания блоком управления подается сигнал на соответствующие источники системы подсветки. С ростом конических выступов на поверхности нарастает освещенность каждой локальной зоны неустойчивости, причем каждая зона подсвечивается своим цветом. С уменьшением тока в катушках намагничивания конические выступы уменьшаются в размерах и исчезают, когда ток равен нулю. Подсветка зон также плавно гаснет. Поверхность жидкости приобретает первоначальную ровную форму. Блок управления программируется таким образом, что на поверхности магнитной жидкости возникают в определенной последовательности или синхронно разноцветные фигуры из конических выступов, которые перемещаются по поверхности магнитной жидкости по заданным траекториям. За счет наличия определенной вязкости у магнитной жидкости и не симметрии магнитной системы, фигуры кроме поступательного движения приобретают вращательное движение. Свет разноцветных источников света отражается от рельефной поверхности магнитной жидкости и дает ощущение внутреннего разноцветного свечения магнитной жидкости.
Форму возникающих на поверхности жидкости периодических структур конических выступов можно менять, регулируя силу управляющего сигнала - тока в катушках намагничивания, величину его периода, скорость нарастания сигнала, управляя последовательностью включения электромагнитов, а также меняя форму полюсных наконечников. Подбирая выше перечисленные составляющие, достигают максимального эффекта зрительного восприятия.
Предлагаемый стенд позволяет без помех наблюдать, как магнитная жидкость реагирует на возникновение и изменение магнитного поля - выстраивает на поверхности периодическую структуру конических выступов, перемещающихся, вращающихся и перестраивающихся в определенной последовательности, в то же время меняющих свой цвет и яркость, что обеспечивает эффектное зрительское восприятие. Кроме этого, стенд позволяет без труда менять как жидкость в сосуде, так и сосуды с различными магнитными жидкостями, удобен при транспортировке и хранении.