СТЕНД ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДС-1
STAND FOR DEMONSTRATING AND INVESTIGATING PHYSICAL PROPERTIES OF MAGNETIC LIQUIDS DS-1

Изобретение относится к демонстрационно-исследовательскому оборудованию и предназначено для демонстрации и исследования физических свойств магнитных жидкостей в общеобразовательных, учебных, выставочных целях и научных.
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 пробирки 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 недостаточная наглядность, сложность удаления или замены магнитной жидкости.
Техническим результатом заявленного стенда является повышение наглядности демонстрации физических свойств магнитных жидкостей, повышение технологичности обслуживания стенда.
Указанный технический результат достигается тем, что известный стенд для демонстрации и исследования физических свойств магнитных жидкостей, содержащий сосуд с магнитной жидкостью и источник магнитного поля, согласно изобретению, снабжен разомкнутым магнитопроводом с катушкой намагничивания и съемными полюсными наконечниками, над одним из которых установлен сосуд с магнитной жидкостью, выполненный в форме чаши с плоским дном, блоком питания с регулятором тока и системой подсветки, включающей по меньшей мере один источник света, выполненный с возможностью изменения его мощности и цвета.
Стенд может быть снабжен импульсным блоком питания с регулятором частоты.
Магнитопровод может быть выполнен в виде цилиндра, имеющего кольцевую канавку на торцевой поверхности, в которой размещена катушка намагничивания.
Сосуд может быть выполнен из немагнитного материала, например оптически прозрачного материала.
На фиг.1 изображен стенд для демонстрации и исследования физических свойств магнитных жидкостей. Стенд содержит разомкнутый магнитопровод 1, выполненный в форме цилиндра, имеющего кольцевую канавку на торцевой поверхности, в которой размещена катушка намагничивания 2. Магнитопровод имеет два разноименных полюса 3 и 4, на которых расположены съемные полюсные наконечники 5 и 6. В области одного из полюсов магнитопровода размещен сосуд 7 с магнитной жидкостью 8. Катушка намагничивания 2 подключена к блоку питания с регулятором тока 9.
Магнитопровод может иметь различное исполнение, но предпочтительнее использовать ассимметричную форму, как показано на фиг.1, что обеспечивает также и ассимметричную форму распределения магнитного поля в области сосуда и, следовательно, рисунка выступов на поверхности магнитной жидкости в сосуде. Съемные полюсные наконечники 5 и 6 могут выполняться различной формы и размеров, что позволяет изменять форму магнитного поля и, соответственно, форму рисунка выступов на поверхности магнитной жидкости. Интенсивность магнитного поля регулируется также изменением тока в катушке намагничивания, что позволяет осуществлять блок питания с регулятором тока 9. Стенд может быть снабжен импульсным блоком питания с регулятором частоты. Поверхность магнитной жидкости освещается системой подсветки, включающей один или более источников света с возможностью изменения их мощности и цвета. Сосуд 7, в который наливается магнитная жидкость, может выполняться как из магнитного, так и не магнитного материала. При выполнении сосуда из магнитного материала стенки должны быть тонкими, чтобы материал сосуда быстрее входил в насыщение и обеспечивалась требуемая напряженность поля в зоне расположения магнитной жидкости. Но предпочтительнее сосуд 7 выполнять из немагнитного материала, что позволит управлять формой поверхности магнитной жидкости меньшими токами катушки намагничивания и снизить мощность блока питания. Сосуд 7 под магнитную жидкость выполняется с плоским дном и низкими краями, что обеспечивает его устойчивость, хороший обзор наблюдения за поведением магнитной жидкости. В качестве сосуда может использоваться чашка Петри, блюдце и т.д. Обзор магнитной жидкости в стенде улучшается при выполнении сосуда из оптически прозрачного материала.
Стенд для демонстрации и исследования физических свойств магнитных жидкостей работает следующим образом. В сосуд 7 наливается тонкий слой магнитной жидкости. Жидкость имеет ровную горизонтально расположенную поверхность. В катушку намагничивания 2 подается ток от блока питания 9. В зоне расположения сосуда с магнитной жидкостью создается магнитное поле. Устойчивость поверхности магнитной жидкости нарушается. На поверхности развивается периодическая структура конических выступов. Неустойчивость поверхности имеет простую физическую причину. При деформации поверхности размагничивающее поле жидкости под горбами понижается, а вблизи впадин - увеличивается. Вследствие этого напряженность поля, определяемая суммарным действием сторонних источников и жидкости под горбами, повышается, а вблизи впадин - уменьшается: возмущение поверхности вследствие перетекания магнитной жидкости в область пространства, где напряженность поля выше, развивается. Величина конических выступов на поверхности определяется намагниченностью магнитной жидкости и напряженностью магнитного поля. Изменяя напряженность магнитного поля путем регулировки тока в катушке намагничивания, увеличивают или уменьшают величину выступов на поверхности магнитной жидкости и их форму. При снятии магнитного поля поверхность жидкости принимает ровную горизонтальную форму. Если стенд снабжен импульсным блоком питания с регулятором частоты, то при определенной настройке стенда можно будет наблюдать на поверхности магнитной жидкости плавное возникновение периодической структуры конических выступов, их постепенный рост, затем уменьшение и полное исчезновение. Скорость этого процесса регулируется с помощью регулятора частоты блока питания, чем достигается максимальный эффект зрительного восприятия. Эффект зрительного восприятия усиливается путем подсветки поверхности жидкости лампами различного цвета. Это достигается с помощью системы подсветки, включающей один или более источников света с возможностью изменения их мощности и цвета.
Стенд также может использоваться для исследования физических свойств магнитных жидкостей - определения намагниченности магнитной жидкости и ее вязкости. При заданном токе в катушке намагничивания известно распределение напряженности магнитного поля в области расположения магнитной жидкости. По высоте конических выступов на поверхности магнитной жидкости при заданном токе в катушке (заданной напряженности) можно определить величину намагниченности магнитной жидкости. Чем больше высота выступов, тем выше намагниченность жидкости. Высота выступов может определяться оптическим способом. О вязкости магнитной жидкости можно судить по радиусу кривизны выступов на поверхности, чем выше вязкость, тем более радиус закругления, чем ниже вязкость, тем меньше радиус закругления и острее выступы.
Предлагаемый стенд позволяет без каких либо помех наблюдать, как магнитная жидкость реагирует на возникновение и изменение магнитного поля - выстраивает на поверхности периодическую структуру конических выступов, позволяет без труда менять жидкость в сосуде, так и сосуды с различными магнитными жидкостями имеют эффектное зрительское восприятие. Стенд удобен при транспортировке и хранении. Т.е., стенд обеспечивает повышение наглядности демонстрации физических свойств магнитных жидкостей, повышение технологичности обслуживания.