СТЕНД ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДС-2
STAND FOR DEMONSTRATING PHYSICAL PROPERTIES OF MAGNETIC LIQUIDS DS-2

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 физических свойств магнитных жидкостей, содержащий сосуд с магнитной жидкостью и источник магнитного поля, согласно изобретению содержит корпус из немагнитного материала, на торце которого размещен сосуд с магнитной жидкостью, а источник магнитного поля размещен под ним с возможностью его вращения в горизонтальной плоскости и возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении регулируемым приводом, и систему подсветки.
Источник магнитного поля выполнен в виде магнитной системы, состоящей из магнитопроводящего диска, на котором размещен по меньшей мере один постоянный магнит.
Регулируемый привод включает исполнительный механизм, содержащий вертикальную опорную стойку с роликом на свободном конце, на которой размещена с возможностью возвратно-поступательного движения относительно вертикали платформа с двигателем, на валу которого жестко закреплен диск переменной толщины, опирающийся на ролик опорной стойки.
Система подсветки содержит по меньшей мере одну цветную галогеновую лампу с узконаправленным световым потоком.
На фиг.1 изображен стенд для демонстрации и исследования физических свойств магнитных жидкостей. Стенд содержит корпус из немагнитного материала 1, на торце которого размещен сосуд 2 с магнитной жидкостью 3. Сосуд 2 может выполняться как из магнитного, так и немагнитного 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 2 выполнять из немагнитного материала, что позволит управлять формой поверхности магнитной жидкости более слабыми источниками магнитного поля. Сосуд 2 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. Под сосудом с жидкостью расположен источник магнитного поля, в качестве которого могут использоваться как постоянные магниты, так и электромагниты. В данном стенде источник магнитного поля выполнен в виде магнитной системы, состоящей из магнитопроводящего диска 4, на котором размещен(ы) постоянный(е) магнит(ы) 5. Магнитная система имеет возможность вращаться в горизонтальной плоскости и совершать возвратно-поступательные движения в вертикальном направлении. Управляет движением регулируемый привод, который включает исполнительный механизм, содержащий вертикальную опорную стойку 6, закрепленную в основании 7 корпуса 1, с роликом 8 на свободном конце. На опорной стойке 6 через втулку скольжения размещена платформа 9 с двигателем 10. На валу двигателя жестко закреплен диск 4 переменной толщины, опирающийся на ролик 8 опорной стойки 6. В изображенном на фиг.1 стенде в качестве диска переменной толщины используется магнитопроводящий диск 4 магнитной системы, но возможно применение и дополнительного диска, выполненного, допустим, из немагнитного материала. Электродвигатель 10 подключен к системе регулирования его скоростью вращения. Над сосудом с магнитной жидкостью расположена система подсветки 11, содержащая один или более источников света различного цвета. В стенде используются цветные галогеновые лампы с узконаправленными световыми потоками, обладающие малыми габаритами и достаточной мощностью светового пучка.
Стенд для демонстрации физических свойств магнитных жидкостей работает следующим образом. В сосуд 2 наливается магнитная жидкость 3. Включается подсветка поверхности магнитной жидкости 11. Первоначально диск 4 расположен таким образом, что стороной с наименьшей толщиной опирается на ролик 8 опоры 6 (фиг.1). В этом положении вся подвижная система стенда находится в нижней точке и магниты 5 максимально удалены от сосуда с магнитной жидкостью 2. Магнитное поле в области расположения поверхности магнитной жидкости слабое и жидкость имеет ровную горизонтально расположенную поверхность. Включается двигатель 10, который начинает вращать диск 4. Диск имеет переменную толщину и, двигаясь по ролику 8, поднимает подвижную систему вверх вместе с платформой 9 и двигателем 10. Магниты 5 приближаются к магнитной жидкости, их магнитное поле в области расположения поверхности магнитной жидкости усиливается. Устойчивость поверхности магнитной жидкости нарушается, на поверхности развиваются конические выступы, которые при приближении магнитной системы к сосуду с жидкостью увеличиваются в размерах, растет их количество, меняется взаимное расположение. В то же время возникшие фигуры из конических выступов совершают вращательное движение относительно чаши. Направленный свет источников различного цвета отражается от рельефной поверхности магнитной жидкости и дает ощущение внутреннего разноцветного свечения магнитной жидкости. В положении, когда магнитопроводящий диск 4 стороной с наибольшей толщиной опирается на ролик 8 (фиг.2), магнитная система максимально приближена к сосуду 2, периодическая структура конических выступов на поверхности магнитной жидкости имеет наиболее развитую и рельефную форму. При дальнейшем движении диска подвижная система начинает опускаться, магнитная система удаляется от магнитной жидкости, конические выступы на поверхности уменьшаются и исчезают. Поверхность жидкости принимает ровную плоскую горизонтальную форму.
Форму возникающих на поверхности жидкости периодических структур конических выступов можно менять, подбирая интенсивность источников магнитного поля и их взаимное расположение. В стенде, представленном на фиг.1, это реализуется изменением положения постоянных магнитов 5 на магнитопроводящем диске 4, формой и материалами постоянных магнитов. Регулировка скорости вращения магнитопроводящего диска с магнитами позволяет достичь максимального эффекта зрительного восприятия.
Предлагаемый стенд для демонстрации физических свойств магнитных жидкостей позволяет демонстрировать как ее магнитные, так и жидкостные свойства, без каких-либо помех для наблюдения за тем, как магнитная жидкость реагирует на возникновение и изменение магнитного поля - выстраивает на поверхности периодическую структуру конических выступов, которые увлекаются магнитным полем во вращательное движение, изменяют размеры и форму во времени, переливаются в отраженном свете. Благодаря этому стенд имеет эффектное зрительское восприятие. Кроме этого, стенд позволяет без труда менять как жидкость в сосуде, так и сосуды с различными магнитными жидкостями. Стенд технологичен в обслуживании, удобен при транспортировке и хранении.