УНИВЕРСАЛЬНОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ
UNIVERSAL TOOL ATTACHMENT FOR ELECTROMAGNETISM DEMONSTRATION

Изобретение относится к учебным приборам и приспособлениям при проведении фронтальных лабораторных работ по разделу магнетизма, при демонстрации опытов взаимодействия катушки с магнитом, при изучении колебательного движения маятника, при изучении магнитного и электрического полей и ряда других опытов по курсу общей физики для общеобразовательных школ и учебных заведений.
Известно техническое решение по патенту РФ на полезную модель №8146, кл. G09B 23/18, 1997 г., в котором используется демонстрационный стол и подставка для размещения исследуемых объектов. Данный прибор очень ограничен в проведении опытов, т.е. фактически позволяет провести только один эксперимент.
Известно техническое решение «Учебный прибор-маятник для демонстрации законов электромагнитной индукции» по заявке РФ №94025621, кл. G09B 23/18, опубликованной 10.05.1996 г. Данное техническое решение содержит электромагнит, между полюсами которого перемещается подвешенный на нити маятник, т.е. совершает колебательное движение, при этом возникает торможение маятника за счет взаимодействия магнитных вихревых токов и магнитного поля магнита. Однако данное техническое решение не позволяет демонстрировать комплекс опытов по электромагнитной индукции.
Известно техническое решение по патенту РФ на №2364944, кл. G09B 23/06, 2007 г., в котором используется приспособление, включающее массивное основание, стойку, перекладину, к которой подвешивается маятник, содержащий корпус. Данный прибор очень ограничен в проведении опытов, т.е. фактически позволяет провести только один эксперимент.
Наиболее близким техническим решением является «Прибор для экспериментальной проверки закона Ампера» по патенту РФ №2321074, кл. G09В 23/18, 2006 г., который включает магнит, взаимодействующий с токопроводящим элементом - рамкой, жесткие токопроводящие элементы которой взаимодействуют с осью вращения, к которой подключены провода от источника тока. При прохождении тока по токопроводящему элементу - рамке она поворачивается, т.е. фактически является маятником.
Однако данный прибор также ограничен в проведении опытов, т.е. фактически позволяет проводить только один опыт по проверке закона Ампера.
Задачей настоящего изобретения является создание универсального учебного прибора, позволяющего расширить количество демонстрируемых экспериментов для исследования явления электромагнитной индукции, а также изучение взаимодействия катушки с током и постоянным магнитом, вращения катушки-мотка с током в магнитном поле, изучение силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, - это обеспечение чистоты проведения опытов, повышение наглядности проведения опытов, а следовательно, повышение качества обучения учащихся.
Для решения поставленной задачи предлагается «Универсальное приспособление для демонстрации электромагнитных явлений», включающее магнит, вращающийся на оси токопроводящии элемент, взаимодействующий посредством жестких токопроводников с осью вращения, связанной посредством гибких проводов с источником тока, характеризующееся тем, что вращающийся токопроводящий элемент выполнен в виде катушки-мотка, снабженной корпусом, к которому диаметрально закреплены полуоси, каждая из которых соединена с одним из концов обмотки катушки-мотка, причем каждая полуось вставлена в отверстие, выполненное в концевой зоне консольной ступени ступенчатого кронштейна, а другая ступень каждого кронштейна снабжена концевым прямоугольным хвостовиком, посредством которых ступенчатые кронштейны закреплены с разных сторон к боковым поверхностям стержня, причем к хвостовикам подсоединены удлиняющие провода, подключаемые к источнику тока, при этом на стержне выполнено центральное отверстие, равноудаленное как от центра полуосей, так и от центра подвесного отверстия, выполненного на свободном конце стержня.
Универсальное приспособление для демонстрации электромагнитных явлений, характеризующееся тем, что стержень снабжен вырезами с зацепами для укладки удлиняющих проводов.
Универсальное приспособление для демонстрации электромагнитных явлений, характеризующееся тем, что нижний обрез ступенчатых кронштейнов и нижний обрез стержня находятся в одной горизонтальной плоскости.
На фиг. 1 представлено универсальное приспособление для демонстрации электромагнитных явлений, вид сверху, на фиг. 2 - то же, вид сбоку.
Универсальное приспособление для демонстрации электромагнитных явлений состоит стержня 1, выполненного в виде полосы из облегченного немагнитного электроизоляционного материала. На одном конце стержня 1, с разных сторон к его боковым плоскостям закреплены посредством хвостовиков 2 ступенчатые кронштейны 3, образующие своего рода вилку 20, в хвостовиках 2 выполнены отверстия под винты 10 для закрепления кронштейнов 3 к стержню 1. В свободной консольной ступени 4 каждого ступенчатого кронштейна 3 в его концевой зоне выполнены отверстия 5, в которые своими полуосями 6 устанавливается катушка-моток 7. Катушка-моток 7 снабжена охватывающим ее корпусом 8, в котором диаметрально закреплены полуоси 6, к которым подсоединены концы 9 обмотки катушки-мотка 7. Катушка-моток 7 свободно вращается на полуосях 6 в отверстиях 5, такая конструкция обеспечивает малое трение, и в тоже время обеспечивается хороший контакт, обеспечивающий прохождение электротока. К винтам 10 подсоединены удлиняющие провода 11, свободные концы которых снабжены штекерами 12. Удлиняющие провода 11 фиксируются в промежуточных отверстиях 21, выполненных в стержне. Другой конец стержня 1 снабжен отверстием 13, которое используется при проведении опытов при использовании универсального приспособления как маятника с катушкой. В средней зоне стержень снабжен выступом 14, в котором выполнено отверстие 15, при этом отверстие 15 на выступе равно удалено как от отверстия 13 на свободном конце стержня 1, так и от оси, на которых расположены полуоси 6, отверстие 15 используется при проведении ряда опытов по взаимодействию катушки с магнитом, при проведении опытов по определению силы Ампера и других. В универсальном приспособлении для демонстрации электромагнитных явлений нижний обрез 16 ступенчатых кронштейнов 6, т.е. вилки 20, и нижний обрез 17 стержня находятся в одной горизонтальной плоскости. Такое выполнение универсального приспособления обеспечивает проведение опыта, когда на консольные ступени 4 сверху свободно размещается токопроводящая немагнитная, например медная, тонкая трубочка, т.к. медь является наилучшим немагниным проводником, трубчатость обеспечивает меньший вес, а под катушкой размещается магнит, и при подаче тока в катушку воспроизводят взаимодействие проводника с током и с магнитным полем, т.е. наблюдают качение медной трубки, что повышает наглядность проведения опытов.
Стержень 1 снабжен вырезами 18 с зацепами 19 для укладки удлиняющих проводов 11, выполненных длинными и гибкими, что позволяет исключить при проведении опытов механические напряжения и их повреждения.
Универсальное приспособление для демонстрации электромагнитных явлений работает следующим образом. Удлиняющие провода 11 посредством штекеров 12 подсоединяются к источнику тока, который поступает по замкнутой цепи - винты 10, хвостовики 2 кронштейна 3, консольная ступень 4, полуоси 6, обмотка катушки-мотка 7, в катушке-мотке возникает магнитное поле, и при поднесении магнита в зону обмотки наблюдают взаимодействие катушки с током и магнита при фиксированном положении магнита и жестко ориентированной катушки.
При подвешивании стержня 1 за отверстие 15 проводят опыты по определению силы Ампера, при этом за отверстие 13 закрепляют гири, по которым судят о силе магнитного взаимодействия.
Данное «Универсальное приспособление для демонстрации электромагнитных явлений» было изготовлено, апробировано на уроках физики, обеспечило высокую наглядность проведения опытов и вызвало большую заинтересованность учащихся в проведении опытов.