RU156112U1 - DEVICE FOR DEMONSTRATION OF ELECTROMAGNETIC INDUCTION - Google Patents

Abstract

Устройство для демонстрации электромагнитной индукции, содержащее корпус, изготовленный из немагнитного материала, маховик, расположенный на стальном валу, который установлен на подшипниках, две основные катушки обмотки, снабжённые съёмными стальными сердечниками, постоянный магнит, движущийся относительно катушки обмотки, вольтметр, выключатель, лампу накаливания и клеммную колодку, отличающееся тем, что оно снабжено двумя дополнительными катушками обмотки, индуктивно связанными между собой и содержащими общий съёмный стальной сердечник, при этом одна из дополнительных катушек обмотки, клеммная колодка соединяются последовательно с одной из основных катушек обмотки, снабжённой съёмным сердечником, в электрическую цепь.A device for demonstrating electromagnetic induction, comprising a housing made of non-magnetic material, a flywheel located on a steel shaft that is mounted on bearings, two main winding coils equipped with removable steel cores, a permanent magnet moving relative to the winding coil, a voltmeter, a switch, an incandescent lamp and a terminal block, characterized in that it is provided with two additional winding coils inductively coupled to each other and containing a common removable steel sulfur Dechnik, while one of the additional coils of the winding, the terminal block are connected in series with one of the main coils of the winding, equipped with a removable core, in an electrical circuit.

Description

Полезная модель относится к средствам обучения учащихся в учебных заведениях различного уровня, а именно к техническим средствам, предназначенным для демонстрации электромагнитной индукции при изучении физики.The utility model relates to the means of teaching students in educational institutions at various levels, namely, technical means designed to demonstrate electromagnetic induction in the study of physics.

Известно устройство для демонстрации электромагнитной индукции [Патент РФ №2058049, Майер Р.В. Прибор для демонстрации электромагнитной индукции. Опубликовано 10.04.1996 г.], представленное на фиг. 1, содержащее привод вращения 1, обмотку 2, сердечник 3, два светодиода 4 и 5, магнит 6.A device for demonstrating electromagnetic induction [RF Patent No. 2058049, Mayer R.V. A device for demonstrating electromagnetic induction. Published on April 10, 1996], shown in FIG. 1, comprising a rotation drive 1, a winding 2, a core 3, two LEDs 4 and 5, a magnet 6.

Данное устройство имеет следующие недостатки:This device has the following disadvantages:

- эксплуатация данного устройства не безопасна, так как в качестве привода вращения используется электродрель, а электромагнит подключен к источнику переменного тока;- the operation of this device is not safe, since an electric drill is used as a rotation drive, and the electromagnet is connected to an alternating current source;

- невысокая наглядность, так как данное устройство не позволяет продемонстрировать зависимость ЭДС индукции от различных параметров, а также не позволяет продемонстрировать явление самоиндукции;- low visibility, since this device does not allow to demonstrate the dependence of the induction emf on various parameters, and also does not allow to demonstrate the phenomenon of self-induction;

- высокая стоимость, обусловленная наличием в составе устройства электродрели.- high cost due to the presence of an electric drill in the device.

Также известно устройство для демонстрации электромагнитной индукции [Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Физика: учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. - М.: «Просвещение», 2004, С. 28-29.], представленное на фиг.2, содержащее постоянный магнит 1, катушку обмотки 2, электроизмерительный прибор (гальвонометр) 3.Also known is a device for demonstrating electromagnetic induction [Myakishev G.Ya., Bukhovtsev BB, Physics: a textbook for grade 11 of educational institutions. - M .: "Education", 2004, S. 28-29.], Presented in figure 2, containing a permanent magnet 1, the coil of the winding 2, an electrical measuring device (galvanometer) 3.

Данное устройство имеет невысокую наглядность, так как:This device has a low visibility, as:

- устройство не позволяет продемонстрировать зависимость ЭДС индукции от различных параметров;- the device does not allow to demonstrate the dependence of the EMF induction on various parameters;

- устройство не позволяет продемонстрировать явление самоиндукции.- the device does not allow to demonstrate the phenomenon of self-induction.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для демонстрации электромагнитной индукции [Патент RU, №142705, Авторы: Коростылев Д.В., Швецов В.А., Шунькин Д.В., Белавина О.А. Опубликовано 27.06.2014 г.].Closest to the proposed device is a device for demonstrating electromagnetic induction [RU Patent, No. 142705, Authors: Korostylev DV, Shvetsov VA, Shunkin DV, Belavina OA Published 06/27/2014].

Данное устройство имеет недостаточную наглядность, так как оно не позволяет продемонстрировать явление взаимоиндукции.This device has insufficient visibility, since it does not allow to demonstrate the phenomenon of mutual induction.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение наглядности устройства.The technical result of the proposed device is to increase the visibility of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство, содержащее корпус, изготовленный из немагнитного материала, маховик, расположенный на стальном валу, который установлен на подшипниках, две основные катушки обмотки снабженные съемными стальными сердечниками, постоянный магнит, движущийся относительно катушки обмотки, вольтметр, выключатель, лампу накаливания и клеммную колодку, снабжено двумя дополнительными катушками обмотки индуктивно связанными между собой и содержащими общий съемный стальной сердечник, при этом одна из дополнительных катушек обмотки и клеммная колодка соединяются последовательно с одной из основных катушек обмотки снабженной съемным стальным сердечником в электрическую цепь.The specified technical result is achieved by the fact that the proposed device comprising a housing made of non-magnetic material, a flywheel located on a steel shaft that is mounted on bearings, two main winding coils equipped with removable steel cores, a permanent magnet moving relative to the winding coil, voltmeter, switch , an incandescent lamp and a terminal block, is equipped with two additional winding coils inductively coupled to each other and containing a common removable steel heart IR, wherein one of the additional coils and coil terminal block connected in series with one of the main winding coils provided with a removable steel core in an electrical circuit.

На фиг. 3-6 изображено предлагаемое устройство для демонстрации электромагнитной индукции.In FIG. 3-6 depict the proposed device for demonstrating electromagnetic induction.

Устройство содержит постоянный магнит 1, основную катушку обмотки 2, со съемным сердечником 3, корпус 4, изготовленный из немагнитного материала, маховик 5, расположенный на стальном валу 6, который установлен на подшипниках 7, основную катушку обмотки 8 со съемным сердечником 9, выключатель 10, вольтметр 11, лампу накаливания 12, клеммную колодку 13, две дополнительные катушки обмотки 14 и 15, общий съемный стальной сердечник 16.The device contains a permanent magnet 1, the main coil of the winding 2, with a removable core 3, a housing 4 made of non-magnetic material, a flywheel 5 located on a steel shaft 6 that is mounted on bearings 7, the main coil of the winding 8 with a removable core 9, switch 10 , voltmeter 11, incandescent lamp 12, terminal block 13, two additional coil windings 14 and 15, a common removable steel core 16.

Устройство используют следующим образом.The device is used as follows.

С помощью маховика 5, расположенного на стальном валу 6, который установлен на подшипниках 7 в корпусе 4, изготовленном из немагнитного материала, вращают постоянный магнит 1 при разомкнутом выключателе 10. При этом в обмотках 2 и 8 индуцируется ЭДС. Ее измеряют с помощью вольтметра 11. Затем замыкают выключатель 10, загорается лампа накаливания 12, так как обмотки 2 и 8, выключатель 10, вольтметр 11 и лампа накаливания 12 соединены последовательно через клеммную колодку 13 в электрическую цепь. При этом показание вольтметра 11 снижается, так как в цепи происходит падение напряжения. Таким образом, демонстрируют явление электромагнитной индукции и применение ее в электротехнике.Using a flywheel 5 located on a steel shaft 6, which is mounted on bearings 7 in a housing 4 made of non-magnetic material, the permanent magnet 1 is rotated with the switch 10 open. In this case, an EMF is induced in the windings 2 and 8. It is measured using a voltmeter 11. Then, the switch 10 is closed, the incandescent lamp 12 lights up, since the windings 2 and 8, the switch 10, the voltmeter 11 and the incandescent lamp 12 are connected in series through the terminal block 13 to the electrical circuit. In this case, the reading of the voltmeter 11 decreases, since a voltage drop occurs in the circuit. Thus, they demonstrate the phenomenon of electromagnetic induction and its application in electrical engineering.

Далее с помощью данного устройства учащимся наглядно демонстрируют, как электромагнитная индукция зависит от скорости вращения магнитного поля, величины магнитной индукции и длины проводника.Then, using this device, students are clearly demonstrated how electromagnetic induction depends on the rotation speed of the magnetic field, the magnitude of the magnetic induction, and the length of the conductor.

Использование устройства иллюстрируется с помощью следующих примеров:Using the device is illustrated using the following examples:

Пример 1. Замыкают выключатель 10 и изменяют скорость вращения постоянного магнита 1 с помощью маховика 5, при этом наблюдают изменение яркости лампы накаливания 12 и показаний вольтметра 11. Таким образом, демонстрируют зависимость ЭДС от скорости вращения магнитного поля (см. фиг. 3).Example 1. Close the switch 10 and change the speed of rotation of the permanent magnet 1 using the flywheel 5, while observing the change in brightness of the incandescent lamp 12 and the readings of the voltmeter 11. Thus, demonstrate the dependence of the EMF on the speed of rotation of the magnetic field (see Fig. 3).

Пример 2. Вынимают стальные съемные сердечники 3 и 9 из катушек обмоток 2 и 8 (см. фиг. 4), и снова вращают маховик 5 с максимальной скоростью, лампа накаливания 12 при этом не загорается, так как удаление стальных съемных сердечников 3 и 9 приводит к значительному снижению величины магнитной индукции и, следовательно, к снижению ЭДС. В результате опыта делают вывод о том, что ЭДС зависит от величины магнитной индукции.Example 2. Remove the removable steel cores 3 and 9 from the coils of the windings 2 and 8 (see Fig. 4), and again rotate the flywheel 5 at maximum speed, the incandescent lamp 12 does not light up, since the removal of the steel removable cores 3 and 9 leads to a significant decrease in the magnitude of magnetic induction and, consequently, to a decrease in EMF. As a result of the experiment, it is concluded that the EMF depends on the magnitude of the magnetic induction.

Пример 3. С помощью клеммной колодки 13 отключают катушку обмотки 8 и таким образом уменьшают длину проводника (см. фиг. 5). Замыкают выключатель 10 и вращают постоянный магнит 1 с максимальной скоростью, при этом наблюдают снижение яркости лампы накаливания 12 и снижение показаний вольтметра 11. Из этого делают вывод, что важным параметром, влияющим на величину ЭДС, является длина активной части проводника.Example 3. Using the terminal block 13 disconnect the coil of the winding 8 and thus reduce the length of the conductor (see Fig. 5). The switch 10 is closed and the permanent magnet 1 is rotated at maximum speed, while a decrease in the brightness of the incandescent lamp 12 and a decrease in the readings of the voltmeter 11 are observed. From this it is concluded that the length of the active part of the conductor is an important parameter affecting the magnitude of the emf.

Пример 4. Повторяют опыт 3. При этом размыкают выключатель 10 и на вольтметре 11 отмечают увеличение значения напряжения (см. фиг. 5). Эта разница в показаниях вольтметра 11 обусловлена явлением электромагнитной самоиндукции, возникающей при размыкании электрической цепи содержащей катушку обмотки 2 со съемным сердечником 3.Example 4. Repeat experiment 3. In this case, open the switch 10 and on the voltmeter 11 note the increase in the voltage value (see Fig. 5). This difference in the readings of the voltmeter 11 is due to the phenomenon of electromagnetic self-induction that occurs when the electrical circuit containing the coil of the winding 2 with a removable core 3 is opened.

Пример 5. Выводы катушки со съемным сердечником 8, через клеммную колодку 13 подключают к выводам дополнительной катушки 14, к выводам дополнительной катушки 15 через клеммную колодку 13 подключают вольтметр 11 (см. фиг. 6). Затем приводят во вращение маховик 5, при этом вращается постоянный магнит 1 и наводится ЭДС в катушке 8, при этом катушка 8 является источником электрического питания для катушки 14. Так как катушка 15 индуктивно связана с катушкой 14, в ней наводится вторичная ЭДС, величину которой измеряют с помощью вольтметра. Затем снимают стальной сердечник 16 и вновь измеряют величину ЭДС образованной в катушке 15 за счет явления взаимоиндукции, при этом устанавливают, что величина ЭДС значительно снизилась, что обусловлено значительным снижением магнитного потока, наводящего ЭДС в катушке 15. В результате опыта делают вывод, что для эффективной работы трансформатора необходим общий стальной сердечник с магнитопроводом.Example 5. The findings of the coil with a removable core 8, through the terminal block 13 are connected to the terminals of the additional coil 14, to the conclusions of the additional coil 15 through the terminal block 13 connect a voltmeter 11 (see Fig. 6). Then, the flywheel 5 is rotated, while the permanent magnet 1 is rotated and the EMF is induced in the coil 8, while the coil 8 is an electric power source for the coil 14. Since the coil 15 is inductively coupled to the coil 14, a secondary EMF is induced in it, the value of which measured with a voltmeter. Then remove the steel core 16 and again measure the magnitude of the EMF formed in the coil 15 due to the phenomenon of mutual induction, while it is established that the magnitude of the EMF is significantly reduced due to a significant decrease in the magnetic flux leading to the EMF in the coil 15. As a result of the experiment, it is concluded that for For efficient operation of the transformer, a common steel core with a magnetic core is needed.

Таким образом, использование предлагаемого устройства обеспечивает следующие преимущества:Thus, the use of the proposed device provides the following advantages:

- повышение наглядности, так как с помощью устройства можно демонстрировать явление взаимоиндукции.- increasing the visibility, since using the device you can demonstrate the phenomenon of mutual induction.

- учащиеся могут самостоятельно собирать электрические схемы.- Students can independently assemble electrical circuits.

Claims (1)

Устройство для демонстрации электромагнитной индукции, содержащее корпус, изготовленный из немагнитного материала, маховик, расположенный на стальном валу, который установлен на подшипниках, две основные катушки обмотки, снабжённые съёмными стальными сердечниками, постоянный магнит, движущийся относительно катушки обмотки, вольтметр, выключатель, лампу накаливания и клеммную колодку, отличающееся тем, что оно снабжено двумя дополнительными катушками обмотки, индуктивно связанными между собой и содержащими общий съёмный стальной сердечник, при этом одна из дополнительных катушек обмотки, клеммная колодка соединяются последовательно с одной из основных катушек обмотки, снабжённой съёмным сердечником, в электрическую цепь.

A device for demonstrating electromagnetic induction, comprising a housing made of non-magnetic material, a flywheel located on a steel shaft mounted on bearings, two main winding coils equipped with removable steel cores, a permanent magnet moving relative to the winding coil, a voltmeter, a switch, an incandescent lamp and a terminal block, characterized in that it is provided with two additional winding coils inductively coupled to each other and containing a common removable steel sulfur Dechnik, while one of the additional coils of the winding, the terminal block are connected in series with one of the main coils of the winding, equipped with a removable core, in an electrical circuit.

Images