×
25.08.2017
217.015.9e9a

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАРЯДОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области измерительной и учебной техники и может быть использовано для изучения явлений электромагнетизма. По периметру диэлектрического диска впрессованы полые металлические цилиндрики, отверстие их обращено наружу. Диск расположен на изолированном основании. Металлический зонд расположен на изолированном штативе с возможностью его введения внутрь каждого цилиндрика при повороте диска, выполнен в виде заостренной иглы и соединен через вольтметр и реостат с источником питания. Зонд вводят внутрь цилиндрика до соприкосновения его с донышком. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности создания на поверхности твердых тел распределенного заряда с контролируемой величиной заряда. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области измерительной и учебной техники и может быть использовано для изучения явлений электромагнетизма, например электростатики, создания конденсаторов с изменяющейся емкостью, для измерения распределенных зарядов с заданным законом их распределения на поверхности материалов.

Распределение зарядов на поверхности тел имеет принципиальное значение для создания материалов с заданными свойствами, создания систем для фокусировки заряженных частиц.

Демонстрация этого явления, а также создание систем с распределенными зарядами является важной практической задачей измерительной техники и представляет интерес для учебного процесса, так как обучение требует применения творчески поставленных опытов.

Известно устройство создания зарядов на поверхности материалов. Металлический шар помещают в электрическое поле заданной конфигурации и на поверхности шара создают индуцированный заряд с поверхностной плотностью заряда σ, величина которого зависит от полярного угла Θ заряжаемого шара (Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма: Учебное пособие для вузов. - М.: Высш. Шк., 1983. - с. 55). Диэлектрическое непроводящее кольцо заряжают с линейной плотностью λ=λ0cosΘ, где λ0 - положительная постоянная, Θ - азимутальный угол (Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма: Учебное пособие для вузов. - М.: Высш. Шк., 1983. - С. 35). Для демонстрационных опытов тела подвергают трению, электризуют и качественно с помощью электроскопа определяют наличие электрического заряда (Калашников С.Г. Электричество: Учебное пособие: - М.: Наука. - с. 18-20). Известно устройство, состоящее из источника тока, вольтметра, металлического зонда, заряжаемого тела.

С помощью вольтметра демонстрируют наличие заряда на теле и его изменение (Guisasola Jenaro, Zubimendi José L., Zuza Kristina. How much have students learned, Research-based teaching on electrical capacitance - Изучение базовых понятий электроемкости // Physical Review Special Topics - Physics Education Research 6, 020102-2010. - pp. 1-10).

Эти устройства не позволяют устанавливать контролируемые количественные значения распределения зарядов по поверхности тела и предназначены для демонстрационных и оценочных целей.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является устройство и способ его применения, описанные в патенте (Лидер A.M., Ларионов В.В., Гаранин Г.В. Патент №2541298, МПК G09B 23/18, опубл. 20.05.2014, Бюл. 14). По периметру диэлектрического диска, расположенного на изолированном основании, впрессованы металлические шарики, диаметр которых равен толщине диска. Металлический зонд размещен на изолированном штативе и соприкасается с каждым шариком последовательно при повороте диска на угол Θ от 0 до 360 градусов. Он выполнен в виде заостренной иглы и соединен через вольтметр и реостат с источником питания. По формулам рассчитывают заряды на каждом шарике и получают значения распределенных по периметру диэлектрического диска электрических зарядов для создания электрического поля заданной конфигурации и демонстрации явлений электростатики.

Недостатком устройства и способа является слабая точность получения распределенного заряда с контролируемой величиной, так как не весь заряд переходит с иглы на поверхность шариков.

Это связано с тем, что заряд с несущего заряд тела полностью переносится на другое только при вхождении иглы внутрь заряжаемого тела.

Например, на этом принципе устроен генератор Ван-дер Граафа (Савельев И.В. курс общей физики. Т. 2. Электричество. Магнетизм. Волны. Оптика. М., Наука, 1978. с. 214), когда все заряды переносятся внутрь полости. Кроме того, шарики трудны в изготовлении с заданной точностью.

Задача - создание устройства и способа для получения электрического заряда на поверхности тел с заданным законом распределения электрического заряда на заряжаемых телах.

Устройство для создания зарядов на поверхности тел содержит заряжаемое тело в виде диэлектрического диска, расположенного на изолированном основании. Металлический зонд размещен на изолированном штативе и соединен с вольтметром, реостатом и источником питания. Диэлектрический диск выполнен с впрессованными по окружности полыми металлическими цилиндриками, диаметр которых равен длине цилиндрика. При каждом повороте диэлектрического диска металлический зонд в виде заостренной иглы вводится внутрь цилиндрика, касаясь его донышка.

Для создания зарядов на поверхности тел диэлектрический диск располагают на изолирующем основании. По окружности

диэлектрического диска впрессовывают полые металлические цилиндрики, диаметр которых равен их длине. Внутрь каждого цилиндрика вводят зонд до соприкосновения с донышком, заряжают его и все последующие цилиндрики. Диэлектрический диск поворачивают последовательно на угол Θ от 0 до 360 градусов, заряжают каждый цилиндрик, устанавливают на зонде нужный потенциал, изменяя подаваемое на зонд напряжение с помощью реостата. Записывают на каждом цилиндрике заданное значение напряжения вольтметра ϕ и угол поворота диска Θ. По формулам рассчитывают заряды на каждом цилиндрике и получают значения распределенных по периметру диэлектрического диска электрических зарядов по закону, необходимому для создания электрического поля заданной конфигурации и демонстрации явлений электромагнетизма.

На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа создания распределенного заряда на поверхности тел.

На фиг. 2 показано расположение внутри полого металлического цилиндрика металлического зонда.

Устройство содержит диэлектрический диск 1 из непроводящего материала (например, тефлон), установленный на изолированном основании 2, металлические цилиндрики 3 с донышком, металлический зонд 4, выполненный в виде иглы длиной 10-12 мм на изолированном штативе 5 диаметром 1 мм, вольтметр 6 - В2-27, реостат 7 - РСП-1-1, включенный по схеме потенциометра, источник питания 8 - APS-1303. Угол поворота диэлектрического диска - Θ.

На фиг. 2 - L - длина зонда, l - длина цилиндрика, равная диаметру цилиндрика d. Реостат является делителем напряжения - от источника питания на зонд подают положительное или отрицательное напряжение в зависимости от типа и требуемого закона распределенного заряда, создаваемого на поверхности тела.

Способ создания заряда на поверхности тел с помощью данного устройства заключается в следующем. С помощью реостата и вольтметра устанавливают заданное значение напряжения ϕ0 на металлическом зонде.

Записывают значение угла Θ, определяя положение цилиндрика и значение напряжения на зонде и, соответственно, на цилиндрике. Вводят зонд до его соприкосновения с донышком цилиндрика, заряжают его, затем выводят зонд из цилиндрика, поворачивают диск на угол Θ до следующего цилиндрика, измеряют и записывают угол поворота Θ, по формуле ϕ=ϕ0cosΘ вычисляют напряжение на зонде, реостатом устанавливают полученное значение напряжения на зонде и записывают его значение. Повторяют действия до тех пор, пока не будут заряжены все цилиндрики диска.

Для осуществления работы устройства определяют электрическую емкость каждого цилиндрика C по формуле

где ε0 - электрическая постоянная, R - радиус цилиндрика. Эта формула справедлива для случая, когда длина цилиндрика равна его диаметру. Заряд каждого цилиндрика Q равен

где ϕ - напряжение на цилиндрике, которое равно напряжению зонда, так как зонд введен внутрь цилиндрика. Напряжение зонда ϕ устанавливают с помощью реостата. В данном случае реостат служит делителем напряжения, которое создает источник тока. Таким образом, заряд i-го цилиндрика Q равен

Так как при каждом повороте диска на угол Θ с помощью реостата изменяют потенциал ϕ зонда, а следовательно, и цилиндрика, то заряд на диске с помощью устройства изменяют по требуемому закону. Например, ϕ=ϕ0cosΘ, тогда

где ϕ0 - начальное значение напряжения зонда и первого цилиндрика. Физической основой устройства является зависимость заряда металлического цилиндрика от его размеров и его места расположения на поверхности диэлектрического тела. Для того чтобы заряд распределялся плавно по периметру диска, размеры цилиндриков должны быть более чем в 10 раз меньше размеров диска.

Конкретный пример создания распределенного электрического заряда на поверхности диска и способ его применения. Вырезают из листа непроводящего материала толщиной 1,5-2 мм (тефлон) диск 1 радиусом 60 мм. Затем с торца диска по окружности сверлят отверстия диаметром 1 мм с допуском -0.01 мм на расстоянии 0.5 мм друг от друга. В отверстия впрессовывают полые металлические цилиндрики 3 диаметром 1 мм и диаметром внутренней полости 0.6÷0.8 мм. Диск устанавливают на жестко закрепленную диэлектрическую подставку 2 с возможностью его вращения относительно оси, проходящей через его геометрический центр. К металлическим цилиндрикам диэлектрического диска подводят жестко закрепленный на изолированном штативе металлический зонд 4. Зонд 4 - металлический стержень в виде заостренной иглы - диаметром 0.5 мм и длиной 15 мм соединяют с вольтметром 6 - В2-27, реостатом 7 - РСП-1-1, включенным по схеме потенциометра, источником питания 8 - APS-1303. Для создания заряда на цилиндриках на зонд 4 подают напряжение от источника питания 8, затем зонд 4 вводят внутрь первого цилиндрика 3 до соприкосновения его с донышком. После соприкосновения выводят зонд 4 из цилиндрика 3. Поворачивают диск на угол Θ до расположения зонда 4 напротив отверстия следующего цилиндрика 3, увеличивают напряжение с помощью реостата, вводят внутрь цилиндрика зонд 4, после соприкосновения с донышком зонд выводят из цилиндрика, записывают показания вольтметра и значения угла Θ. Процесс повторяют до тех пор, пока не будут заряжены все цилиндрики диска или их необходимое число. Величину заряда на каждом цилиндрике рассчитывают по формуле (4). Если напряжение на первом цилиндрике 3 установлено ϕ=10 В, то заряд Q=Cϕ=4πε0Rϕ=(1.122±0.001) пКл. Далее заряд на цилиндриках 3 изменяется по выбранному заранее закону, например по косинусоидальному закону. Погрешность измерения величины заряда находят по формуле (5)

(5)

где ΔR - погрешность измерения радиуса цилиндра, Δϕ - погрешность измерения потенциала зонда.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности создания на поверхности твердых тел распределенного заряда с контролируемой величиной заряда.


УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАРЯДОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАРЯДОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТЕЛ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 87.
10.11.2013
№216.012.7f61

Способ определения содержания водорода в титане

Изобретение может быть использовано для контроля материалов, изначально свободных и защищенных от водорода для космических аппаратов, активных зон водоохлаждаемых ядерных энергетических установок (ЯЭУ), вентиляторов двигателей самолетов, дисков турбин высокого и низкого давления, их планетарных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498282
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.12.2013
№216.012.89fc

Способ идентификации водородного охрупчивания легких сплавов на основе титана

Использование: для идентификации водородного охрупчивания легких сплавов на основе титана. Сущность заключается в том, что измеряют зависимость скорости распространения ультразвуковой волны в легких сплавах от содержания в них водорода. Способ отличается тем, что на поверхности металла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501006
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.06.2014
№216.012.ccf3

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов

Изобретение относится к области обработки металлов резанием и может быть использовано для прогнозирования - контроля износостойкости твердосплавных режущих инструментов при их изготовлении, использовании или сертификации. Сущность: проводят испытание на изменение величины исходного параметра от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002518238
Дата охранного документа: 10.06.2014
10.02.2015
№216.013.2675

Устройство для создания зарядов на поверхности тел и способ его применения

Изобретение относится к области измерительной и учебной техники и может быть использовано для изучения явлений электромагнетизма. По периметру диэлектрического диска впрессованы металлические шарики, диаметр которых равен толщине диска. Диск расположен на изолированном основании. Металлический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541298
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.26cf

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов по содержанию водорода в поверхностной и приповерхностной структуре. Отличительная особенность способа прогнозирования износостойкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541388
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.09.2015
№216.013.777d

Устройство для измерения коэффициентов диффузии водорода в металлах и способ его применения

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии водорода в различных конструкционных материалах, используемых в космической и атомной технике, в изделиях, подвергаемых наводороживанию и облучению в процессе эксплуатации. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562178
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.10.2015
№216.013.8147

Способ определения параметров асинхронного электродвигателя

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения параметров асинхронных электродвигателей. Способ заключается в том, что в течение пуска и работы асинхронного электродвигателя одновременно измеряют мгновенные величины токов и напряжений на двух фазах статора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564692
Дата охранного документа: 10.10.2015
27.10.2015
№216.013.89bc

Устройство для сжигания жидкого и газообразного топлива

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области энергетического машиностроения, и позволяет обеспечить эффективность и экологичность сжигания жидкого и газообразного топлива. Устройство содержит корпус, канал рециркуляции, регулирующую заслонку и выхлопную трубу. В корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566863
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.11.2015
№216.013.9196

Способ оценки эффективности защиты лимфоцитов от апоптоза

Изобретение касается способа оценки эффективности защиты лимфоцитов от апоптоза, относится к медицине и может быть использовано в биохимии, кардиологии и терапии. Способ включает выделение лимфоцитов, инкубацию клеток 48 часов при температуре 37°С и 5% содержанием СО, количественное определение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568886
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.11.2015
№216.013.94b2

Способ получения влагостойкого композитного топлива из торфа

Изобретение относится к способу получения твердого композитного топлива из торфа, который включает термическую обработку торфа при температуре 200-500°C без доступа воздуха, смешивание связующего с измельченным углеродистым остатком, формирование из полученной смеси брикета и его сушку, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569685
Дата охранного документа: 27.11.2015
Показаны записи 1-10 из 61.
10.02.2015
№216.013.2675

Устройство для создания зарядов на поверхности тел и способ его применения

Изобретение относится к области измерительной и учебной техники и может быть использовано для изучения явлений электромагнетизма. По периметру диэлектрического диска впрессованы металлические шарики, диаметр которых равен толщине диска. Диск расположен на изолированном основании. Металлический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541298
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.26cf

Способ прогнозирования износостойкости твердосплавных режущих инструментов

Изобретение относится к области машиностроения и касается прогнозирования и контроля износостойкости твердосплавных группы применяемости К режущих инструментов по содержанию водорода в поверхностной и приповерхностной структуре. Отличительная особенность способа прогнозирования износостойкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541388
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.09.2015
№216.013.777d

Устройство для измерения коэффициентов диффузии водорода в металлах и способ его применения

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициентов диффузии водорода в различных конструкционных материалах, используемых в космической и атомной технике, в изделиях, подвергаемых наводороживанию и облучению в процессе эксплуатации. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002562178
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.10.2015
№216.013.8147

Способ определения параметров асинхронного электродвигателя

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения параметров асинхронных электродвигателей. Способ заключается в том, что в течение пуска и работы асинхронного электродвигателя одновременно измеряют мгновенные величины токов и напряжений на двух фазах статора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564692
Дата охранного документа: 10.10.2015
27.10.2015
№216.013.89bc

Устройство для сжигания жидкого и газообразного топлива

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области энергетического машиностроения, и позволяет обеспечить эффективность и экологичность сжигания жидкого и газообразного топлива. Устройство содержит корпус, канал рециркуляции, регулирующую заслонку и выхлопную трубу. В корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566863
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.11.2015
№216.013.9196

Способ оценки эффективности защиты лимфоцитов от апоптоза

Изобретение касается способа оценки эффективности защиты лимфоцитов от апоптоза, относится к медицине и может быть использовано в биохимии, кардиологии и терапии. Способ включает выделение лимфоцитов, инкубацию клеток 48 часов при температуре 37°С и 5% содержанием СО, количественное определение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568886
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.11.2015
№216.013.94b2

Способ получения влагостойкого композитного топлива из торфа

Изобретение относится к способу получения твердого композитного топлива из торфа, который включает термическую обработку торфа при температуре 200-500°C без доступа воздуха, смешивание связующего с измельченным углеродистым остатком, формирование из полученной смеси брикета и его сушку, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569685
Дата охранного документа: 27.11.2015
20.01.2016
№216.013.a233

Способ обработки полых цилиндров

Изобретение относится к обработке полых цилиндров. Выполняют бурты у торцев цилиндров. Осуществляют дорнование отверстия цилиндра с натягом, равным не менее 5% от его диаметра. Осуществляют осевое пластическое растяжение цилиндра с деформациями 1…2,5%. Осуществляют дорнование отверстия цилиндра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573165
Дата охранного документа: 20.01.2016
20.02.2016
№216.014.e822

Тепловизионная система для проведения наружной тепловизионной съемки

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при проведении наружной тепловизионной съемки для диагностики состояния строительных сооружений и энергетических объектов. Тепловизионная система для проведения наружной тепловизионной съемки содержит блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002575798
Дата охранного документа: 20.02.2016
10.04.2016
№216.015.2f37

Способ разводороживания сварных швов магистральных газопроводов

Изобретение относится к анализу материалов радиационными методами и может быть использовано для разводороживания сварных швов магистральных газопроводов. При изготовлении сварного шва измеряют его температуру и при достижении в одной из точек шва температуры 200-240ºС над ней устанавливают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580582
Дата охранного документа: 10.04.2016
+ добавить свой РИД