涡流和磁阻尼演示装置的制作方法

本实用新型涉及一种涡流和磁阻尼演示装置，特别涉及一种能够更加直观地验证涡流和磁阻尼现象的电磁学实验演示装置。

背景技术：

涡流和磁阻尼等电磁学概念与电磁学中的其它概念一样，理解起来比较抽象，因此将一些抽象的概念转换为看的见﹑摸得着的演示实验具有重要意义。常见的涡流和磁阻尼现象演示装置结构通常为将开槽和未开槽的船型金属摆置于永磁铁形成的磁场中，观察磁场对二者摆动影响的不同，或者是将开口铜环和未开口铜环分别在铜环法线平行于外磁场磁力线的条件下进行自由下落，观察二者下落速度的不同。但是已有演示装置存在以下不足：首先，实验装置不够简便，便携性差，不利于在非实验室条件下进行演示。其次，对于涡流的存在，演示的直观程度欠佳。

技术实现要素：

为了克服上述涡流和磁阻尼演示装置的不足，提供了一种新的涡流和磁阻尼验证演示装置，该装置不但提高了演示装置的便携性，而且通过点亮led管进一步揭示了涡流及磁阻尼的本质特性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的涡流和磁阻尼演示装置，包括底座、永磁铁、扁平玻璃管和3个铝环，所述的底座、永磁铁、扁平玻璃管三者粘合连接在一起形成一个座式的主体，整个装置简单、便携。

所述3个铝环分别为闭合铝环、双向led铝环和开口铝环，3者的尺寸大小一致，尺寸范围如下，外径7-8cm，环宽0.4-1.0cm，厚度0.2-0.5cm，其中闭合铝环为符合上述尺寸的金属铝环，根据电磁学理论内容，闭合的导电金属环可以产生较大的涡流，而涡流在金属环中会产生热量，根据能量守恒原理，金属环高度下降提供重力势能将有一大部分转换成内能，因此转换成的动能就会减少，表现的现象就是闭合铝环进入磁场和离开磁场的过程下降缓慢，速度明显低于自由落体。开口铝环通过在闭合铝环的某段进行开口制成。根据电磁学理论，由于开口设计不能在铝环中产生较大的涡流，没有上述的能量转换，因此开口铝环的下降速度基本与自由落体过程一致。闭合铝环虽然很大程度上验证了涡流及磁阻尼效应的存在，通过在闭合铝环的某段进行开口并在开口处焊接上两个方向相反的发光二极管制成所述的双向led铝环，则进行上述下落实验时，在进入磁场和离开磁场时，除了下降速度明显降低，不论涡流的方向如何，反向并联的两个led灯中的一个会发光，这样就更加直观的验证了环路中存在涡流电流。

所述底座是四棱椎体的一部分,所述四棱椎体的底端面积比上端面积大,所述底座的高度为10-15cm,该高度能够保证将扁平玻璃管和磁铁举到特定的高度，铝环在通过磁极下落后，能够有足够的空间从扁平玻璃管中掉落出来。

所述的永磁铁n极或s极朝外伸出底座，朝外的磁极外侧面粘合所述的扁平玻璃管，永磁铁的横截面积为矩形，水平方向宽度为6-8cm，竖直方向的高度为6-8cm，该尺寸与铝环的直径相当。

所述扁平玻璃管宽度为9-10cm,高度为10cm,管沿竖直方向安装，扁平玻璃管的底端低于磁铁下侧边缘0.5-1cm,通过强力胶固定于磁极外侧平面，透明的扁平玻璃管便于观察者观察铝环的下降情况和led小灯的发光情况。

本实用新型的有益效果是：演示装置只包含了一个由底座、永磁铁、扁平玻璃管粘合形成装置主体和3个铝环组成。演示过程中不仅能够通过观察闭合铝环和开口的铝环在扁平玻璃管中自由下降的过程来验证磁场中运动的导体中存在涡流，而其通过增加双向led铝环，可以更加直观的证明闭合铝环在进入磁场和离开磁场时环路内有涡流电流的存在。可见所属的涡流和磁阻尼演示装置结构组成简单，演示过程操作简便，实验现象的效果直观。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型具体实施方式的结构示意图。

图中1.底座，2.永磁铁，3.扁平玻璃管，4.闭合铝环，5.双向led铝环，6.led小灯，7.开口铝环。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括底座、永磁铁、扁平玻璃管和3个铝环，所述的底座、永磁铁、扁平玻璃管三者粘合连接在一起形成一个座式的主体。底座采用塑料或亚克力板等材质进行制作，底端面积较大，上端面积较小的四棱椎体的一部分，其高度为15cm。永磁铁采用条形钕铁硼永磁铁，横截面积为矩形，水平方向宽度为8cm，沿竖直方向高度8cm，沿磁轴方向的厚度为8cm，用磁铁的n极或s极朝外伸出底座少许，将于底座接触的面通过强力胶与底座上表面粘合固定，然后将朝外的磁极外侧面与扁平玻璃管通过强力胶粘合。扁平玻璃管宽度为9cm，高度为10cm，沿竖直方向安装，底端略低于磁铁下侧边缘0.5cm。

3个铝环分别为闭合铝环、双向led铝环和开口铝环，3者的尺寸大小一致，外径8cm，环宽0.5cm，厚度0.2cm，开口铝环是在闭合铝环的某段进行开口，开口宽度0.2cm，双向led铝环是在闭合铝环的某段进行开口，开口宽度1cm，并在开口处并行焊接上两个方向相反的led管。

进行演示时首先将闭合铝环提于扁平玻璃管上方，将铝环对准扁平玻璃管，然后松手，铝环在重力的作用下下降，但是当铝环下端下降到永磁铁上端处，铝环的速度明显减慢，由于永磁铁的高度和铝环的直径相当，因此当铝环上端边缘进入磁场时，下侧边缘也已经或开始穿出磁场，因此在上侧边缘传出磁场前的全过程铝环保持了较慢的下降速度。因此证明了闭合的导体磁通量发生变化时产生涡流，该涡流使导体受到安培力的作用，而安培力总是要阻碍导体的相对运动，即电磁阻尼现象。

然后将开口磁环沿扁平玻璃管放下，发现其降落速度基本符合自由落体运动，现象的解释是在开口的环形铝环中不能形成绕环一周的涡流，因此基本没有受到安培力的作用，开口铝环在其重力的作用下自由落体。

最后将双向led铝环沿扁平玻璃管放下，铝环在重力的作用下下降，但是当铝环下端下降到永磁铁上端处，铝环的速度明显减慢，在上侧边缘穿出磁场前的全过程铝环保持了较慢的下降速度，同时在这一过程，方向并联的led小灯中的一个保持发亮，实验现象的解释是闭合的导体磁通量发生变化时产生涡流，涡流与磁场作用产生电磁阻尼现象。其中，涡流的方向取决于永磁体朝外的磁极及铝环的放置方向，但不论哪种方向均会使某一个发光二极管点亮。

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