Как сделать электростатический маятник
Обновлено: 05.07.2024
Рассмотрено несколько видов электростатических осцилляторов, грузом в которых служит электрически заряженный шарик. При этом физический и математический электростатические маятники совместно с проводящей заземлённой пластиной образуют бистабильный осциллятор, имеющий при одном и том же наборе параметров два устойчивых положения равновесия и одно неустойчивое. Для этого осциллятора построены бифуркационнные кривые и исследованы нелинейные колебания. Пружинный электростатический маятник тоже имеет точку бифуркации, кроме того, при электрическом пробое воздуха он может совершать автоколебания. Показано, что к электростатическим осцилляторам можно отнести заряженную границу раздела жидкостей, находящуюся во внешнем электрическом поле. Приведены результаты экспериментов, подтверждающие теоретические выводы.
PACS: 01.50.Pa, 41.20.Cv, 45.50.−j ( все )
DOI: 10.3367/UFNr.0182.201207e.0749
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2012/7/e/
Цитата: Саранин В А "Электростатические осцилляторы" УФН 182 749–758 (2012)
Поступила: 14 января 2011, доработана: 12 октября 2011, одобрена в печать: 13 марта 2012
English citation: Saranin V A “Electrostatic oscillators” Phys. Usp. 55 700–708 (2012); DOI: 10.3367/UFNe.0182.201207e.0749
Электрические качели - хороший подарок для ребенка, а при добротной сборке можно развить идею до, например, офисного сувенира.
Катушка мотается двойным проводом сечением каждый примерно 0.25-0.3 около 1500 витков, т.е. параллельно берутся 2 медных провода и мотаются на катушку. На схеме видно, что конец первого провода соединяется с началом второго. Форму катушки выбрал из логических соображений овальной, т.к. магнит, проходящий над ней, будет лучше взаимодействовать по длине большей диагонали эллипса. Сердечник не использовал, так что можете поэкспериментировать с ним. Мотать лучше аккуратно, виток к витку, но не обязательно.
Транзистор прямой проводимости, можно взять МП39…42, диод любой, батарейка обычная на 1.5 вольт. Для удобства лучше сделать выключатель.
Прошу прощения за кустарную сборку, но я делал ее в школьные годы на голом энтузиазме по схеме из старого отцовского блокнота со схемами, так что толком неизвестно, откуда она взялась, и хотел просто как можно скорей увидеть, как она работает.
Запускается просто, включаете устройство и толкаете магнит, через пару секунд вы заметите, как интенсивно начнет колебаться маятник. Система будет лучше работать, если получится создать резонанс, т.е. равенство частот работы схемы и собственной частоты маятника, которая высчитывается по формуле . Здесь это достигается подгонкой всех параметров маятника. Закрепить шатун лучше на 2-х подшипниках, а не на 1-м как у меня.
Дальше все зависит от вашей фантазии и умелых рук, дерзайте! Отпишитесь в комментариях, может есть аналогичные схемы.
I. Маятник электростатический предназначен для демонстрации взаимодействия тел, заряженных одноименными и разноименными зарядами.
Проводимые опыты:
- обнаружение заряда электростатическими маятниками,
- два рода зарядов и их взаимодействие.
Каждый маятник состоит из изогнутого на концах металлического стержня, резиновой пробки с нитью и тонкостенной гильзы из фольги. Для проведения опытов концы стержней устанавливают в изолирующих штативах.
Габариты: Диаметр стержня 4 мм, длина 325 мм. Диаметр гильзы 17 мм, длина 50 мм.
В комплект входит 2 штуки.
II. Контрольные вопросы и задания
1. Как можно обнаружить электрический заряд с помощью электростатического маятника?
2. Запишите названия опытов, проводимых с помощью электростатических маятников.
3. Почему при проведении опытов концы стержней устанавливают в изолирующих штативах?
4. Сделайте два электростатических маятника из алюминиевой фольги и укрепите их на шёлковых нитях. Размеры маятников: диаметр 10-15 мм; длина нити – 50 мм.
5. Сделайте эскиз маятника, проставив на нём необходимые размеры. Разработайте технологическую карту на изготовление электростатического маятника, включающую материал изделия, наименование операций, инструменты и приспособления для изготовления прибора. Ниже представлена таблица, заполните ее.
| № пп | Материал | Наименование Операций | Инструменты и приспособления |
6. Подготовьте фрагмент урока с использованием изготовленных электростатических маятников. При этом продумайте и напишите конспект этого фрагмента и уточните в нем записи и рисунки на доске по следующему плану:
- цели (задачи) урока,
- структура урока (план) – указание последовательности приемов и форм работы на уроке с указанием ориентировочного времени, отводимого на каждый этап урока (фрагмент урока),
- оборудование (электростатические маятники),
- подробный ход урока (фрагмент).
К конспекту должен быть приложен образец оформления доски, т.е. планируемое расположение всех записей и чертежей учителя на доске.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Проект посвящен исследованию принципов работы и перспектив дальнейшего развития устройства электростатических двигателей. Считаем, что электростатические двигатели, приводящиеся в работу электрическим ветром менее эффективны в космосе, так как для их работы требуется восполняемый запас газов.
Ключевые слова: электростатика, электростатические двигатели, электростатический маятник, колесо Франклина, лабораторный эксперимент.
Объект исследования в проекте:электростатика.
Предмет исследования в проекте:электростатические двигатели.
Цель проекта:экспериментально определить тип электростатического двигателя способного работать в вакууме.
Гипотеза:электростатический двигатель, работа которого основана на действии сил Кулона, способен работать в вакууме.
Задачи проекта:провести анализ учебных, научных, научно–популярных источников информации по выбранной тематике; выявить физические законы и принципы, объясняющие работу электростатических двигателей; провести испытания прототипов электростатического двигателя на способность работать в вакууме.
Практическую значимость проекта мы видим в том, что мы экспериментально доказали способность некоторых электростатических двигателей работать в вакууме открытого космоса.
Научно-исследовательская работа. Физика
Яроцкий Фёдор Дмитриевич
Краснодарский край, город Армавир
МБУ ДО ЦНТТ 7г класс
Научный руководитель: Шишкин Евгений Маленович, почётный работник общего образования РФ, педагог доп. образования высшей категории МБУ ДО ЦНТТ г. Армавира
Под эти характеристики подходит электростатический двигатель, принцип действия которого основан на использовании Кулоновских сил, перерабатывающий энергию космических излучений. В своей работе мы проверим способность одного из таких двигателей работать в вакууме и сравним его с похожим двигателем, но работающем на реактивной тяге ионного ветра.
Объект исследования в проекте:электростатика.
Предмет исследования в проекте:электростатические двигатели.
Цель проекта:экспериментально определить тип электростатического двигателя способного работать в вакууме.
Гипотеза:электростатический двигатель, работа которого основана на действии сил Кулона, способен работать в вакууме.
Задачи проекта:провести анализ учебных, научных, научно–популярных источников информации по выбранной тематике; выявить физические законы и принципы, объясняющие работу электростатических двигателей; провести испытания прототипов электростатического двигателя на способность работать в вакууме.
Практическую значимость проекта мы видим в том, что мы экспериментально доказали способность некоторых электростатических двигателей работать в вакууме открытого космоса.
1. Отбор электростатических двигателей принцип действия, которых основан на действии только сил Кулона от двигателей, работающих на принципе ионизации газов
Рассматривая устройство электростатических двигателей, способных работать в космосе при глубоком вакууме возникла необходимость отбора двигателей, принцип действия которых основан на действии только сил Кулона [1] от двигателей, работающих по принципу ионизации газов. Для этого мы провели серию опытов, в которых под стеклянный купол с отрицательным давлением помещался электростатический маятник [2], как ярко выраженный образец электростатического двигателя, принцип действия, которых основан на действии только сил Кулона и колесо Франклина [3], как ярко выраженный двигатель, работающий на реактивной тяге электрического ветра.
Оборудование для опытов:
Вакуумная тарелка, см. приложение 1, рис. 1.
Лазерный тахометр DT -2236 C , см. приложение 1, рис. 2.
Маятник с параметрами L =130 мм, А=23 мм, D =16 мм, m = 2,1 грамм.
Колесо Франклина, d =100 мм.
Вакуумный насос VN - C 4, см. приложение 1, рис. 3.
Вакуумметр ТВ5, класс точности 1,5. См. приложение 1, рис. 4.
Блок высокого напряжения Разряд-1, см. приложение 2, рис. 5.
Триггерный блок управления вакуумным насосом с блоком питания, см. приложение 3, рис. 6.
Опыт №1, схема опыта представлена фотографией на рис. 7 в приложении 4.
Цель опыта: доказать, что отрицательное давление не влияет на работоспособность электростатического маятника.
Гипотеза: снижение атмосферного до отрицательного давления не влияет на частоту колебания электростатического маятника. Результаты измерения сведены в таблицу 1:
Читайте также: