[发明专利]洛伦兹力浮态空间轨迹变换装置

说明书

本发明属于电磁场技术领域，主要涉及一种洛伦兹力浮态空间轨迹变换装置，用于解决电荷在液体中运动轨迹的展示问题。其包括：箱盖、箱体、成对布置的电极板、阀门组、螺堵、液流管、液压泵8、电机、海底地质特征模拟元件、观察窗；与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：1)直观展示洛伦兹力对电荷的作用特点，有助于领会电荷在磁场中的运动规律以及电场对电荷的加速特性。2)对电荷球在流体中的运动轨迹进行自由变换，从而研究其在流体中的运动规律，为外形优化提供参考。3)模拟海底地质环境及洋流状况，考察潜水器在复杂水文环境下的运动状态，为潜水器性能优化提供参考。

技术领域

本发明属于电磁场技术领域，主要涉及一种洛伦兹力浮态空间轨迹变换装置，用于解决电荷在液体中运动轨迹的展示问题。

背景技术

洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，电机转子在磁场中受到的力本质上是洛伦兹力的宏观表现，深入研究洛伦兹力不仅有利于深化对磁场作用的认识，还有利于拓展其应用。洛伦兹力在电磁超声换能器、球形电机矢量控制、散度声源磁声成像、激励器静态标定等诸多方面都有重要应用。

洛伦兹力演示仪演示了电子在磁场中的运动规律，其不足在于人们看到的只是一个径迹，对磁场中的电子运动缺乏直观认识。

2015年“物理与工程”第5期王芳“关于洛伦兹力演示实验的研究”一文研究了洛伦兹力，文中分析了电解质溶液的带电粒子在电磁场中的运动现象，分析了洛伦兹力大小的影响因素，认为电解质溶液之间的关系为实验重要影响因素，理论推导得出二者之间的函数关系，又通过实验得到电导率和溶液浓度之间的关系曲线，然后将实验结果与理论分析进行了对比.发现洛伦兹力演示实验的关键因素为电解质溶液的电导率与溶液浓度之间的关系，结合实验结果分析出电导率最大时溶液浓度范围。

2015年“热加工工艺”第3期池博源“铝板电磁焊接过程中洛伦兹力的三维仿真研究”一文，分析了板件电磁焊接过程中洛仑兹力分布不均匀导致焊接接头部位板件变形不均匀，影响了焊接质量。该文利用电磁焊接技术对两块1mm厚的1系铝板进行焊接试验，同时应用电磁场仿真软件对焊接过程中板件所受的洛仑兹力进行了仿真研究。集磁器内电流的仿真结果与试验结果在首个波峰位置误差在3.45％以内，仿真结果显示，板件表面的洛仑兹力分布与试验中所发现的板件焊接区域表面变形一致。

因此，针对现有技术的不足，如何提出一种具有运动可视化效果的技术，而且结合浮力与电场力，对电荷的多种运动形态予以实现和应用，已成为研究趋势。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：针对洛伦兹力对电荷的作用，如何提供一种直观展示方案，同时利用电场力与洛伦兹力对电荷的综合作用，为研究流体中物体运动过程、天文星体运行、物理教学、科技娱乐等提供一种直观研究分析手段。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种洛伦兹力浮态空间轨迹变换装置，其包括：箱盖1、箱体3、成对布置的电极板4、阀门组5、螺堵6、液流管7、液压泵8、电机9、海底地质特征模拟元件10、观察窗11；

所述箱体3背面上布置电磁铁，箱盖1顶部和箱体3底部布置成对的电极板4，箱体3左右两个侧面布置成对的电极板4；由此，箱体3上下、左右方向加上电场，前后方向加上磁场；

所述观察窗11为透明窗体，开设于箱体3的一个侧面板上；

所述箱体3上设有所述阀门组5，螺堵6用于与阀门组5配合使用，所述阀门组5、液流管7、液压泵8、电机9依次连接；

所述箱体3内注入透明液体，把电荷球12放入液体中，盖上箱盖1；

从观察窗11中观察电荷球12，电荷球12受到浮力和重力作用，通过改变电极板4的电压，调节上下电场强度或方向，使电荷球12悬浮于液体内；