專利名稱：一種感抗、容抗演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及教學(xué)儀器，具體是幫助學(xué)生理解交變電流對(duì)電感和電容影響的一種感 抗、容抗演示儀。
背景技術(shù)：
新的高中物理教材中，姜求學(xué)生掌握感抗、容抗的概念及了解影響感抗、容抗的有關(guān)因 素。感抗、容抗的概念較為抽象，讓學(xué)生有一個(gè)直觀的感受，需要一種演示儀器，在目前的 中學(xué)儀器室里尚無(wú)此儀器，因常用的交流電的頻率都固定在50赫茲，要改變頻率很困難，從 而使感抗、容抗演示儀的制作難度增加。若用低頻信號(hào)發(fā)生器的交流電來(lái)演示這二個(gè)實(shí)驗(yàn)， 雖可改變交流電的頻率，但由于操作復(fù)雜，直觀性差，教學(xué)效果很不理想。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型提供一種感抗、容抗演示儀，能演示電感的自感系數(shù)越大、交流電的頻率越 高，電感對(duì)交變電流的阻礙作用就越大，即感抗越大；能演示電容器的電容越大、交變電流 的頻率越高，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用就越小，即容抗越小。該演示儀器構(gòu)造簡(jiǎn)單，操 作方便，現(xiàn)象明顯、直觀，能達(dá)到顯著的教學(xué)效果。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)分變頻電濂和演示板兩個(gè)部分。變頻電源是利用機(jī)械換向的方法，變 直流電為交流電，其技術(shù)方案是帶手柄的手搖輪和皮帶輪相連，皮帶輪安裝在轉(zhuǎn)軸的一端， 轉(zhuǎn)軸安裝在支架上，轉(zhuǎn)軸上裝有換向器，換向器是由與軸絕緣的二個(gè)整銅環(huán)和二個(gè)半銅環(huán)組 成。有二只電刷與—個(gè)整銅環(huán)接觸，并與直流電源相連；另有二只電刷與二只半銅環(huán)接觸， 并與輸出電路相連，二個(gè)整銅環(huán)各與二個(gè)半銅環(huán)相連。這樣，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，與半銅環(huán) 接觸的二只電刷的電極性改變二次，即把直流電變?yōu)榻涣麟?。交流電的頻率大小決定于轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)速的大小，轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速受手搖輪隨意控制，因此，交流電頻率可以方便地隨意控制在零點(diǎn) 幾個(gè)赫茲到幾十赫茲之間，輸出的交流電為方波交流電，交流電的有效電壓始終等于電源的 直流電壓。當(dāng)手搖輪不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出的是直流電。
本實(shí)用新型的變頻電源轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)可以是手搖輪，也可以用小型電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置來(lái) 帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
演示板顯示電路圖，由并聯(lián)的四個(gè)支路組成1是電流方向和頻率指示電路，由反向并 聯(lián)的紅、綠二只發(fā)光二極管和一只100歐姆的限流電阻串聯(lián)而成。紅、綠二極管的分別發(fā)光 能顯示電流方向；紅、綠二極管的交替閃亮的變換快慢能顯示交流電的頻率大小。2是純電 阻電路，由一只小電燈和定值電阻串聯(lián)而成，純電阻電路一方面可演示交流電頻率對(duì)電阻的 影響；另一方面它對(duì)感抗和容抗的演示起到對(duì)比作用。3是二條電感電路，由二只電燈及兩 塊電感小板組成， 一塊電感小板上接有自感系數(shù)較小的電感，另一塊電感小板上接有自感系 數(shù)較大的電感，二個(gè)電感的直流電阻相同。兩塊電感小板上都有香蕉插頭，可插入演示板上 的插孔。4是二條電容電路，是由二只電燈及兩塊電容小板組成， 一塊電容小板上接有一個(gè) 370微法的電解電容；另一塊電容小板上并接有二個(gè)370微法的電解電容，兩塊電容小板上 都有香蕉插頭，可插入演示板上的插孔。電感電路和電容電路是共用的。本實(shí)用新型是用小電燈來(lái)顯示電阻、感抗、容抗的大小，也可以用交流電壓表和交流電 流表精確地顯示電阻、感抗、容抗的大小。這樣制作的一種感抗、容抗演示儀可以方便且明顯地看到能把直流電變換為交流電； 能隨意改變交流電的頻率大??；電阻對(duì)交流電的作用與頻率無(wú)關(guān)；電感對(duì)交流電有阻礙作用， 即有感抗，且感抗隨交流電頻率的增大而增大；同時(shí)也看到電感有通直流，阻交流的作用； 電感有通低頻，阻高頻的作用；自感系數(shù)增大，感抗增大；容抗隨交流電的頻率的增大而減 小；電容越大，容抗越??；電容有通交流，隔直流的作用。通過(guò)以上的直觀教學(xué)演示，能達(dá)到顯著的教學(xué)效果。

附圖l是本實(shí)用新型總成示意圖，圖2是本實(shí)用新型換向器結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是電感小 板結(jié)構(gòu)圖，圖4是電容小板結(jié)構(gòu)圖。圖中1、手搖輪，2、皮帶輪，3、轉(zhuǎn)軸，4、轉(zhuǎn)軸支架， 5、換向器，6、絕緣整銅環(huán)，7、絕緣整銅環(huán)，8、絕緣半銅環(huán)、9、絕緣半銅環(huán)，10、電刷，11、 電刷，12、電刷，1—3、電刷，14、紅發(fā)光二極管，15、綠發(fā)光二極管，16、限Mt電阻， 17、小電燈，18、小電燈，19、小電燈，20、定值電阻，21、香蕉插座孔，22、香蕉插座孔， 23、香蕉插座孔，24、香蕉插座孔，25、電源接線柱，26、電源接線柱，27、自感系數(shù)較小 的電感小板，28,自感系數(shù)較大的電感小板，29、小電容小板，30、大電容小板，31底板。
具體實(shí)施方式
根據(jù)附圖圖示，本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
1:手搖輪(1)和皮帶輪(2)用皮帶系連，皮帶輪安裝在轉(zhuǎn)軸(3)的一端，轉(zhuǎn)軸安裝在轉(zhuǎn)軸支架(4)上，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝在轉(zhuǎn)軸上 的換向器(5)能周期性地變換電流方向，起到變頻電源的作用。它的機(jī)械換向是通過(guò)換向器 的二個(gè)絕緣整銅環(huán)(6、 7)、 二個(gè)絕緣半銅環(huán)(8、 9)和安裝在電路上的四個(gè)電刷(10、 11、12、 13)接觸來(lái)完成的。電刷(10、 11)與絕緣整銅環(huán)(6、 7)接觸，并與直流電源柱(25、 26)相連。電刷(12、 13)與絕緣半銅環(huán)(8、 9)接觸，并與輸出線路相連。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)軸 每轉(zhuǎn)一周，電刷(12、 13)的電極性改變二次，從而把直流電變?yōu)榻涣麟?。電路圖和有關(guān)裝 置都安裝在演示板的底板(31)上。電流從電刷(13)流向限流電阻(16)再通過(guò)反向并聯(lián)的紅發(fā)光二極管(14)和綠發(fā)光 二極管(15)回到電刷(12)。紅、綠發(fā)光二極管的閃亮顯示電流方向；紅、綠發(fā)光二極管的 閃亮交替變換的快慢顯示交流電的頻率大小。純電阻電路和電感電路及電容電路并聯(lián)在輸出電路上，其中電感電路和電容電路是插件 式的共用電路。純電阻電路中的定值電阻(20)的電阻值約與電感線圈的電阻值相同，純電阻電路一方 面可以演示交流電頻率對(duì)電阻的影響，另方面它是電感電路和電容電路的對(duì)比電路，通過(guò)對(duì) 比可以加深對(duì)感抗，容抗的理解。在純電阻電路上可以看到，不論是通直流電或是通交流電、 也不論交流電的頻率如何變化，小電燈(17)的亮度始終不變，說(shuō)明電阻對(duì)交流電的阻礙 作用是與頻率大小無(wú)關(guān)的。電感電路和電容電路分別由小電燈(18)及香蕉插座孔(21、 22)和小電燈(19)及香 蕉插座孔(23、 24)組成。演示交流電對(duì)電感的影響把自感系數(shù)較小的電感小板(27)上的香蕉插頭插入香蕉插 座孔(21、 22)內(nèi)，不轉(zhuǎn)動(dòng)手搖輪時(shí)，讓直流電通過(guò)串聯(lián)著的小電燈(18)和電感小板(27) 上的電感，小電燈(18)發(fā)亮，亮度與小電燈(17)相同，說(shuō)明電感能通直流電。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手 搖輪時(shí)，輸出交流電，小電燈(18)隨交流電頻率的增大而亮度變暗，說(shuō)明電感對(duì)交流電 有阻礙作用，即有感抗，而且，感抗是隨交流電的頻率增大而增大。把自感受系數(shù)較大的電 感小板(28)上的香蕉插頭插入香蕉插座孔(23、 24)內(nèi)，不轉(zhuǎn)動(dòng)手搖輪時(shí)，三只小電燈的 亮度相同。轉(zhuǎn)動(dòng)手搖輪輸出交流電時(shí)，在相同的頻率下，小電燈(19)比小電燈(18)要暗， 說(shuō)明電感的自感系數(shù)越大，感抗就越大。當(dāng)頻率增大到某個(gè)值時(shí)，小電燈(19)不亮，說(shuō) 明-電感有通低頻，阻高頻的作用。演示交流電對(duì)電容的影響拔去兩塊電感小板，在香蕉插座孔(21、 22)插入接有一個(gè) 370微法的電解電容的電容小板(29),當(dāng)不搖動(dòng)手搖輪時(shí)，小電燈(18)不亮，說(shuō)明直流 電不能通過(guò)電容器。慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)手搖輪時(shí)，小電燈(18)發(fā)光，隨著頻率的增大，小電燈(18) 的亮度增大，說(shuō)明電容對(duì)交流電的阻礙作用隨頻率的增大而減小，即容抗隨交流電頻率的 增大而減小，電容有隔直流、通交流的作用。接著，在香蕉插座孔(23、 24)插入并接有二 個(gè)370微法的電解電容的電容小板(30)，在同樣的交流電頻率下，小電燈(19)比小電燈(18) 亮一些，說(shuō)明電容越大，容抗越小。
本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
2:本實(shí)用新型中機(jī)械變頻電源的轉(zhuǎn)軸可以用小型電動(dòng)機(jī)代替 手搖輪的方式來(lái)帶動(dòng)。
權(quán)利要求1、一種感抗、容抗演示儀，由機(jī)械變頻電源和演示板兩個(gè)部分組成，其特征是帶手柄的手搖輪和皮帶輪相連，皮帶輪安裝在轉(zhuǎn)軸的一端，轉(zhuǎn)軸安裝在支架上，轉(zhuǎn)軸上裝有換向器，換向器是由與軸絕緣的二個(gè)整銅環(huán)和二個(gè)半銅環(huán)組成，演示板電路圖中有二只電刷與二個(gè)整銅環(huán)接觸，并與直流電源相連；另有二只電刷與二只半銅環(huán)接觸，并與輸出電路相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感抗、容抗演示儀，其特征是演示板上有紅、綠二只發(fā)光二 極管和一只限流電阻組成的電流方向和頻率指示電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感抗、容抗演示儀，其特征是演示板上有一只小電燈和定值 電阻組成的純電阻電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感抗、容抗演示儀，其特征是演示板上有二只小電燈及兩塊 自感系數(shù)不同的電感小板組成的電感電路，兩塊電感小板上的電感的直流電阻相同，分別有 香蕉插頭，可插入演示板上的插孔。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感抗、容抗演示儀，其特征是演示板上有二只小電燈及兩塊 電容不同的電容小板組成的電容電路，分別有香蕉插頭，可插入演示板上的插孔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感抗、容抗演示儀，其特征是轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)可以用手搖輪，也 可以用小型變速電機(jī)來(lái)帶動(dòng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的一種感抗、容抗演示儀，其特征是演示板上電感電路和 電容電路共用。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種感抗、容抗演示儀，其主要結(jié)構(gòu)分變頻電源和演示板兩個(gè)部分。變頻電源是利用機(jī)械換向把直流電變?yōu)榻涣麟?，它由帶手柄的手搖輪、皮帶輪、轉(zhuǎn)軸、換向器組成，換向器有四只電刷，其中二只電刷和二個(gè)整銅環(huán)接觸并連接電源接線柱，通入直流電；另二只電刷與半銅環(huán)接觸并與輸出電路相連。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，輸出電路的電極性改變二次，即輸出交流電。在演示板上有四條并聯(lián)電路，其中一條為交流電指示電路，一條為對(duì)比的純電阻電路，另二條為共用的感抗、容抗顯示電路。該儀器能演示電感的自感系數(shù)越大、交流電的頻率越高，電感對(duì)交流電的阻礙作用就越大，即感抗越大；能演示電容器的電容越大、交流電的頻率越高，電容器對(duì)交流電的阻礙作用就越小，即容抗越小。
文檔編號(hào)G09B23/18GK201045682SQ20062013267
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者曉 林 申請(qǐng)人:曉 林