CN105070161A - 一种静电动力机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了演示静电驱动的一种仪器，属于物理实验仪器领域。主要由电极板、摆动板、高压静电电源、转轮、运动转换杆构成，其特征是：电极板包括若干偶数N块金属导体平板，所述电极板中若干偶数N块金属导体平板与摆动板中若干偶数N块金属导体平板交替分布，所述塑料转盘转轴穿过塑料转盘的光滑中心孔，塑料转盘转轴及转轮中心转轴垂直固定在高密度绝缘板上，所述运动转换杆是两端带有光滑金属环的直杆，运动转换杆两端金属环分别套在塑料转盘上的摆动轴与转轮运动转换轴上，演示时先将摆动板中的若干偶数N块金属导体平板分别刚好能接触电极板，再启动电源开关供电。易于制作、结构简明，效果明显，在课堂教学中会增加更多的教育功能。

Description

一种静电动力机
技术领域
本发明专利涉及演示静电驱动的实验仪器，属于物理教学实验仪器领域。
背景技术
在大学物理课中，静电是一个重要的内容，静电感应的应用更是大家关注的内容。多年来，为帮助学生正确理解此概念和应用静电感应，配合教学设置的一些演示实验，如静电跳球实验，静电摆球实验，静电滚筒实验，静电吹风，以及本专利发明人设计的垢块静电跳球实验仪等，现有静电演示装置虽然在一定程度上解决了一些需要，但缺少对静电动力演示实验的进一步开拓创新，作为动力机方面，目前见到的演示动力机主要包括：热机、电动机、驻波马达等动力机，这些具有其独特的优势与局限，缺少有效实现静电动力机方面的设计与装置，如何实现静电动力机且产生较大的驱动转轮的力矩，本专利就要解决这个问题。
参考文献：
梁法库等.一种有趣的石蜡火焰垢块静电跳球实验与分析[J]《大学物理》2015.4
王飞.静电动力机[ZL]CN1941594，公布日：2007.04.04
朱贺，李晓红.一种感应启电机式静电摆球[ZL]CN201927254U，公布日2011.08.10
梁法库等.一种内置石蜡火焰垢块的静电跳球实验仪[ZL]CN103606326A，2014.02.26
发明内容
本发明专利是解决课堂或课下用的静电动力机，着重通过若干金属导体板在静电力驱动与杠杆原理结合由运动转换杆来驱动转轮转动的装置。
本发明专利技术方案：一种静电动力机，主要由电极板、摆动板、高压静电电源、转轮、运动转换杆构成，其特征是：电极板包括若干偶数N块金属导体平板，所述若干偶数N块不少于4块，并两辆金属导体平板在同一平面内以塑料转盘转轴为对称轴等分垂直于塑料转盘转轴的园平面，也就是电极板中相邻金属导体平板夹角均为360°/N，电极板垂直并固定于高密度绝缘板上；所述摆动板是由表面光滑材料相同大小相同与电极板所包括若干偶数N块金属导体平板数相同，摆动板中若干偶数N块金属导体平板相邻金属导体平板夹角均为360°/N，所述摆动板中若干偶数N块金属导体平板之间彼此绝缘且通过直金属摆动杆两辆对称连接在塑料转盘上固定，并与直金属摆动杆及塑料转盘转轴在同一垂直于高密度绝缘板的平面内；所述电极板中若干偶数N块金属导体平板与摆动板中若干偶数N块金属导体平板交替分布，再用带绝缘皮的连接导线附于高密度绝缘板表面连接电极板中若干偶数N块金属导体平板，分别与高压静电电源两极端通过双刀开关连接实现电极板中相邻金属导体平板带异号电荷；所述塑料转盘转轴穿过塑料转盘的光滑中心孔，塑料转盘转轴及转轮中心转轴垂直固定在高密度绝缘板上，转轮上有光滑的中心孔和转轮运动转换轴，转轮中心转轴穿过转轮中心孔，转轮绕转轮中心转轴可以自由转动，所述运动转换杆是两端带有光滑金属环的直杆，运动转换杆两端金属环分别套在塑料转盘上的摆动轴与转轮运动转换轴上，塑料转盘上的摆动轴、转轮运动转换轴及转轮中心转轴互相平行；所述转轮运动转换轴及转轮中心转轴间距由在转轮转动过程中，摆动板中的若干偶数N块金属导体平板分别刚好能接触电极板中若干偶数N块金属导体平板来确定，演示时候，先将摆动板中的若干偶数N块金属导体平板分别刚好能接触电极板，再启动电源开关供电，或者先启动电源供电再给转轮一个初转速度，转轮就随之定向转动了。
本发明专利产生的思想，是本专利发明人在研制内置石蜡灰垢静电跳球实验仪过程中，看到静电作用下跳跃的球，就想可否把静电跳球像内燃机气缸活塞一样驱动转轮转动，最初试验结合静电跳球和静电摆球实验由球体引出转换杆驱动转轮，结果发现电压很高时驱动力仍然不能驱动转轮转动，而且电压较高时球体还未移动就在两极之间放电了，为增大静电力把跳球改换成导体平板，也是未能实现，驱动力不足，电极板之间容易先放电，多次试验未获得成功，便改用静电滚筒实验和静电吹风的方法试验，即主要靠增大局部(高压针尖)场强产生驱动力，是需要一排高压针尖且电压很高尖端场强很大，易与周围放电，静电压在1万伏附近也未能产生明显的驱动转轮转动，就想可否在正负电极板间距(极板间静电压未达到放电电压)一定时，用增大电极板与摆动板(光滑金属平板)面积结合杠杆原理增大转轮的驱动力矩方法，经过多次试验获得成功。
本发明专利与现有技术方法显著不同，有益之处在于：正负电极板间距与电压一定时摆动板面积越大带的电荷量也越多，受到静电作用力也越大，摆动板摆动过程动力强劲接近恒力输出，因若干偶数N块金属导体平板(正负电极板)与摆动板中若干偶数N块金属导体平板均为轴对称分布在塑料转盘转轴两侧除了能产生同向驱动力矩，还能使装置在任意倾斜角度放置不影响工作，通过摆动杆可以获得对转轮产生的驱动力矩增大，由运动转换杆输出动力更易驱动转轮转动，这种动力机是制造成本低、运行成本低和无污染的，易于制作、结构简明，效果明显，在课堂教学中会增加更多的教育功能。可用来取代或互补现有的热机及电动机(安培力，磁场对电流的作用力)等，是一项很有意义具有开拓前景的工作。
附图说明
附图1为本发明专利的俯视示意图
附图2为本发明专利的结构示意图
其中：(1)电极板，(2)摆动板，(3)高压静电电源，(4)转轮，(5)高密度绝缘板，(6)塑料转盘，(6-1)塑料转盘转轴，(7)塑料转盘上的摆动轴，(8)运动转换杆，(9)转轮中心转轴，(10)转轮运动转换轴，(11)摆动杆，(12)连接导线，(13)正极导体环，(14)负极导体环
具体实施方式
以电极板数N＝6为例作为进一步具体实施说明
如附图1与附图2：一种静电动力机，主要由电极板(1)、摆动板(2)、高压静电电源(3)、转轮(4)、运动转换杆(8)构成，其特征是：所述电极板(1)包括金属导体平板a与金属导体平板a1、金属导体平板b与金属导体平板b1及金属导体平板g与金属导体平板g1，所述金属导体平板a与金属导体平板a1、金属导体平板b与金属导体平板b1及金属导体平板g与金属导体平板g1分别平行并以塑料转盘转轴(6-1)为对称轴等分垂直于塑料转盘转轴(6-1)的园平面，也就是金属导体平板a与金属导体平板b、金属导体平板a1与金属导体平板b1及金属导体平板a1与金属导体平板g1夹角分别为60°，且垂直固定于高密度绝缘板(5)上，所述正极导体环(13)连接并固定在金属导体平板a、金属导体平板b1与金属导体平板g1上，负极导体环(14)连接并固定在金属导体平板a1、金属导体平板g与金属导体平板b上，再用带绝缘皮的连接导线(12)附于高密度绝缘板(5)表面分别与高压静电电源(3)两极端连接，并由双刀开关控制供电，所述正极导体环(13)与负极导体环(14)互相绝缘均套在塑料转盘(6)下的塑料转盘转轴(6-1)上且间距保持在不能互相放电；
所述摆动板(2)是由表面光滑材料相同大小相同金属导体平板c与金属导体平板c1、金属导体平板f与金属导体平板f1及金属导体平板e与金属导体平板e1构成，所述金属导体平板c与金属导体平板c1、金属导体平板f与金属导体平板f1及金属导体平板e与金属导体平板e1分别两辆平行以塑料转盘转轴(6-1)为对称轴连接固定在塑料转盘(6)上(两辆金属导体平板与直金属摆动杆(11)及塑料转盘转轴(6-1)在同一垂直于高密度绝缘板(5)的平面内)，且等分垂直于塑料转盘转轴(6-1)的园平面，也就是金属导体平板e与金属导体平板c、金属导体平板f与金属导体平板e1及金属导体平板c1与金属导体平板f1夹角分别为60°；
塑料转盘转轴(6-1)穿过塑料转盘(6)的光滑中心孔，塑料转盘转轴(6-1)及转轮中心转轴(9)垂直固定在高密度绝缘板(5)上，转轮(4)上有光滑的中心孔和转轮运动转换轴(10)，转轮中心转轴(9)穿过转轮(4)中心孔，转轮(4)绕转轮中心转轴(9)可以自由转动，所述运动转换杆(8)是两端带有光滑金属环的直杆，运动转换杆(8)两端金属环分别套在塑料转盘上的摆动轴(7)与转轮运动转换轴(10)上，塑料转盘上的摆动轴(7)、转轮运动转换轴(10)及转轮中心转轴(9)互相平行；
所述转轮运动转换轴(10)及转轮中心转轴(9)间距由在转轮(4)转动过程中，摆动板(2)中的金属导体平板c、金属导体平板c1、金属导体平板f、金属导体平板f1、金属导体平板e与金属导体平板e1分别刚好能接触电极板(1)来确定；
演示时候，先将摆动板(2)中的金属导体平板c、金属导体平板c1、金属导体平板f、金属导体平板f1、金属导体平板e与金属导体平板e1分别刚好能接触电极板(1)，再启动电源开关供电，或者先启动电源开关供电再给转轮一个初转速度，转轮(4)就随之定向转动了。

Claims (1)

1.一种静电动力机，主要由电极板(1)、摆动板(2)、高压静电电源(3)、转轮(4)、运动转换杆(8)构成，其特征是：所述电极板(1)包括金属导体平板a与金属导体平板a1、金属导体平板b与金属导体平板b1及金属导体平板g与金属导体平板g1，所述金属导体平板a与金属导体平板a1、金属导体平板b与金属导体平板b1及金属导体平板g与金属导体平板g1分别平行并以塑料转盘转轴(6-1)为对称轴等分垂直于塑料转盘转轴(6-1)的园平面，也就是金属导体平板a与金属导体平板b、金属导体平板a1与金属导体平板b1及金属导体平板a1与金属导体平板g1夹角分别为60°，且垂直固定于高密度绝缘板(5)上，所述正极导体环(13)连接并固定在金属导体平板a、金属导体平板b1与金属导体平板g1上，负极导体环(14)连接并固定在金属导体平板a1、金属导体平板g与金属导体平板b上，再用带绝缘皮的连接导线(12)附于高密度绝缘板(5)表面分别与高压静电电源(3)两极端连接，并由双刀开关控制供电，所述正极导体环(13)与负极导体环(14)互相绝缘均套在塑料转盘(6)下的塑料转盘转轴(6-1)上且间距保持在不能互相放电；所述摆动板(2)是由表面光滑材料相同大小相同金属导体平板c与金属导体平板c1、金属导体平板f与金属导体平板f1及金属导体平板e与金属导体平板e1构成，所述金属导体平板c与金属导体平板c1、金属导体平板f与金属导体平板f1及金属导体平板e与金属导体平板e1分别两辆平行以塑料转盘转轴(6-1)为对称轴连接固定在塑料转盘(6)上，且等分垂直于塑料转盘转轴(6-1)的园平面，也就是金属导体平板e与金属导体平板c、金属导体平板f与金属导体平板e1及金属导体平板c1与金属导体平板f1夹角分别为60°；塑料转盘转轴(6-1)穿过塑料转盘(6)的光滑中心孔，塑料转盘转轴(6-1)及转轮中心转轴(9)垂直固定在高密度绝缘板(5)上，转轮(4)上有光滑的中心孔和转轮运动转换轴(10)，转轮中心转轴(9)穿过转轮(4)中心孔，转轮(4)绕转轮中心转轴(9)可以自由转动，所述运动转换杆(8)是两端带有光滑金属环的直杆，运动转换杆(8)两端金属环分别套在塑料转盘上的摆动轴(7)与转轮运动转换轴(10)上，塑料转盘上的摆动轴(7)、转轮运动转换轴(10)及转轮中心转轴(9)互相平行；所述转轮运动转换轴(10)及转轮中心转轴(9)间距由在转轮(4)转动过程中，摆动板(2)中的金属导体平板c、金属导体平板c1、金属导体平板f、金属导体平板f1、金属导体平板e与金属导体平板e1分别刚好能接触电极板(1)来确定。
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