CN107403574B - 一种安培力与静电力驱动的装置 - Google Patents
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Abstract
一种安培力与静电力驱动的装置，主要由高压电极柱、旋转板、安培力导线、塑料圆柱、塑料圆柱转轴、电刷、安培力电源、电极柱、高密度绝缘板、绝缘支架、连接导线、安培力电源开关、高压静电电源、高压静电电源开关构成，其特征是：旋转板包括梳状导体板c与梳状导体板d，是由一端为尖端的一排非铁磁质导体的铜丝固定在塑料圆柱的母线上，高压电极柱是由垂直于轴横向方向磁化的柱状永磁体，将其柱面贴上铝箔纸制成，实现静电力与安培力驱动的技术，这一实验设计更有利于促进学生的创新精神和实践能力的培养。制作极其简易，效果明显，在教学中会增加更多的教育功能，是一项很有意义具有开拓前景的工作。
Description
技术领域
本专利涉及演示安培力与静电力驱动的实验装置，属于物理实验仪器领域。
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、摆动式静电动力机等，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(安培力驱动)、驻波马达等动力机，这些具有其独特的优势与局限，缺少有效实现静电力与安培力共同驱动动力机方面的设计与装置，如何实现旋转板获得同向驱动的静电力矩和安培力矩，本专利就要解决这个问题。本专利是在国家自然基金项目(项目号：11405092)、齐齐哈尔市科学技术项目(项目号：GYGG-201423)、2017年度黑龙江省教育厅基本科研业务专项及高等学校教改工程项目的支持下完成的。
参考文献：
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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，公布日：2014.02.26
发明内容
本专利是解决课堂或课下用的动力机，着重通过高压电极柱为由横向方向磁化的柱状永磁体与电极于一体，旋转板为梳状导体板上固定载流导线(安培力导线)，实现静电力与安培力驱动的技术。
本专利技术方案：一种安培力与静电力驱动的装置，主要由高压电极柱、旋转板、安培力导线、塑料圆柱、塑料圆柱转轴、电刷、安培力电源、电极柱、高密度绝缘板、绝缘支架、连接导线、安培力电源开关、高压静电电源、高压静电电源开关构成，其特征是：旋转板包括梳状导体板c与梳状导体板d，是由一端为尖端的一排非铁磁质导体的铜丝(尖端朝外)固定在塑料圆柱(绝缘塑料)的母线上，并在同一平面内垂直塑料圆柱侧表面形成的梳状导体板；所述安培力导线由若干条漆(绝缘漆)包导线(铜线)构成，所述若干条不少于20条，安培力导线固定在旋转板上且其两端分别固定在塑料圆柱的上下两底面上；所述塑料圆柱为中心有与塑料圆柱转轴相匹配的光滑中心通孔，电刷的一端分别固定在塑料圆柱的两底面上且通过铜导线与安培力导线的端头连接固定，电刷的另一端分别与电极柱侧表面(安培力电源7的正负电极)接触(可以滑动)，所述塑料圆柱转轴为绝缘塑料杆，电刷为具有弹性的铜片(可以用玩具电机上的电刷)，所述安培力电源为直流低压电源；所述电极柱是铜柱且中心有与塑料圆柱转轴相匹配的光滑中心通孔，分别固定在高密度绝缘板与绝缘支架上，绝缘支架固定在高密度绝缘板上，绝缘支架上的绝缘包皮连接导线一端固定在电极柱上，另一端通过安培力电源开关连接在安培力电源的正极上，安培力电源的负极由连接导线通过限流电阻连接在电极柱上；所述高压电极柱是由垂直于轴横向方向磁化的柱状永磁体，将其柱面贴上铝箔纸制成，高压电极柱的磁极N极正对塑料圆柱转轴，将高压电极柱垂直固定在高密度绝缘板上，且确保在旋转板旋转时刚好能接触高压电极柱侧表面，由绝缘包皮连接导线连接高压电极柱(连接在铝箔纸上)与高压静电电源，由高压静电电源开关控制供电；所述塑料圆柱转轴穿过塑料圆柱的中心光滑通孔及电极柱的中心光滑通孔，且垂直于高密度绝缘板。
实验演示1，将高密度绝缘板置于水平桌面，将旋转板与高压电极柱侧面接触，也就是塑料圆柱转轴、旋转板及高压电极柱的中心轴都在一个平面内，依次接通安培力电源开关与高压静电电源开关控制供电，这样在安培力力矩和静电力力矩驱动旋转板就开始定向旋转了；实验演示2，重复实验演示1，但分别只接通安培力电源开关与高压静电电源开关控制供电，观察旋转板的旋转情况，再将实验演示1与实验演示2对比进行分析。
本专利产生的思想，在研制静电力驱动时发明人把原先设计的静电动力机实验仪(专利号201510534156.2)只能实现摆动的动力驱动，如何变成连续同方向静电力矩驱动，以及把安培力力矩考虑进去，实现静电力与安培力共同驱动，设计开发为一个实验将会是非常有意义的，经过多次试验获得成功。
本专利优点在于：将安培力与静电力有机结合，实现混合动力驱动，旋转板为梳状导体板，优于旋转板为无缝隙平板情况，减少了空气阻力，也减少磁场在旋转板中产生的涡电流效应，高压电极柱为柱状，将电极与磁极融于一体，保证了旋转板2的梳状导体板上铜丝的尖端朝向高压电极柱，使其更容易与高压电极柱电荷交换；高压电极柱是横向方向磁化的柱状永磁体，安培力导线与高压电极柱距离较近，产生的安培力力矩大，实现了在静电力力矩较小(相对旋转板旋转一周的静电力矩而言)时，安培力力矩较大(相对旋转板旋转一周的安培力力矩而言)。
这种动力机是低制造成本、低运行成本和无污染的，制作极其简易，效果明显，在教学中会增加更多的教育功能，是一项很有意义具有开拓前景的工作。
附图说明
附图1为本专利的结构示意图
1.高压电极柱，2.旋转板，3.安培力导线，4.塑料圆柱，5.塑料圆柱转轴，6.电刷，7.安培力电源，8.电极柱，9高密度绝缘板，10.绝缘支架，11.连接导线，11-1.安培力电源开关，12.高压静电电源，12-1高压静电电源开关
具体实施方式
如附图1：一种安培力与静电力驱动的装置，主要由高压电极柱1、旋转板2、安培力导线3、塑料圆柱4、塑料圆柱转轴5、电刷6、安培力电源7、电极柱8、高密度绝缘板9、绝缘支架10、连接导线11、安培力电源开关11-1、高压静电电源12、高压静电电源开关12-1构成，其特征是：旋转板2包括梳状导体板c与梳状导体板d，是由一端为尖端的一排非铁磁质导体的铜丝(尖端朝外)固定在塑料圆柱4(绝缘塑料)的母线上，并在同一平面内垂直塑料圆柱4侧表面形成的梳状导体板；所述安培力导线3由若干条漆(绝缘漆)包导线(铜线)构成，所述若干条不少于20条，安培力导线3固定在旋转板2上且其两端分别固定在塑料圆柱4的上下两底面上；所述塑料圆柱4为中心有与塑料圆柱转轴5相匹配的光滑中心通孔，电刷6的一端分别固定在塑料圆柱4的两底面上且通过铜导线与安培力导线3的端头连接固定，电刷6的另一端分别与电极柱8侧表面(安培力电源7的正负电极)接触(可以滑动)，所述塑料圆柱转轴5为绝缘塑料杆，电刷6为铜片(具有弹性的铜片，可以用玩具电机上的电刷)，所述安培力电源7为直流低压电源；所述电极柱8是铜柱且中心有与塑料圆柱转轴5相匹配的光滑中心通孔，分别固定在高密度绝缘板9与绝缘支架10上，绝缘支架10固定在高密度绝缘板9上，绝缘支架10上的绝缘包皮连接导线11一端固定在电极柱8上，另一端通过安培力电源开关11-1连接在安培力电源7的正极上，安培力电源7的负极由连接导线11通过限流电阻连接在电极柱8上；所述高压电极柱1是由垂直于轴横向方向磁化的柱状永磁体，将其柱面贴上铝箔纸制成，高压电极柱1的磁极N极正对塑料圆柱转轴5，将高压电极柱1垂直固定在高密度绝缘板9上，且确保在旋转板2旋转时刚好能接触高压电极柱1侧表面，由绝缘包皮连接导线11连接高压电极柱1与高压静电电源12，由高压静电电源开关12-1控制供电；所述塑料圆柱转轴5穿过塑料圆柱4的中心光滑通孔及电极柱8的中心光滑通孔，且垂直于高密度绝缘板9。
实验演示1，将高密度绝缘板9置于水平桌面，将旋转板2与高压电极柱1侧面接触，也就是塑料圆柱转轴5、旋转板2及高压电极柱1的中心轴都在一个平面内，依次接通安培力电源开关11-1与高压静电电源开关12-1控制供电，这样在安培力力矩和静电力力矩驱动旋转板2就开始定向旋转了；实验演示2，重复实验演示1，但分别只接通安培力电源开关11-1与高压静电电源开关12-1控制供电，观察旋转板2的旋转情况，再将实验演示1与实验演示2对比进行分析。
Claims (1)
1.一种安培力与静电力驱动的装置，主要由高压电极柱(1)、旋转板(2)、安培力导线(3)、塑料圆柱(4)、塑料圆柱转轴(5)、电刷(6)、安培力电源(7)、电极柱(8)、高密度绝缘板(9)、绝缘支架(10)、连接导线(11)、安培力电源开关(11-1)、高压静电电源(12)、高压静电电源开关(12-1)构成，其特征是：旋转板(2)包括梳状导体板c与梳状导体板d，是由一端为尖端的一排非铁磁质导体的铜丝固定在塑料圆柱(4)的母线上，并在同一平面内垂直塑料圆柱(4)侧表面形成的梳状导体板；
所述安培力导线(3)由若干条漆包导线构成，所述若干条不少于20条，安培力导线(3)固定在旋转板(2)上且其两端分别固定在塑料圆柱(4)的上下两底面上；
所述塑料圆柱(4)中心有与塑料圆柱转轴(5)相匹配的光滑中心通孔，电刷(6)有两个，分别为上电刷(6)和下电刷(6)，电极柱(8)有两个，分别为上电极柱(8)和下电极柱(8)，上电刷(6)的一端固定在塑料圆柱(4)的上底面上且通过铜导线与安培力导线(3)的一个端头连接固定，上电刷(6)的另一端与上电极柱(8)侧表面接触，下电刷(6)的一端固定在塑料圆柱(4)的下底面上且通过铜导线与安培力导线(3)的另一个端头连接固定，下电刷(6)的另一端与下电极柱(8)侧表面接触，上电刷(6)和下电刷(6)均为铜片，所述塑料圆柱转轴(5)为绝缘塑料杆，所述安培力电源(7)为直流低压电源；
电极柱(8)有两个，分别为上电极柱(8)和下电极柱(8)，上电极柱(8)和下电极柱(8)均为铜柱且中心有与塑料圆柱转轴(5)相匹配的光滑中心通孔，上电极柱(8)固定在绝缘支架(10)上，下电极柱(8)固定在高密度绝缘板(9)上，绝缘支架(10)固定在高密度绝缘板(9)上，绝缘支架(10)上的连接导线(11)一端固定在上电极柱(8)上，另一端通过安培力电源开关(11-1)连接在安培力电源(7)的正极上，安培力电源(7)的负极由连接导线(11)通过限流电阻连接在下电极柱(8)上；
所述高压电极柱(1)有两个，分别为左高压电极柱(1)和右高压电极柱(1)，两高压电极柱(1)的磁极N极正对塑料圆柱转轴(5)；
两高压电极柱(1)均是由垂直于轴横向方向磁化的柱状永磁体，将其柱面贴上铝箔纸制成，将两高压电极柱(1)均垂直固定在高密度绝缘板(9)上，且确保在旋转板(2)旋转时刚好能接触高压电极柱(1)侧表面，由连接导线(11)连接高压电极柱(1)与高压静电电源(12)，由高压静电电源开关(12-1)控制供电；所述塑料圆柱转轴(5)穿过塑料圆柱(4)的中心光滑通孔及电极柱(8)的中心光滑通孔，且垂直于高密度绝缘板(9)。
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