CN201045682Y - 一种感抗、容抗演示仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种感抗、容抗演示仪，其主要结构分变频电源和演示板两个部分。变频电源是利用机械换向把直流电变为交流电，它由带手柄的手摇轮、皮带轮、转轴、换向器组成，换向器有四只电刷，其中二只电刷和二个整铜环接触并连接电源接线柱，通入直流电；另二只电刷与半铜环接触并与输出电路相连。转轴转动一周，输出电路的电极性改变二次，即输出交流电。在演示板上有四条并联电路，其中一条为交流电指示电路，一条为对比的纯电阻电路，另二条为共用的感抗、容抗显示电路。该仪器能演示电感的自感系数越大、交流电的频率越高，电感对交流电的阻碍作用就越大，即感抗越大；能演示电容器的电容越大、交流电的频率越高，电容器对交流电的阻碍作用就越小，即容抗越小。
Description
技术领域
本实用新型涉及教学仪器，具体是帮助学生理解交变电流对电感和电容影响的一种感抗、容抗演示仪。
背景技术
新的高中物理教材中，要求学生掌握感抗、容抗的概念及了解影响感抗、容抗的有关因素。感抗、容抗的概念较为抽象，让学生有一个直观的感受，需要一种演示仪器，在目前的中学仪器室里尚无此仪器，因常用的交流电的频率都固定在50赫兹，要改变频率很困难，从而使感抗、容抗演示仪的制作难度增加。若用低频信号发生器的交流电来演示这二个实验，虽可改变交流电的频率，但由于操作复杂，直观性差，教学效果很不理想。
发明内容
本实用新型提供一种感抗、容抗演示仪，能演示电感的自感系数越大、交流电的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用就越大，即感抗越大；能演示电容器的电容越大、交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小，即容抗越小。该演示仪器构造简单，操作方便，现象明显、直观，能达到显著的教学效果。
本实用新型的结构分变频电源和演示板两个部分。变频电源是利用机械换向的方法，变直流电为交流电，其技术方案是：带手柄的手摇轮和皮带轮相连，皮带轮安装在转轴的一端，转轴安装在支架上，转轴上装有换向器，换向器是由与轴绝缘的二个整铜环和二个半铜环组成。有二只电刷与二个整铜环接触，并与直流电源相连；另有二只电刷与二只半铜环接触，并与输出电路相连，二个整铜环各与二个半铜环相连。这样，当转轴转动一周时，与半铜环接触的二只电刷的电极性改变二次，即把直流电变为交流电。交流电的频率大小决定于转轴转速的大小，转轴的转速受手摇轮随意控制，因此，交流电频率可以方便地随意控制在零点几个赫兹到几十赫兹之间，输出的交流电为方波交流电，交流电的有效电压始终等于电源的直流电压。当手摇轮不转动时，输出的是直流电。
本实用新型的变频电源转轴的带动可以是手摇轮，也可以用小型电动机通过传动装置来带动转轴转动。
演示板显示电路图，由并联的四个支路组成：1是电流方向和频率指示电路，由反向并联的红、绿二只发光二极管和一只100欧姆的限流电阻串联而成。红、绿二极管的分别发光能显示电流方向；红、绿二极管的交替闪亮的变换快慢能显示交流电的频率大小。2是纯电阻电路，由一只小电灯和定值电阻串联而成，纯电阻电路一方面可演示交流电频率对电阻的影响；另一方面它对感抗和容抗的演示起到对比作用。3是二条电感电路，由二只电灯及两块电感小板组成，一块电感小板上接有自感系数较小的电感，另一块电感小板上接有自感系数较大的电感，二个电感的直流电阻相同。两块电感小板上都有香蕉插头，可插入演示板上的插孔。4是二条电容电路，是由二只电灯及两块电容小板组成，一块电容小板上接有一个370微法的电解电容；另一块电容小板上并接有二个370微法的电解电容，两块电容小板上都有香蕉插头，可插入演示板上的插孔。电感电路和电容电路是共用的。
本实用新型是用小电灯来显示电阻、感抗、容抗的大小，也可以用交流电压表和交流电流表精确地显示电阻、感抗、容抗的大小。
这样制作的一种感抗、容抗演示仪可以方便且明显地看到：能把直流电变换为交流电；能随意改变交流电的频率大小；电阻对交流电的作用与频率无关；电感对交流电有阻碍作用，即有感抗，且感抗随交流电频率的增大而增大；同时也看到电感有通直流，阻交流的作用；电感有通低频，阻高频的作用；自感系数增大，感抗增大；容抗随交流电的频率的增大而减小；电容越大，容抗越小；电容有通交流，隔直流的作用。
通过以上的直观教学演示，能达到显著的教学效果。
附图说明
附图1是本实用新型总成示意图，图2是本实用新型换向器结构示意图，图3是电感小板结构图，图4是电容小板结构图。图中：1、手摇轮，2、皮带轮，3、转轴，4、转轴支架，5、换向器，6、绝缘整铜环，7、绝缘整铜环，8、绝缘半铜环、9、绝缘半铜环，10、电刷，11、电刷，12、电刷，13、电刷，14、红发光二极管，15、绿发光二极管，16、限流电阻，17、小电灯，18、小电灯，19、小电灯，20、定值电阻，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、电源接线柱，26、电源接线柱，27、自感系数较小的电感小板，28，自感系数较大的电感小板，29、小电容小板，30、大电容小板，31底板。
具体实施方式
根据附图图示，本实用新型的具体实施方式1：手摇轮(1)和皮带轮(2)用皮带系连，皮带轮安装在转轴(3)的一端，转轴安装在转轴支架(4)上，可自由转动，安装在转轴上的换向器(5)能周期性地变换电流方向，起到变频电源的作用。它的机械换向是通过换向器的二个绝缘整铜环(6、7)、二个绝缘半铜环(8、9)和安装在电路上的四个电刷(10、11、12、13)接触来完成的。电刷(10、11)与绝缘整铜环(6、7)接触，并与直流电源柱(25、26)相连。电刷(12、13)与绝缘半铜环(8、9)接触，并与输出线路相连。因此，当转轴每转一周，电刷(12、13)的电极性改变二次，从而把直流电变为交流电。电路图和有关装置都安装在演示板的底板(31)上。
电流从电刷(13)流向限流电阻(16)再通过反向并联的红发光二极管(14)和绿发光二极管(15)回到电刷(12)。红、绿发光二极管的闪亮显示电流方向；红、绿发光二极管的闪亮交替变换的快慢显示交流电的频率大小。
纯电阻电路和电感电路及电容电路并联在输出电路上，其中电感电路和电容电路是插件式的共用电路。
纯电阻电路中的定值电阻(20)的电阻值约与电感线圈的电阻值相同，纯电阻电路一方面可以演示交流电频率对电阻的影响，另方面它是电感电路和电容电路的对比电路，通过对比可以加深对感抗，容抗的理解。在纯电阻电路上可以看到，不论是通直流电或是通交流电、也不论交流电的频率如何变化，小电灯(17)的亮度始终不变，说明：电阻对交流电的阻碍作用是与频率大小无关的。
电感电路和电容电路分别由小电灯(18)及香蕉插座孔(21、22)和小电灯(19)及香蕉插座孔(23、24)组成。
演示交流电对电感的影响：把自感系数较小的电感小板(27)上的香蕉插头插入香蕉插座孔(21、22)内，不转动手摇轮时，让直流电通过串联着的小电灯(18)和电感小板(27)上的电感，小电灯(18)发亮，亮度与小电灯(17)相同，说明电感能通直流电。当转动手摇轮时，输出交流电，小电灯(18)随交流电频率的增大而亮度变暗，说明：电感对交流电有阻碍作用，即有感抗，而且，感抗是随交流电的频率增大而增大。把自感受系数较大的电感小板(28)上的香蕉插头插入香蕉插座孔(23、24)内，不转动手摇轮时，三只小电灯的亮度相同。转动手摇轮输出交流电时，在相同的频率下，小电灯(19)比小电灯(18)要暗，说明：电感的自感系数越大，感抗就越大。当频率增大到某个值时，小电灯(19)不亮，说明：电感有通低频，阻高频的作用。
演示交流电对电容的影响：拔去两块电感小板，在香蕉插座孔(21、22)插入接有一个370微法的电解电容的电容小板(29)，当不摇动手摇轮时，小电灯(18)不亮，说明：直流电不能通过电容器。慢慢转动手摇轮时，小电灯(18)发光，随着频率的增大，小电灯(18)的亮度增大，说明：电容对交流电的阻碍作用随频率的增大而减小，即容抗随交流电频率的增大而减小，电容有隔直流、通交流的作用。接着，在香蕉插座孔(23、24)插入并接有二个370微法的电解电容的电容小板(30)，在同样的交流电频率下，小电灯(19)比小电灯(18)亮一些，说明：电容越大，容抗越小。
本实用新型具体实施方式2：本实用新型中机械变频电源的转轴可以用小型电动机代替手摇轮的方式来带动。
Claims (7)
1.一种感抗、容抗演示仪，由机械变频电源和演示板两个部分组成，其特征是：带手柄的手摇轮和皮带轮相连，皮带轮安装在转轴的一端，转轴安装在支架上，转轴上装有换向器，换向器是由与轴绝缘的二个整铜环和二个半铜环组成，演示板电路图中有二只电刷与二个整铜环接触，并与直流电源相连；另有二只电刷与二只半铜环接触，并与输出电路相连。
2.根据权利要求1所述的一种感抗、容抗演示仪，其特征是：演示板上有红、绿二只发光二极管和一只限流电阻组成的电流方向和频率指示电路。
3.根据权利要求1所述的一种感抗、容抗演示仪，其特征是：演示板上有一只小电灯和定值电阻组成的纯电阻电路。
4.根据权利要求1所述的一种感抗、容抗演示仪，其特征是：演示板上有二只小电灯及两块自感系数不同的电感小板组成的电感电路，两块电感小板上的电感的直流电阻相同，分别有香蕉插头，可插入演示板上的插孔。
5.根据权利要求1所述的一种感抗、容抗演示仪，其特征是：演示板上有二只小电灯及两块电容不同的电容小板组成的电容电路，分别有香蕉插头，可插入演示板上的插孔。
6.根据权利要求1所述的一种感抗、容抗演示仪，其特征是：转轴的带动可以用手摇轮，也可以用小型变速电机来带动。
7.根据权利要求1或4或5所述的一种感抗、容抗演示仪，其特征是：演示板上电感电路和电容电路共用。
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| CN104134384A (zh) * | 2014-07-27 | 2014-11-05 | 南宁市第二中学 | 一种电容电感特性演示器 |
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| CN105931545A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-09-07 | 郭金虎 | 一种电容电感特性对比演示仪 |
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