CN2222383Y - 保险丝作用演示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种中学物理电学教学中保险丝作用演示器。由变压器、实验导线、指示灯，保险丝和电压表组成。指示灯至少有两只，实验导线与并联后的指示灯及保险丝三者串联接入变压器的副边回路。本实用新型具有安全、直观、结构简单、成本低、功能较多等优点，不仅能够演示保险丝在电路中的作用和选取原则，还能够演示固体的热胀冷缩、导线上的电压降及金属的电阻率随温度升高而增大等物理现象。

Description

保险丝作用演示器

本实用新型涉及一种中学物理电学教学中保险丝作用演示器，属于中学物理电学教学中演示保险丝作用、保险丝选取原则及演示导线中的电压降、金属的电阻率随温度升高而变大等的装置。

现行中学物理教材中所提供的演示保险丝作用的装置是在直接接入220v交流电源的情况下，将演示用保险丝串联接入电路，然后使电路短路，保险丝熔断，以演示保险丝保护电路的作用(初中《物理》第二册1987年第二版教学参考书第273—74页)。该装置的缺点是：(1)不安全。一则该装置的工作电压是交流220v，操作过程中稍有不慎，就会发生触电事故；二则保险丝是在瞬间熔断的，由于电压过高，电流过大，插头插入插座时会产生很大的电火花，三则保险丝熔断时，飞溅的保险丝熔粒还可能危及前排学生。(2)不直观：学生观看实验，当接通电源，由于电压过高，电流过大，瞬间保险丝即熔断。学生根本无法看清短路时电流是否经过用电器，电路就断开了，短路的准确概念很难建立。而且引起电路中电流过大的另一原因——当接入了大功率的用电器，也无法演示。(3)如果选用的保险丝额定电流稍大，(小电流保险丝不好买到)或者干路上保险丝不够大，短路时所产生的大电流常使干路上的保险丝熔断，造成较大范围停电。(4)功能单一。只能演示短路时保险丝熔断的情况，不能演示保险丝额定电流选得过小或者过大的危害性，进而推出保险丝的选用原则，也不能演示用铜丝代替保险丝的危险性以及演示固体热胀冷缩等物理现象。

本实用新型的目的在于提供一种安全、直观、结构简单、功能较全的保险丝作用演示器

本实用新型所提供的保险丝作用演示器由变压器、实验导线、指示灯，保险丝和电压表组成。变压器的原边与交流220v电源连接，副边输出电压不大于36v。指示灯至少两只且并联后接入电路。实验导线、并联后的指示灯及保险丝三者串联后接入变压器的副边回路。当演示电路压降和金属电阻率随温度升高而变大时，将电压表(11)与实验导线(3)并联接入电路。

当电路只有一只功率较小的指示灯接入时，电路能正常工作，这时保险丝的所容许通过的额定电流稍大于电路最大工作电流。当把第二只功率较大的指示灯接入时，电路电流过大，保险丝熔断，指示灯熄灭。换用额定电流稍大一些的保险丝，接通电源，指示灯亮，但数秒钟后保险丝又熔断了。断开电源再换用额定电流更大一些的保险丝，接通电源，电路又正常工作了。当第三只功率较大的灯泡接入电路，保险丝又熔断了。断开电源再换一额定电流更大的保险丝，接通电源，看到三只指示灯同时亮了。但稍过一会，实验导线开始冒烟，并且越冒越大，大有烧毁绝缘层之势。断开电源，把电路接指示灯的两接线柱用一段导线连接，使电路短路。接通电源，指示灯均不亮，而保险丝熔断。此种短路情况下，如果保险丝额定电流选得过大(或者用铜丝代替保险丝)，保险丝或铜丝在短路所引起的大电流作用下，并不熔断，而会看到实验导线冒烟、发红、烧毁绝缘层直至起火的现象。断开电源在实验导线两端并联一只交流电压表，按每次只增加一只指示灯的规则逐次将指示灯接入电路。通过观察电压表读数可看出，当电路里负荷增大时，输电线路上电压降增大。当三盏指示灯均点亮后，再观察一段时间(约20秒)用手摸实验导线，可感到导线上温度在逐渐升高，同时看到电压表读数也在增大，从而验证了导体的电阻率随温度升高而增大的规律。

本实用新型具有如下优点：(1)安全可靠。由于整个演示操作过程是在不大于36v的安全电压下进行的，因此不必担心触电事故发生，同时短路时产生的电流也不至于产生很大电火花。虽然短路时产生的电流很大，但通过变压器接在220v电源上的电流却较小，因此不会造成干路上保险丝熔断而引起较大范围停电。(2)、演示效果直观、效率高、一仪多用。由于安全可靠不会造成大范围停电，因此各个演示均可做得慢一些，给学生一个清楚观察、深刻理解的时间，有的可反复多做几遍，同时学生也可亲自动手做实验。这样把教师在过去用三、四节课尚讲不清楚的概念，通过十几分钟的演示即可完全弄懂。从而使学生清楚懂得电线都有允许通过的最大电流强度；保险丝保护电路的作用；引起导线中电流过大的两个原因；保险丝选用不当的危害性；选用保险丝的原则；为什么不能用铜丝代替保险丝；短路现象及其危险性；固体热胀冷缩现象；输电线上的电压降，以及金属的电阻率随温度变化的规律等。(3)、结构简单、成本低。

以下结合附图和最佳实施例详细说明本实用新型的技术方案及目的。

附图为保险丝作用演示器原理图。

变压器(1)的原边与220v交流电源连接。副边输出为14v，并与固定在面板(2)上的接线柱(4)、(9)连接。实验导线(3)接在接线柱(4)、(5)间。保险丝(10)接在接线柱(8)、(9)间，指示灯(6)、(7)为3只。三只指示灯并联后，连接在接线柱(5)、(8)之间。变压器的额定功率为150w，指示灯(7)为12v50w二只，指示灯(6)为12v8w一只。保险丝(10)根据需要分别备1A、2A、3A、5A四种。实验导线(3)选用熔点在1300℃以上的∮6.5mm镀锌铁丝，外面套上彩色绝缘套管与一般导线外观基本一致。面板(2)由耐一定高温的绝缘材料制成。

当把1A的保险丝接在(8)、(9)间，只把指示灯(6)接入电路。接通电源，指示灯(6)亮，说明当保险丝的额定电流稍大于电路正常工作电流时，电路能正常工作。再把指示灯(7)上的两只指示灯先接入一只(12v50w)。1A保险丝熔新。说明电路中接入大功率用电器后，电流增大，保险丝熔断保护了电路。断开电源开关，再接一2A的保险丝。闭合开关，2A保险丝又熔新(这次熔断慢一些)电路中电流仍超过了保险丝的熔断电流。说明保险丝额定电流选得过小，正常工作一段时间也会熔断，也说明保险丝熔断电流是额定电流的2倍左右。断开开关，再换接3A的保险丝，这样电路中两灯同时亮了，保险丝不熔断。若再接入另一只指示灯(7)，3A保险丝也熔断了。断开开关再换上5A的保险丝，这时三盏灯同时亮了，保险丝不熔断，但过了10秒钟左右可看到实验导线(3)开始发热冒烟。说明保险丝额定电流选得过大，起不到保险作用；也说明每条导线都有允许通过的最大电流。如果超过了这个规定的最大值，电路上的大电流会使电线绝缘层烧坏，甚至引起火灾。

断开开关，用导线把(5)、(8)接通，即把电路短路，三个指示灯可任意接几个。此时接通电源，指示灯不亮。说明短路时，电流不经过用电器，直接从电源一极通过短路导线流向另一极，此即短路现象的物理本质。同时保险丝熔断，说明短路时电流很大，保险丝在短路时能起到保险作用。

断开开关，用一段铜丝替保险丝(10)接在(8)、(9)间。电路(5)、(8)间仍用导线短路，接通电源，指示灯不亮。会看到实验导线(3)发热、浓烟大起、发红、绝缘层烧毁、起火。说明用一般铜丝代替保险丝，电流过大到超过规定值时会烧坏电路，甚至引起火灾。

在上述情况下，把实验导线(3)的绝缘套管去掉后接在(4)、(5)间，接通电源，其即被烧红，受热弯曲伸长。一旦断开开关，烧红的实验导线(3)遇冷，红色消退，缩短，变直。反复开关电源几次，一分钟内即可完成6—7次热胀冷缩实验。

在上述情况下，用铜丝代替保险丝(10)，去掉(5)、(8)间的短路导线把一电压表(量程为0—3v)(11)并接在(4)、(5)间，只接一盏12v8w的灯(6)，接通开关，看到金属导线两端的电压降为0.03v，再并接一盏12v50w的灯(7)，看到电压降升至0.6v；再并接一盏12v50w(7)的灯看到电压降升至1.4v。说明(1)输电线路上有电压降(也有功率损失)，(2)输电线路的电压降随电路中并联用电器增加而增加。

继续进行上述实验，保持三盏灯不变，刚开灯时，实验导线(3)的电压降为1.2v。约20秒左右，可看到电压表(11)的读数逐步升至1.9v。在这期间，用手摸一下实验导线(3)，其温度随通电时间增加而升高。说明电阻(率)随温度的升高而增大。

Claims (4)

1、一种中学物理电学教学中保险丝作用演示器，其特征是：

a、该演示器由变压器(1)、实验导线(3)、指示灯(6)、(7)保险丝(10)和电压表(11)组成；

b、变压器(1)的原边与交流220v电源连接，副边输出电压不大于36v；

c、至少有两只指示灯(6)、(7)且相互并联后接入电路；

d、变压器(1)的副边与设置在面板(2)上的接线柱(4)、(9)连接；实验导线(3)、并联后的指示灯(6)、(7)与保险丝(10)三者串联后接入变压器的副边回路。

2、根据权利要求1所述的保险丝作用演示器，其特征是实验导线(3)熔点在1300℃以上，电阻率：20℃为1.1×10^-7欧米，1200℃以上不小于2.3×10^-7欧米，实验导线的外面套上易燃的绝缘套管。

3、根据权利要求1或2所述的保险丝作用演示器，其特征是面板(2)由具有耐高温的绝缘材料制成。

4、根据权利要求1所述的保险丝作用演示器，其特征是，在用以演示电路压降和金属的电阻率随温度升高而增大时，将电压表(11)与实验导线(3)并联接入电路。