KR200363357Y1 - experimental tool for the relation of current - magnetic field - Google Patents
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Abstract
본 고안은 실험자인 학생들이 전류의 방향과 세기를 편리하게 변화시킬 수 있도록 하고, 자기장의 변화를 시각적으로 볼 수 있도록 한 장치에 관한 전류와 자기장관계 실험기를 제공한다.The present invention provides the experimental apparatus for the current and magnetic field related to the device, which allows the students to easily change the direction and intensity of the current and to visually see the change in the magnetic field.
상기 목적을 위하여 본 고안에는 전류가 흐를 수 있는 바 형상의 전선바; 상기 전선바를 중심축으로 설치되며, 서로 다른 동심원 상에 복수의 발광소자들과 나침반들이 설치된 판형부재; 상기 전선바에 전류가 흐를 때 상기 복수의 발광소자에 전류가 흐르도록 하는 발광소자 구동회로를 포함하는 기술 구성이 개시된다.The present invention for this purpose is a bar-shaped wire bar through which current can flow; A plate member having a center axis of the wire bar and having a plurality of light emitting elements and compasses installed on different concentric circles; Disclosed is a technical configuration including a light emitting device driving circuit for allowing a current to flow through the plurality of light emitting devices when a current flows through the wire bar.
Description
본 고안은 전류의 방향과 세기의 변화에 의하여 자기장이 변화하는 것을 실험하기 위한 전류와 자기장관계 실험기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 학생들이 전류의 방향과 세기를 편리하게 변화시킬 수 있도록 하고, 자기장의 변화를 시각적으로 볼 수 있도록 한 전류와 자기장관계 실험기에 관한 것이다.The present invention relates to a current and magnetic field relationship tester for experimenting the change of the magnetic field by the change of the direction and intensity of the current, more specifically, to allow students to conveniently change the direction and intensity of the current, It is related to the electric current and the magnetic field relationship tester to visually see the change of.
도 1은 종래에 학생들이 전류-자기장을 실험하기 위한 실험장치의 모식도이다.1 is a schematic diagram of an experimental apparatus for students to test the current-magnetic field in the prior art.
프레임(1)에는 직선 형태의 저항을 갖는 전선 바(bar)(3)가 수직으로 설치되고, 전선 바(3)에는 원형판(4)이 설치되고, 원형판(4)에는 나침반(5)이 놓여지고, 밧데리(6)에 의한 전원이 저항(7)을 거쳐서 전선바(3)에 입력된다. 또한, 저항의 양단의 전압을 측정하기 위하여 전압계(8)가 설치되고, 전선바(3)에 흐르는 전류를 측정하기 위하여 전류계(9)가 설치되고, 전선바(3)에 전원을 공급하기 위하여 스위치(SW)가 온/오프된다. 스위치(SW)가 온된 상태에서는 전선바(3)에 전류가 흐르고, 흐르는 전류에 의하여 원형판(4)의 원주방향으로 자기장이 발생되게 되고, 이 자기장에 의하여 나침반(5)은 반응하여 원주방향으로 자극이 배열되게 된다.In the frame 1, a wire bar 3 having a linear resistance is installed vertically, a round plate 4 is installed in the wire bar 3, and a compass 5 is placed in the round plate 4. The power source by the battery 6 is input to the wire bar 3 via the resistor 7. In addition, a voltmeter 8 is installed to measure the voltage across the resistor, an ammeter 9 is installed to measure the current flowing through the wire bar 3, and to supply power to the wire bar 3. The switch SW is turned on / off. When the switch SW is turned on, a current flows in the wire bar 3, and a magnetic field is generated in the circumferential direction of the circular plate 4 by the flowing current. The magnetic field causes the compass 5 to react in the circumferential direction. The stimuli will be arranged.
이와 같이 나침반을 사용하여 전류와 자기장의 관계를 실험하는 것은 자기장의 크기가 전선바(3)로 부터의 이격 거리r에 반비례하는 것을 규명하는 정량적인 분석이 어렵고, 전류의 크기를 변화시키기 어려워 전류량의 변화량에 따른 자기장의 변화량을 관찰하기가 어렵다.Using the compass to test the relationship between the current and the magnetic field is difficult to quantitatively analyze that the magnitude of the magnetic field is inversely proportional to the separation distance r from the wire bar (3), and it is difficult to change the magnitude of the current. It is difficult to observe the amount of change in the magnetic field depending on the amount of change in.
본 고안은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 고안의 목적은 전류의 방향과 크기를 가변시킬 수 있도록 하여 자기장에 변화를 주고, 크기와 방향을 시각적으로 확인할 수 있도록 함으로써 실험효과를 제고시킬 수 있도록 하는 실험장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is devised to solve the above problems, the object of the present invention is to change the direction and magnitude of the current to change the magnetic field, to enhance the experimental effect by visually confirming the magnitude and direction It is to provide an experimental device that can be made.
도 1은 종래에 학생들이 전류-자기장을 실험하기 위한 실험장치의 모식도이다.1 is a schematic diagram of an experimental apparatus for students to test the current-magnetic field in the prior art.
도 2는 본 고안의 일실시예를 설명하기 위한 사시도이다.2 is a perspective view for explaining an embodiment of the present invention.
도 3은 본 고안의 일실시예의 회로도이다.3 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
도 4는 본 고안의 일실시예의 LED구동부의 상세회로도이다.4 is a detailed circuit diagram of the LED driver of an embodiment of the present invention.
도 5는 본 고안의 다른 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.5 is a circuit diagram for explaining another embodiment of the present invention.
상기 목적을 구현하기 위한 본 고안의 특징은 전류가 흐를 수 있는 바 형상의 전선바; 상기 전선바를 중심축으로 설치되며, 서로 다른 동심원 상에 복수의 발광소자들과 나침반들이 설치된 판형부재; 상기 전선바에 전류가 흐를 때 상기 복수의 발광소자에 전류가 흐르도록 하는 발광소자 구동회로를 포함하는 것이다.Features of the present invention for achieving the above object is a bar-shaped wire bar through which current can flow; A plate member having a center axis of the wire bar and having a plurality of light emitting elements and compasses installed on different concentric circles; And a light emitting device driving circuit for allowing a current to flow through the plurality of light emitting devices when a current flows through the wire bar.
또한, 본 고안에서 상기 전류의 크기를 조절하기 위한 가변저항을 더 포함하며, 상기 가변저항에 의하여 전류의 크기가 변활될 때, 상기 발광소자의 밝기가 변화되는 것이다.In addition, the present invention further includes a variable resistor for adjusting the magnitude of the current, when the magnitude of the current is changed by the variable resistor, the brightness of the light emitting device is changed.
또한, 본 고안에서 상기 발광소자의 구동회로는 상기 전선바에 상기 전류가 흐를 때 작은 반경의 동심원 상에 설치된 발광소자들의 밝기가 큰 반경의 동심원의 발광소자들 보다 밝도록 상기 발광소자를 점등시키는 것이다.In addition, the driving circuit of the light emitting device in the present invention is to turn on the light emitting device so that the brightness of the light emitting devices installed on the concentric circle of a small radius when the current flows in the wire bar is brighter than the light emitting elements of the concentric circle of a large radius .
또한, 본 고안에서 상기 전류의 방향을 절환하는 극성절환스위치를 더 포함하는 것이다.In addition, the present invention further comprises a polarity switching switch for switching the direction of the current.
또한, 본 고안에서 교류전류를 정류하는 정류수단을 더 포함하며, 정류수단으로부터 상기 전류가 공급되는 것이 더 바람직하다.In addition, the present invention further comprises a rectifying means for rectifying the AC current, it is more preferable that the current is supplied from the rectifying means.
또한, 본 고안에서 상기 발광소자 구동회로는 상기 전선바에 흐르는 전류량에 따라서 상기 전선바로부터 소정 반경 이내의 동심원상에 설치된 발광소자만을 점등시키는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the light emitting device driving circuit turns on only the light emitting devices installed on concentric circles within a predetermined radius from the wire bar according to the amount of current flowing through the wire bar.
도 2는 본 고안의 일실시예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 본 고안의 일실시예의 회로도이다.2 is a perspective view for explaining an embodiment of the present invention, Figure 3 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention.
6면체의 케이스(10) 내에는 일실시예를 동작토록하는 도 3의 회로가 설치되어져 있고, 복수의 LED(21)와 나침반(22)들이 배치된 원판(20)이 지지대(11)에 의하여 케이스(10)에 고정되어져 있다. 원판(20)의 중심에는 케이스(10)에 고정된 전선바(30)가 통과하고, 복수의 나침반(22)들은 원판(20)의 중심의 서로 다른 동심원상에 90ㅀ간격으로 배치되고, 복수의 LED들은 나침반(22)들이 배치되는 동심원상에 나침반과 나침반들 사이에 적어도 하나 이상 배치된다. LED의 설치는 일정 원호 길이마다 설치하는 경우에는 반지름이 작은 동심원 상에는 작은 수가 설치되고, 반지름이 큰 동심원에는 많은 수의 LED가 설치된다.In the hexagonal case 10, a circuit of FIG. 3 is provided to operate an embodiment, and a support plate 11 includes a disc 20 on which a plurality of LEDs 21 and compasses 22 are arranged. It is fixed to the case 10. A wire bar 30 fixed to the case 10 passes through the center of the disc 20, and the plurality of compasses 22 are disposed at 90 ° intervals on different concentric circles of the center of the disc 20. LEDs are disposed at least one between the compass and the compasses on the concentric circle in which the compasses 22 are arranged. When the LEDs are installed at regular arc lengths, a small number is installed on the small concentric circles, and a large number of LEDs are installed on the large concentric circles.
케이스(10)의 상면에는 학생들의 교육효과를 높이기 위한 여러 가지 표시들이 도시되어져 있다. 케이스(10)에는 밧데리 표시(12)가 되어져 있으나, 실제 내부에는 밧데리가 설치되어져 있지 않고, 교류전원(AC)이 공급되고, AC/DC변환부(13)에서 직류로 변환되어 안정적인 전원을 공급받을 수 있다. AC/DC변환부(13)는 단순히 AC를 DC로 변환하는 기능 뿐만이 아니라 전압레귤레이터의 기능이 포함되어 있어 안정적인 전원공급이 이루어진다. AC/DC변환부(13)의 후단의 한 전선에는 가변저항(17)이 설치되어져 있고, 가변저항(17)의 후단에는 LED구동부(14)가 설치되어져 있어 흐르는 전류량에 따라서 원판(20)에 설치된 LED들(21)을 점등시킨다. LED 구동부(14)의 후단에는 극성절환스위치(15)가 설치되어져 극성절환스위치(15)의 후단에 설치된 전기소자들에 공급되는 전원의 극성을 변화되도록 한다. 극성절환스위치(15)의 후단의 한 전선에는 온/오프시키는 전원 스위치(SW)가 설치되며, 전원 스위치(SW)의 뒤에는 학생들이 실험적으로 선택할 수 있도록하는 선택 저항(18)이 설치되고, 선택저항(18)과 병렬로 전압계(19)가 설치되며, 회로선에는 직렬로 전류계(16)가 설치된다.On the upper surface of the case 10 is shown a variety of signs to enhance the educational effect of the students. The battery case 12 is marked on the case 10, but the battery is not actually installed inside, and AC power is supplied, and the AC / DC converter 13 is converted into DC to supply stable power. I can receive it. The AC / DC converter 13 includes a function of a voltage regulator as well as a function of simply converting AC into DC, thereby providing a stable power supply. A variable resistor 17 is provided at one end of the AC / DC converter 13, and an LED driver 14 is provided at the rear end of the variable resistor 17. The installed LEDs 21 are turned on. The rear end of the LED driving unit 14 is provided with a polarity switching switch 15 to change the polarity of the power supplied to the electric elements installed in the rear end of the polarity switching switch 15. On the one end of the polarity switching switch 15, a power switch SW for turning on / off is installed, and a selection resistor 18 is installed behind the power switch SW for experimentally selecting students. The voltmeter 19 is provided in parallel with the resistor 18, and the ammeter 16 is provided in series with the circuit line.
극성절환스위치(15)와 가변저항(17), 전원 스위치(SW)는 케이스 표면에 설치되어 학생들이 직접 조작할 수 있도록 구성되며, 전압계(19)와 전류계(16)의 눈금 전시면이 케이스 표면에서 확인 할 수 있도록 설치되며, 선택저항(18)은 학생이 직접 교체하여 설치할 수 있도록 되어져 있다. 또한, 회로 단부에는 각 선에는 각각 클립(31), (32)이 설치되어져 전선바(30)의 원판을 중심으로 양 쪽에 접촉시킬 수 있도록 구성되어져 있다.The polarity switching switch 15, the variable resistor 17, and the power switch SW are installed on the case surface and can be directly manipulated by students. The scale display surface of the voltmeter 19 and the ammeter 16 has a case surface. It is installed so that you can check in, the selection resistor 18 is to be installed by the student to replace directly. In addition, each end of a circuit is provided with the clips 31 and 32 in each line, and is comprised so that it may contact both sides centering on the disc of the wire bar 30. As shown in FIG.
케이스(10)의 미설명 부호41, 42, 43, 44는 학생들이 스스로 점퍼선등을 연결하여 도통시킬 수 있도록 한 삽입구들이다.Reference numerals 41, 42, 43, and 44 of the case 10 are insertion ports for allowing students to conduct a jumper wire or the like by themselves.
도 4는 본 고안의 일실시예의 LED구동부의 상세회로도이다.4 is a detailed circuit diagram of the LED driver of an embodiment of the present invention.
양 전선간에 분압저항R1, R1'가 설치되고, 이들의 접점에는 트랜지스터Q1의 베이스가 연결되어 베이스에는 이들 분압저항의 분압된 전압이 바이어스 전압으로 걸리게 되고, 트랜지스터Q1의 콜렉터에는 하나의 동심원에 설치되는 다수의 LED D1들이 연결되어져 있다. 이들과 동일한 식으로 트랜지스터 Q2의 콜렉터에는 LED D1들이 설치된 동심원 보다 큰 동심원상에 설치되는 LED D2들이 연결된다. 이와 같은 방식으로 여러 동심원상에 LED들이 연결될 수 있다. 트랜지스터의 증폭도를 다르게 동심원이 작은 쪽에서 큰 값을, 동심원이 큰 경우에 작은 값을 갖도록 한다면 D1이 가장 밝고, D2는 그 다음 밝기로, Dn은 가장 어둡게 점등되도록 할 수 있다. 또한, 정해진 트랜지스터의 증폭도에서도 가변저항(17)의 저항을 변화시키면 각 다이오드의 밝기의 변화가 발생한다. 즉, 큰 저항값을 갖는 경우에는 밝기가 어둡게 되고, 작은 저항값을 갖는 경우에는 밝게된다. 이러한 것은 필요에 따른 설계적 사항으로여러 가지 변형가능하다.The divider resistors R 1 and R 1 ′ are provided between the two wires, and the bases of the transistors Q 1 are connected to their contacts, and the divided voltages of these divider resistors are applied to the bases as bias voltages, and one collector is provided to the collector of the transistor Q 1 . There are a number of LEDs D 1 connected in concentric circles. In the same way, the collector of transistor Q 2 is connected to the LED D 2 which is installed on the concentric circle larger than the concentric circle where LED D 1 is installed. In this way, the LEDs can be connected on several concentric circles. If the transistor has a different degree of amplification, D1 is the brightest, D2 is the next bright, and Dn is the darkest if the concentric circles have a larger value on the smaller side and a smaller value on the large concentric circle. In addition, when the resistance of the variable resistor 17 is changed even in the degree of amplification of a predetermined transistor, a change in brightness of each diode occurs. That is, the brightness becomes dark when having a large resistance value, and becomes bright when having a small resistance value. This can be modified in various ways depending on the design requirements.
이하, 본 고안의 동작과정을 기술하기로 한다.Hereinafter, an operation process of the present invention will be described.
실험을 하는 학생이 전원 스위치(SW)를 온시키고, 클립(31), (32)을 전선바(30)의 양쪽에 접속시키게 되면 전선바에는 전류가 흐르게 되어 원판(20)의 원주방향으로 자기장이 발생한다. 이때, 발생되는 자기장은 전선바(30)로부터 떨어진 거리에 반비례한 크기를 갖는다. 따라서 원판(20)에 설치된 나침반(22)들은 자기장의 방향으로 배열되게 된다.When the experiment student turns on the power switch SW and connects the clips 31 and 32 to both sides of the wire bar 30, a current flows through the wire bar, and the magnetic field is circulated in the circumferential direction of the disc 20. This happens. At this time, the generated magnetic field is inversely proportional to the distance away from the wire bar 30. Therefore, the compasses 22 installed on the disc 20 are arranged in the direction of the magnetic field.
이때, LED구동부(14)의 LED들에도 전압이 인가되어 LED들은 점등되게 되나, 작은 반경의 동심원 상에 배치된 LED들은 밝은 빛을 내게 되고, 큰 반경의 동심원상에 배치된 LED들은 어두운 빛을 내게 되어 자기장의 세기를 학생들이 시각적으로 확인할 수 있도록 된다.At this time, voltages are applied to the LEDs of the LED driver 14 so that the LEDs are turned on, but LEDs arranged on concentric circles of small radius emit bright light, and LEDs arranged on concentric circles of large radius emit dark light. This allows students to visually check the strength of the magnetic field.
실험자인 학생들은 극성절환 스위치(15)를 동작시켜 +, -극을 바꾸게 되면 전선바(30)에 흐르는 전류의 방향이 바뀌게 되고, 이때 자기장의 방향이 반대로 되고, 원판상의 나침반이 거꾸로 회전하게 된다. 따라서, 학생들은 전류의 방향이 바뀌게 되면, 자기장의 방향도 반전됨을 알 수 있다. 또한, 가변저항을 변화시키게 되면, LED들의 밝기의 변화가 발생되는 것을 보고, 시각적으로 자기장의 세기의 변화를 인식할 수 있게 된다.Students who are experimenters operate the polarity switching switch 15 to change the + and-poles to change the direction of the current flowing through the wire bar 30. At this time, the direction of the magnetic field is reversed, and the compass on the disc rotates upside down. . Therefore, students can see that when the direction of current changes, the direction of magnetic field is reversed. In addition, when the variable resistor is changed, it is possible to see a change in the brightness of the LEDs and to visually recognize the change in the intensity of the magnetic field.
가변저항 뿐만 아니라 선택저항(18)을 교체하여 흐르는 전류를 변화시켜도 자기장의 세기에 변화가 발생하게 되고, LED의 밝기의 변화가 발생하기 때문에 이를 시각적으로 확인할 수 있다.Changing the current flowing by replacing the variable resistor as well as the selection resistor 18 causes a change in the intensity of the magnetic field, and a change in the brightness of the LED can be visually confirmed.
이때, 학생들은 전류의 변화를 전류계(16)로 확인할 수 있으며, 전압의 변화를 전압계(19)에 의하여 확인할 수 있다. 또한, 각 배선을 점퍼선을 삽입할 수 있는 삽입공에 삽입하도록 함으로써 전기회로에 대하여 스스로 동작, 인식할 수 있다.At this time, the students can check the change in the current with the ammeter 16, the change in the voltage can be confirmed by the voltmeter 19. In addition, by inserting each wiring into an insertion hole into which a jumper wire can be inserted, the electric circuit can be recognized and operated by itself.
도 5는 본 고안의 다른 실시예를 설명하기 위한 회로도이다.5 is a circuit diagram for explaining another embodiment of the present invention.
AC 전원이 스위치(SW)을 통하여 AC/DC 변환부에 입력되어 직류전원으로 변환되어 LED 구동부(14)와 클립(31), (32)에 연결된 전선바(30)에 공급된다. 이때, AC/DC 변환부(13)의 출력은 가변저항(17)에 의하여 출력이 조절된다. 또한, AC/DC변환부(13)와 클립들(31), (32) 사이에는 극성절환스위치(16)이 설치되어 전선바(30)에 흐르는 전류의 방향을 전환시킬 수 있도록 구성된다. 또한, 선택저항(17)에는 전압계(19)가 설치되어져 있어 전압을 측정할 수 있으며, 전류계(16)에 의하여 전선바(30)에 흐르는 전류를 측정할 수 있도록 구성된다. 또한, LED구동부(14)의 출력단에는 원판(20)에 설치된 LED들(21)이 연결되어져 있어 LED들을 구동시킨다. 이때, LED구동부(14)는 흐르는 전류량에 따라 원판의 특정 반경상에 설치된 LED들만을 점등되도록 설계되도록 하여 LED들의 점등상태만을 관찰하여도 흐르는 전류량을 추측할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The AC power is input to the AC / DC converter through the switch SW, converted into DC power, and supplied to the wire bar 30 connected to the LED driver 14, the clips 31, and 32. At this time, the output of the AC / DC converter 13 is controlled by the variable resistor (17). In addition, a polarity switching switch 16 is installed between the AC / DC converter 13 and the clips 31 and 32 to change the direction of the current flowing through the wire bar 30. In addition, the selection resistor 17 is provided with a voltmeter 19 to measure the voltage, and is configured to measure the current flowing through the wire bar 30 by the ammeter 16. In addition, the LEDs 21 installed in the disc 20 are connected to the output terminal of the LED driver 14 to drive the LEDs. At this time, it is preferable that the LED driving unit 14 is designed to light only LEDs installed on a specific radius of the disc according to the amount of current flowing, so that the amount of current flowing can be estimated even if only the LEDs are observed.
상기의 목적과 구성을 갖는 본 고안에 따르면, 실험자인 학생들 스스로가 전류의 크기와 방향을 변화시켜 자기장의 크기와 방향의 변화를 인식할 수 있을 뿐만아니라 이를 시각화시킴으로써 실험목적을 달성할 수 있다.According to the present invention having the above object and configuration, the experimental students themselves can change the magnitude and direction of the current to recognize the change in the magnitude and direction of the magnetic field as well as achieve the purpose of the experiment by visualizing it.
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Publications (1)
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100581382B1 (en) | 2004-08-25 | 2006-05-23 | 김비오 | Electric circuit for experiment on ohm's law |
| KR20150037171A (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-08 | 한국전력공사 | Device measuring the force of electronic attraction on two-bundle conductor of overhead transmission line |
-
2004
- 2004-05-13 KR KR20-2004-0013355U patent/KR200363357Y1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| REGI | Registration of establishment | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20070920 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |