保險絲作用演示器的製作方法

2023-07-04 08:21:11 1

專利名稱：保險絲作用演示器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種中學物理電學教學中保險絲作用演示器，屬於中學物理電學教學中演示保險絲作用、保險絲選取原則及演示導線中的電壓降、金屬的電阻率隨溫度升高而變大等的裝置。
現行中學物理教材中所提供的演示保險絲作用的裝置是在直接接入220v交流電源的情況下，將演示用保險絲串聯接入電路，然後使電路短路，保險絲熔斷，以演示保險絲保護電路的作用(初中《物理》第二冊1987年第二版教學參考書第273—74頁)。該裝置的缺點是(1)不安全。一則該裝置的工作電壓是交流220v，操作過程中稍有不慎，就會發生觸電事故；二則保險絲是在瞬間熔斷的，由於電壓過高，電流過大，插頭插入插座時會產生很大的電火花，三則保險絲熔斷時，飛濺的保險絲熔粒還可能危及前排學生。(2)不直觀學生觀看實驗，當接通電源，由於電壓過高，電流過大，瞬間保險絲即熔斷。學生根本無法看清短路時電流是否經過用電器，電路就斷開了，短路的準確概念很難建立。而且引起電路中電流過大的另一原因——當接入了大功率的用電器，也無法演示。(3)如果選用的保險絲額定電流稍大，(小電流保險絲不好買到)或者幹路上保險絲不夠大，短路時所產生的大電流常使幹路上的保險絲熔斷，造成較大範圍停電。(4)功能單一。只能演示短路時保險絲熔斷的情況，不能演示保險絲額定電流選得過小或者過大的危害性，進而推出保險絲的選用原則，也不能演示用銅絲代替保險絲的危險性以及演示固體熱脹冷縮等物理現象。
本實用新型的目的在於提供一種安全、直觀、結構簡單、功能較全的保險絲作用演示器本實用新型所提供的保險絲作用演示器由變壓器、實驗導線、指示燈，保險絲和電壓表組成。變壓器的原邊與交流220v電源連接，副邊輸出電壓不大於36v。指示燈至少兩隻且並聯後接入電路。實驗導線、並聯後的指示燈及保險絲三者串聯後接入變壓器的副邊迴路。當演示電路壓降和金屬電阻率隨溫度升高而變大時，將電壓表(11)與實驗導線(3)並聯接入電路。
當電路只有一隻功率較小的指示燈接入時，電路能正常工作，這時保險絲的所容許通過的額定電流稍大於電路最大工作電流。當把第二隻功率較大的指示燈接入時，電路電流過大，保險絲熔斷，指示燈熄滅。換用額定電流稍大一些的保險絲，接通電源，指示燈亮，但數秒鐘後保險絲又熔斷了。斷開電源再換用額定電流更大一些的保險絲，接通電源，電路又正常工作了。當第三隻功率較大的燈泡接入電路，保險絲又熔斷了。斷開電源再換一額定電流更大的保險絲，接通電源，看到三隻指示燈同時亮了。但稍過一會，實驗導線開始冒煙，並且越冒越大，大有燒毀絕緣層之勢。斷開電源，把電路接指示燈的兩接線柱用一段導線連接，使電路短路。接通電源，指示燈均不亮，而保險絲熔斷。此種短路情況下，如果保險絲額定電流選得過大(或者用銅絲代替保險絲)，保險絲或銅絲在短路所引起的大電流作用下，並不熔斷，而會看到實驗導線冒煙、發紅、燒毀絕緣層直至起火的現象。斷開電源在實驗導線兩端並聯一隻交流電壓表，按每次只增加一隻指示燈的規則逐次將指示燈接入電路。通過觀察電壓表讀數可看出，當電路裡負荷增大時，輸電線路上電壓降增大。當三盞指示燈均點亮後，再觀察一段時間(約20秒)用手摸實驗導線，可感到導線上溫度在逐漸升高，同時看到電壓表讀數也在增大，從而驗證了導體的電阻率隨溫度升高而增大的規律。
本實用新型具有如下優點(1)安全可靠。由於整個演示操作過程是在不大於36v的安全電壓下進行的，因此不必擔心觸電事故發生，同時短路時產生的電流也不至於產生很大電火花。雖然短路時產生的電流很大，但通過變壓器接在220v電源上的電流卻較小，因此不會造成幹路上保險絲熔斷而引起較大範圍停電。(2)、演示效果直觀、效率高、一儀多用。由於安全可靠不會造成大範圍停電，因此各個演示均可做得慢一些，給學生一個清楚觀察、深刻理解的時間，有的可反覆多做幾遍，同時學生也可親自動手做實驗。這樣把教師在過去用三、四節課尚講不清楚的概念，通過十幾分鐘的演示即可完全弄懂。從而使學生清楚懂得電線都有允許通過的最大電流強度；保險絲保護電路的作用；引起導線中電流過大的兩個原因；保險絲選用不當的危害性；選用保險絲的原則；為什麼不能用銅絲代替保險絲；短路現象及其危險性；固體熱脹冷縮現象；輸電線上的電壓降，以及金屬的電阻率隨溫度變化的規律等。(3)、結構簡單、成本低。
以下結合附圖
和最佳實施例詳細說明本實用新型的技術方案及目的。
附圖為保險絲作用演示器原理圖。
變壓器(1)的原邊與220v交流電源連接。副邊輸出為14v，並與固定在面板(2)上的接線柱(4)、(9)連接。實驗導線(3)接在接線柱(4)、(5)間。保險絲(10)接在接線柱(8)、(9)間，指示燈(6)、(7)為3隻。三隻指示燈並聯後，連接在接線柱(5)、(8)之間。變壓器的額定功率為150w，指示燈(7)為12v50w二隻，指示燈(6)為12v8w一隻。保險絲(10)根據需要分別備1A、2A、3A、5A四種。實驗導線(3)選用熔點在1300℃以上的∮6.5mm鍍鋅鐵絲，外面套上彩色絕緣套管與一般導線外觀基本一致。面板(2)由耐一定高溫的絕緣材料製成。
當把1A的保險絲接在(8)、(9)間，只把指示燈(6)接入電路。接通電源，指示燈(6)亮，說明當保險絲的額定電流稍大於電路正常工作電流時，電路能正常工作。再把指示燈(7)上的兩隻指示燈先接入一隻(12v50w)。1A保險絲熔新。說明電路中接入大功率用電器後，電流增大，保險絲熔斷保護了電路。斷開電源開關，再接一2A的保險絲。閉合開關，2A保險絲又熔新(這次熔斷慢一些)電路中電流仍超過了保險絲的熔斷電流。說明保險絲額定電流選得過小，正常工作一段時間也會熔斷，也說明保險絲熔斷電流是額定電流的2倍左右。斷開開關，再換接3A的保險絲，這樣電路中兩燈同時亮了，保險絲不熔斷。若再接入另一隻指示燈(7)，3A保險絲也熔斷了。斷開開關再換上5A的保險絲，這時三盞燈同時亮了，保險絲不熔斷，但過了10秒鐘左右可看到實驗導線(3)開始發熱冒煙。說明保險絲額定電流選得過大，起不到保險作用；也說明每條導線都有允許通過的最大電流。如果超過了這個規定的最大值，電路上的大電流會使電線絕緣層燒壞，甚至引起火災。
斷開開關，用導線把(5)、(8)接通，即把電路短路，三個指示燈可任意接幾個。此時接通電源，指示燈不亮。說明短路時，電流不經過用電器，直接從電源一極通過短路導線流向另一極，此即短路現象的物理本質。同時保險絲熔斷，說明短路時電流很大，保險絲在短路時能起到保險作用。
斷開開關，用一段銅絲替保險絲(10)接在(8)、(9)間。電路(5)、(8)間仍用導線短路，接通電源，指示燈不亮。會看到實驗導線(3)發熱、濃煙大起、發紅、絕緣層燒毀、起火。說明用一般銅絲代替保險絲，電流過大到超過規定值時會燒壞電路，甚至引起火災。
在上述情況下，把實驗導線(3)的絕緣套管去掉後接在(4)、(5)間，接通電源，其即被燒紅，受熱彎曲伸長。一旦斷開開關，燒紅的實驗導線(3)遇冷，紅色消退，縮短，變直。反覆開關電源幾次，一分鐘內即可完成6—7次熱脹冷縮實驗。
在上述情況下，用銅絲代替保險絲(10)，去掉(5)、(8)間的短路導線把一電壓表(量程為0—3v)(11)並接在(4)、(5)間，只接一盞12v8w的燈(6)，接通開關，看到金屬導線兩端的電壓降為0.03v，再並接一盞12v50w的燈(7)，看到電壓降升至0.6v；再並接一盞12v50w(7)的燈看到電壓降升至1.4v。說明(1)輸電線路上有電壓降(也有功率損失)，(2)輸電線路的電壓降隨電路中並聯用電器增加而增加。
繼續進行上述實驗，保持三盞燈不變，剛開燈時，實驗導線(3)的電壓降為1.2v。約20秒左右，可看到電壓表(11)的讀數逐步升至1.9v。在這期間，用手摸一下實驗導線(3)，其溫度隨通電時間增加而升高。說明電阻(率)隨溫度的升高而增大。
權利要求1.一種中學物理電學教學中保險絲作用演示器，其特徵是a、該演示器由變壓器(1)、實驗導線(3)、指示燈(6)、(7)保險絲(10)和電壓表(11)組成；b、變壓器(1)的原邊與交流220v電源連接，副邊輸出電壓不大於36v；c、至少有兩隻指示燈(6)、(7)且相互並聯後接入電路；d、變壓器(1)的副邊與設置在面板(2)上的接線柱(4)、(9)連接；實驗導線(3)、並聯後的指示燈(6)、(7)與保險絲(10)三者串聯後接入變壓器的副邊迴路。
2.根據權利要求1所述的保險絲作用演示器，其特徵是實驗導線(3)熔點在1300℃以上，電阻率20℃為1.1×10-7歐米，1200℃以上不小於2.3×10-7歐米，實驗導線的外面套上易燃的絕緣套管。
3.根據權利要求1或2所述的保險絲作用演示器，其特徵是面板(2)由具有耐高溫的絕緣材料製成。
4.根據權利要求1所述的保險絲作用演示器，其特徵是，在用以演示電路壓降和金屬的電阻率隨溫度升高而增大時，將電壓表(11)與實驗導線(3)並聯接入電路。
專利摘要本實用新型提供了一種中學物理電學教學中保險絲作用演示器。由變壓器、實驗導線、指示燈，保險絲和電壓表組成。指示燈至少有兩隻，實驗導線與並聯後的指示燈及保險絲三者串聯接入變壓器的副邊迴路。本實用新型具有安全、直觀、結構簡單、成本低、功能較多等優點，不僅能夠演示保險絲在電路中的作用和選取原則，還能夠演示固體的熱脹冷縮、導線上的電壓降及金屬的電阻率隨溫度升高而增大等物理現象。
文檔編號G09B23/18GK2222383SQ9424859
公開日1996年3月13日 申請日期1994年12月24日 優先權日1994年12月24日
發明者楊振華 申請人:楊振華