本實(shí)用新型涉及科普展示領(lǐng)域,具體涉及一種用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái)。
背景技術(shù):
法拉第發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生在閉合回路上的電動(dòng)勢(shì)(electromotive force,簡(jiǎn)稱EMF)和通過(guò)任何該路徑所包圍的曲面上磁通量的變化率成正比,這意味著當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體所包圍的曲面的磁通量變化時(shí)電流會(huì)在任何閉合導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng),這適用于當(dāng)場(chǎng)本身變化時(shí)或者導(dǎo)體在場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)。電磁感應(yīng)是發(fā)電機(jī)、感應(yīng)馬達(dá)、變壓器和大部分其他電力設(shè)備的操作的基礎(chǔ)。
電磁感應(yīng)(Electromagnetic induction)現(xiàn)象是指放在變化磁通量中的導(dǎo)體,會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。此電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電動(dòng)勢(shì),若將此導(dǎo)體閉合成一回路,則該電動(dòng)勢(shì)會(huì)驅(qū)使電子流動(dòng),形成感應(yīng)電流。
電磁感應(yīng)是指因?yàn)榇磐孔兓a(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),乃是電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的成就之一。它不僅揭示了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系,而且為電與磁之間的相互轉(zhuǎn)化奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),為人類獲取巨大而廉價(jià)的電能開(kāi)辟了道路,在實(shí)用上有重大意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),標(biāo)志著一場(chǎng)重大的工業(yè)和技術(shù)革命的到來(lái)。事實(shí)證明,電磁感應(yīng)在電工、電子技術(shù)、電氣化、自動(dòng)化方面的廣泛應(yīng)用對(duì)推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷,本實(shí)用新型提供了一種用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái),將電磁科學(xué)的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展展現(xiàn)在觀眾的面前。
本實(shí)用新型提供的用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái),包括:地臺(tái),變壓器,調(diào)壓器,轉(zhuǎn)換箱和操作臺(tái),用于展示展品的所述地臺(tái)安裝于地面上并高于地面,所述地臺(tái)周圍自上而下設(shè)有用于屏蔽電磁信號(hào)的屏蔽網(wǎng),所述地臺(tái)的一側(cè)靠后端處設(shè)有用于實(shí)驗(yàn)操作的操作臺(tái),用于改變電壓的所述變壓器布置于所述地臺(tái)后側(cè),用于調(diào)節(jié)所述變壓器電壓的調(diào)壓器布置于所述地臺(tái)后側(cè),用于交流電與直流電之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的所述轉(zhuǎn)換箱布置于所述地臺(tái)后側(cè),所述操作臺(tái)、所述調(diào)壓器、所述變壓器和所述轉(zhuǎn)換箱順次相連。
可選地,還包括布置于所述地臺(tái)前側(cè)及左右兩側(cè)的用于隔離所述展品與觀眾的護(hù)欄。
可選地,還包括布置于所述地臺(tái)前側(cè)用于更換展品時(shí)遮擋所述地臺(tái)的屏蔽幕。
可選地,所述調(diào)壓器、所述變壓器及所述轉(zhuǎn)換箱的輸出端均串接有水阻。
可選地,還包括布置于所述地臺(tái)后側(cè)并豎立的LED屏組件,所述LED屏組件播放文字與畫(huà)面。
可選地,還包括通過(guò)電視掛架布置在所述地臺(tái)前側(cè)的大尺寸電視,所述大尺寸電視播放電磁的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用知識(shí)。
可選地,所述展品包括布置在所述地臺(tái)上的高壓放電單元、法拉第籠單元、風(fēng)箏試驗(yàn)單元、雅各布天梯單元和怒發(fā)沖冠單元。
可選地,所述展品還包括環(huán)形放電單元和沿面放電單元,所述環(huán)形放電單元和沿面放電單元懸掛于所述地臺(tái)的頂部。
可選地,所述展品還包括絢麗極光單元和體驗(yàn)靜電單元,所述絢麗極光單元和所述體驗(yàn)靜電單元布置在所述地臺(tái)外圍前側(cè),供觀眾共同體驗(yàn)。
可選地,所述地臺(tái)下方預(yù)埋有穿線管,所述穿線管從所述操作室連接至各個(gè)展品。
由上述技術(shù)方案可知,本實(shí)用新型提供的用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái),通過(guò)在單純的高壓放電表演基礎(chǔ)上溶入了靜電、交流電、電磁感應(yīng)、安全用電等科學(xué)知識(shí),突破性地采用了舞臺(tái)劇形式與多媒體技術(shù),同時(shí)采用動(dòng)畫(huà)解說(shuō)配以聲、光、電表演集合的展示形式,營(yíng)造了一個(gè)神奇的超時(shí)空科學(xué)氛圍將電磁科學(xué)的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展生動(dòng)活潑的展現(xiàn)在觀眾的面前。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。在所有附圖中,類似的元件或部分一般由類似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。附圖中,各元件或部分并不一定按照實(shí)際的比例繪制。
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái)的主視圖;
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái)的俯視圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案,因此只是作為示例,而不能以此來(lái)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
需要注意的是,除非另有說(shuō)明,本申請(qǐng)使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái)的主視圖。圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái)的俯視圖。參見(jiàn)圖1及圖2,本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái),包括:地臺(tái)17,變壓器12,調(diào)壓器13,轉(zhuǎn)換箱7和操作臺(tái)9,用于展示展品的所述地臺(tái)17安裝于地面上并高于地面,所述地臺(tái)17周圍自上而下設(shè)有用于屏蔽電磁信號(hào)的屏蔽網(wǎng)18,所述地臺(tái)17的一側(cè)靠后端處設(shè)有用于實(shí)驗(yàn)操作的操作臺(tái)9,用于改變電壓的所述變壓器12布置于所述地臺(tái)17后側(cè),用于調(diào)節(jié)所述變壓器12電壓的調(diào)壓器13布置于所述地臺(tái)17后側(cè),用于交流電與直流電之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的所述轉(zhuǎn)換箱7布置于所述地臺(tái)17后側(cè),所述操作臺(tái)9、所述調(diào)壓器13、所述變壓器12和所述轉(zhuǎn)換箱7順次相連。
本實(shí)用新型提供的用于展示電磁現(xiàn)象的電磁大舞臺(tái),通過(guò)在單純的高壓放電表演基礎(chǔ)上溶入了靜電、交流電、電磁感應(yīng)、安全用電等科學(xué)知識(shí),突破性地采用了舞臺(tái)劇形式與多媒體技術(shù),同時(shí)采用動(dòng)畫(huà)解說(shuō)配以聲、光、電表演集合的展示形式,營(yíng)造了一個(gè)神奇的超時(shí)空科學(xué)氛圍將電磁科學(xué)的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展生動(dòng)活潑的展現(xiàn)在觀眾的面前。
變壓器12主要是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置。而調(diào)壓器13主要用于各種電加熱裝置的加熱功率調(diào)整,既可以“手動(dòng)”調(diào)整,又可以和電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表、智能調(diào)節(jié)儀表、PLC以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合,實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱溫度的恒值或程序控制。轉(zhuǎn)換箱7可配用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀進(jìn)行多點(diǎn)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量用,用戶也可根據(jù)自己的需要配置適當(dāng)?shù)慕涌谂c其他儀表配用進(jìn)行測(cè)量和巡回檢測(cè)。
參見(jiàn)圖2,還包括布置于所述地臺(tái)17前側(cè)及左右兩側(cè)的用于隔離所述展品與觀眾的護(hù)欄19。舞臺(tái)用于展示和表演的展品,設(shè)置護(hù)欄19可以防止觀眾進(jìn)入舞臺(tái)而發(fā)生危險(xiǎn)。
參見(jiàn)圖2,還包括布置于所述地臺(tái)17前側(cè)用于更換展品時(shí)遮擋所述地臺(tái)17的屏蔽幕13。當(dāng)其中一個(gè)展品展示完成后,工作人員需要撤下已完成展示的展品,并將進(jìn)行下一個(gè)展品的布置,因此兩個(gè)展品更換的時(shí)間中,降下屏蔽幕13后,可以使工作人員在屏蔽幕13后方撤換展品而不讓觀眾看到,保持神秘性。
參見(jiàn)圖2,所述調(diào)壓器13、所述變壓器12及所述轉(zhuǎn)換箱7的輸出端均串接有水阻8。水阻8,可以作為負(fù)載使用,也可以檢測(cè)變壓器12的性能,還可以防止輸出開(kāi)路產(chǎn)生危險(xiǎn)。
水阻8是指利用電解液的阻值特性,通過(guò)調(diào)節(jié)極板間距離來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)或者調(diào)速軟起動(dòng)裝置用于大中型高壓鼠籠(繞線式)交流異步電動(dòng)機(jī)或異步起動(dòng)的高壓同步電動(dòng)機(jī),作降壓起動(dòng)之用。
參見(jiàn)圖2,還包括布置于所述地臺(tái)17后側(cè)并豎立的LED屏組件11,所述LED屏組件11播放文字與畫(huà)面。展品在展示時(shí)可以配合使用LED屏組件11,以動(dòng)畫(huà)解說(shuō)的形式營(yíng)造了一個(gè)神奇的科學(xué)氛圍,將電磁科學(xué)的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展生動(dòng)活潑的展現(xiàn)在觀眾的面前。
參見(jiàn)圖2,還包括通過(guò)電視掛架16布置在所述地臺(tái)17前側(cè)的大尺寸電視15,所述大尺寸電視15播放電磁的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用知識(shí)。在非演示時(shí)段,可以在大尺寸電視15上循環(huán)播放電磁的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用等知識(shí)。
所述地臺(tái)17下方預(yù)埋有穿線管,所述穿線管從所述操作室連接至各個(gè)展品。
參見(jiàn)圖2,所述展品包括布置在所述地臺(tái)17上的高壓放電單元10、法拉第籠單元2、風(fēng)箏試驗(yàn)單元5、雅各布天梯單元4和怒發(fā)沖冠單元3。
高壓放電單元10是由專人通過(guò)操作臺(tái)9,使設(shè)備開(kāi)至30-40kV表演。閉合系統(tǒng)控制電,旋鈕調(diào)至特斯拉表演位,特斯拉指示燈亮起;按下高頻高壓表演系統(tǒng)合閘指示燈,合閘指示燈亮;按動(dòng)高頻高壓表演系統(tǒng)升壓按鈕,升壓指示燈亮,當(dāng)電壓升到150KV左右時(shí),停止升壓。此時(shí)電弧明亮,壯觀維持15秒左右。
高頻高壓發(fā)生器通電后,會(huì)通過(guò)頂部的均壓罩在空氣中產(chǎn)生放電現(xiàn)象,類似自然界雷電放電,而其連續(xù)性又優(yōu)于雷電放電。特斯拉線圈是一種分布參數(shù)高頻串聯(lián)諧振變壓器12,可以獲得上百萬(wàn)伏的高頻電壓。傳統(tǒng)特斯拉線圈的原理是使用變壓器12使普通電壓升壓,然后給初級(jí)LC回路諧振電容充電,充到放電閾值的,火花間隙放電導(dǎo)通,初級(jí)LC回路發(fā)生串聯(lián)諧振,給次級(jí)線圈提供足夠高的勵(lì)磁功率,其次是和次級(jí)LC回路的頻率相等,讓次級(jí)線圈的電感與分布電容發(fā)生串聯(lián)諧振,這時(shí)放電終端電壓最高,于是就看到閃電了。它是一個(gè)人工閃電制造器。
法拉第籠單元2是通過(guò)工作人員用放電桿對(duì)籠體放電,放電桿與籠體保持接觸,待參與者進(jìn)入屏蔽籠中后,方可撤下放電桿。打開(kāi)高壓系統(tǒng)控制電源;旋鈕至法拉第籠表演位,法拉第籠指示燈亮起;當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí),會(huì)看見(jiàn)明顯的電弧,打到籠壁上;幾秒鐘后,按動(dòng)高頻高壓表演系統(tǒng)降壓按鈕,降壓指示燈亮,當(dāng)電壓降至零位時(shí),零位指示燈亮;工作人員用放電桿對(duì)籠壁放電,放電完成后,參與者走出屏蔽籠。
法拉第籠在外電作用下接近外電場(chǎng)的部位產(chǎn)生感應(yīng)電荷,但籠內(nèi)電場(chǎng)處處為零,而且籠子接地,電勢(shì)也為零。通過(guò)演示,讓觀眾體驗(yàn)并了解靜電屏蔽的作用與科學(xué)道理。法拉第籠在外電作用下接近外電場(chǎng)的部位產(chǎn)生感應(yīng)電荷,但籠內(nèi)電場(chǎng)處處為零,而且籠子接地,電勢(shì)也為零。
風(fēng)箏試驗(yàn)單元5是由專人通過(guò)操作臺(tái)9控制。風(fēng)箏向高頻高壓發(fā)生器移動(dòng),當(dāng)?shù)竭_(dá)一定距離后,高壓發(fā)生器向風(fēng)箏持續(xù)放電,此時(shí)萊頓瓶的燈變亮。風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)是富蘭克林為了證明閃電就是電而做的實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)當(dāng)年富蘭克林的風(fēng)箏試驗(yàn),揭示其中的科學(xué)原理。大自然中的雷電是雷雨云中積累大量電荷對(duì)地放電或云間放電的結(jié)果,其性質(zhì)和人工摩擦產(chǎn)生的電是一樣的。
雅各布天梯單元4是由兩根下窄上寬的羊角形的管狀電極組成。其中一根接高壓,一根接地。推動(dòng)手柄使展品通電。當(dāng)兩電極間的電壓足夠高時(shí),電極底部狹窄處的空氣被擊穿,產(chǎn)生高溫、耀眼的電弧。由于底部溫度較高,會(huì)形成上升的氣流。另外,由電弧形成的電流環(huán)路所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也會(huì)對(duì)電弧施加向上的力。在這兩個(gè)因素作用下,電弧向上爬升。電弧上升過(guò)程中,由于兩電極間的距離不斷變大,電弧被拉長(zhǎng)。隨著電弧被拉長(zhǎng),電弧通過(guò)的電阻加大,當(dāng)電流送給電弧的能量小于由弧道向周圍空氣散出的熱量時(shí),電弧就會(huì)自行熄滅。而此時(shí)在電極底部狹窄處又會(huì)產(chǎn)生電弧并向上運(yùn)動(dòng)。這樣循環(huán)重復(fù),便形成了像梯子一樣的電弧放電現(xiàn)象。
雅各布天梯則展示了電弧產(chǎn)生和消失的過(guò)程,從而讓參觀者了解在高壓下電流會(huì)擊穿空氣形成電弧。當(dāng)電壓升高到5萬(wàn)伏時(shí),管狀電極底部產(chǎn)生電弧,電弧逐級(jí)激蕩而起,如一簇簇圣火似地向上爬升,猶如希臘神話的雅各布天梯。無(wú)論是在稀薄氣體、金屬蒸汽或大氣中,當(dāng)回路中電流的功率較大時(shí),能夠提供足夠大的電流,使氣體擊穿,伴隨有強(qiáng)烈的光輝,這時(shí)所形成的自持放電的形式是弧光放電。
怒發(fā)沖冠單元3是由參與者行走在50萬(wàn)伏絕緣臺(tái)上,使其電位與橋梁同時(shí)長(zhǎng)高,用手握住橋梁,由于頭發(fā)具有微弱導(dǎo)電性,一部分電荷傳導(dǎo)到頭發(fā)上,在靜電斥力作用下,頭發(fā)會(huì)一根根豎起來(lái)。
參見(jiàn)圖2,所述展品還包括環(huán)形放電單元6和沿面放電單元1,所述環(huán)形放電單元6和沿面放電單元1懸掛于所述地臺(tái)17的頂部。
環(huán)形放電單元6可以發(fā)射出特殊的輝光,它被束縛在靠近管壁相當(dāng)薄的環(huán)上。當(dāng)管子放在高頻振蕩電路的同心線圈中,便產(chǎn)生這種放電。
沿面放電單元1是當(dāng)電壓升高到某一值時(shí),玻璃管中間的電極處周圍集聚了大量的電荷,玻璃表面的空氣首先被電離,形成多條沿著表面的放電通道,這種沿著固體和空氣的交界面發(fā)生氣體放電現(xiàn)象,稱為沿面放電。高壓電源的電壓升高到不同值時(shí),分別會(huì)出現(xiàn)電暈放電、輝光放電和滑閃放電的放電現(xiàn)象。具體操作是閉合控制電源,轉(zhuǎn)動(dòng)工頻高壓表演系統(tǒng)旋鈕至沿面放電位,沿面放電指示燈亮。當(dāng)電壓升至一定值時(shí),開(kāi)始出現(xiàn)電暈放電,隨著電壓繼續(xù)升高便會(huì)出現(xiàn)輝光放電、滑閃放電。
參見(jiàn)圖2,所述展品還包括絢麗極光單元20和體驗(yàn)靜電單元21,所述絢麗極光單元20和所述體驗(yàn)靜電單元21布置在所述地臺(tái)17外圍前側(cè),供觀眾共同體驗(yàn)。
絢麗極光單元20是由觀眾按動(dòng)開(kāi)始按鈕,輝光帶在磁鐵的影響下顯示奇特的形狀,還可以移動(dòng)滑軌使磁鐵移動(dòng),能看到輝光的形狀也跟著變化。
極光是太陽(yáng)輻射的帶電粒子沿地球磁場(chǎng)線沉降到極地上空而引發(fā)的氣體自持放電現(xiàn)象。此展品用高壓放電管來(lái)模擬極光形成的過(guò)程。管中的氣體非常稀薄,離子運(yùn)動(dòng)的平均自由程加長(zhǎng),從而可以在一個(gè)自由程中獲得足夠的動(dòng)能去“擊碎”其它的中性分子,形成新的離子。離子、電子和分子間碰撞時(shí),會(huì)引起原子中的電子在不同的能級(jí)間躍遷,從而發(fā)出美麗的輝光。
體驗(yàn)靜電單元21是在直流高壓下,兩對(duì)應(yīng)的尖端產(chǎn)生強(qiáng)烈的電暈放電,生成大量離子,當(dāng)兩尖端距離合適時(shí),就看到明顯的放電火花。
本展品可以讓參觀者了解尖端放電,在針形導(dǎo)體接通高壓電源后,針形導(dǎo)體就帶電了,尖端處電荷密度最大,附近場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)。在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下,使尖端附近的空氣中殘存的離子發(fā)生加速運(yùn)動(dòng),被加速的離子與空氣分子相碰撞時(shí),使空氣分子電離,從而發(fā)生放電。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到,為描述的方便和簡(jiǎn)潔,上述描述的單元的具體工作過(guò)程,可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程,在此不再贅述。
在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中,應(yīng)該理解到,所揭露的裝置可以通過(guò)其它的方式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的,例如,所述單元的劃分,僅僅為一種邏輯功能劃分,實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式,又例如,多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng),或一些特征可以忽略,或不執(zhí)行。另一點(diǎn),所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過(guò)一些通信接口,裝置或單元的間接耦合或通信連接,可以是電性,機(jī)械或其它的形式。
所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開(kāi)的,作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元,即可以位于一個(gè)地方,或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。
另外,在本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理單元中,也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在,也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中。
最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案,而非對(duì)其限制;盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍,其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)的范圍當(dāng)中。