專利名稱：雙通電線圈磁場分布演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型一般涉及物理教學(xué)儀器領(lǐng)域。更具體地說，本實用新型涉及ー種雙通電線圈磁場分布演示裝置，特別是ー種亥姆霍茲線圈磁場空間分布演示裝置。
背景技術(shù)：
隨著教學(xué)改革的不斷深化，實驗教學(xué)作為現(xiàn)代教育體系中的重要組成部分，由于其具有直觀、互動等特點，因此在實際教學(xué)中越來越受到重視。在現(xiàn)有的實驗教學(xué)中特別是在聲、光、電、磁、波的特性演示過程中，由于其本身物理特性的原因，故多采用對其顯著的物理特性進(jìn)行演示。對用于分析雙通電線圈磁場的儀器而言，目前公知的實驗儀器主要是亥姆霍茲線圈磁場測量儀。圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)的亥姆霍茲線圈磁場測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所 示，這種亥姆霍茲線圈磁場測量儀主要包括以共軸方式配對架設(shè)的雙環(huán)形線圈3，兩線圈的圓心距離d恰好與線圈的半徑R相等(即兩線圈中心空間處的磁場分布得到最佳的均勻度)，且線圈內(nèi)通以大小、方向相同的兩束電流；穿過線圈I中心放置的支架2、霍爾元件10以及測量儀(如特斯拉計)11。霍爾元件10可以沿著線圈中心軸線平移，以感測中心軸線上一定范圍內(nèi)的磁場大小并將感測結(jié)果傳輸至測量儀11進(jìn)行處理和顯示。但是，現(xiàn)有技術(shù)的這種測量儀具有的缺陷是，它只能測量線圈中心軸線上一定范圍內(nèi)的磁場大小，其演示范圍局限且效果不明顯，不能直觀地演示該線圈磁場在較大空間范圍內(nèi)的分布情況。因此，有必要提供一種能夠以更為直觀的方式將雙通電線圈的磁場分布展示出來的儀器。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本實用新型提出了ー種雙通電線圈磁場分布演示裝置。該裝置包括豎向平行排列并相互間隔開的第一線圈及第ニ線圈，用于在獲得供電后在線圈之間以及周圍產(chǎn)生磁場；載物臺；支腿，其用干支撐載物臺并使載物臺與第一和第二線圈所在的平面橫向相交并延伸；以及布置在所述載物臺上的多個磁場特性顯示裝置。通過采用上述結(jié)構(gòu)，使得該演示裝置能演示線圈磁場在較大空間范圍內(nèi)的分布情況(不局限在線圈中心軸線上)，有利于更加直觀地顯現(xiàn)線圈之間和周圍的磁場分布。根據(jù)本實用新型的一個實施例所述，磁場特性顯示裝置為用于顯示磁場方向特性的平面小磁針或球形立體小磁針。利用多個小磁針的N極或S極的指示，可以直觀地顯現(xiàn)出線圈之間和周圍的磁力線的分布。在本實用新型的一個實施例中，載物臺上開設(shè)有多道平行于所述第一和第二線圈軸心連線并相互間隔開的凹槽，而磁場特性顯示裝置則安置在所述凹槽中，并可沿所述凹槽移動。這樣就可以在載物臺相對于水平面傾斜的情況下，仍能夠以符合物理規(guī)律的方式顯示出磁場的分布，而不會導(dǎo)致磁針從載物臺上滑落。因此可以在更大的空間范圍內(nèi)演示磁場分布。[0009]在本實用新型的一個實施例中，凹槽的間距設(shè)置成，在兩線圈之間，從中心朝向線圈的邊緣，凹槽的間距是逐漸減小的；而在線圈之外，凹槽的間距是向外逐漸增大的。由于這樣的間距排布符合物理規(guī)律，因此可更加直觀地顯現(xiàn)出磁場的分布。在本實用新型的一個實施例中，第一和第二線圈為兩個結(jié)構(gòu)、大小完全相同的環(huán)形線圈，所述兩線圈以共軸方式配對架設(shè)，且兩線圈的圓心距離與線圈的半徑相等。這種設(shè)置可以使本實用新型特別好地應(yīng)用于亥姆霍茲線圈磁場分布的演示。在本實用新型的一個實施例中，該演示裝置還包括設(shè)置在支腿上的用于調(diào)整載物臺水平度的調(diào)整裝置。這樣可以使載物臺傾斜，從而在更大范圍內(nèi)演示出磁場的分布。在本實用新型的一個實施例中，載物臺上設(shè)有水平儀，并且載物臺通過調(diào)整裝置和所述水平儀，設(shè)置成位于包含所述兩線圈的軸心的水平面內(nèi)。這樣就可以專門演示穿過線圈中心的水平面內(nèi)的磁場的分布。根據(jù)本實用新型所述，磁場特性顯示裝置也可以是用于為特斯拉計提供傳感信號的霍爾元件。這樣就可以大范圍地定量地顯示出線圈之間和周圍的磁場分布。

以下將結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。在以下的附圖中圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的亥姆霍茲線圈磁場測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)本實用新型一個實施例所述的雙通電線圈磁場分布演示裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是根據(jù)本實用新型一個實施例所述的雙通電線圈磁場分布演示裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其中線圈底座未示出；圖4是根據(jù)本實用新型另一個實施例所述的雙通電線圈磁場分布演示裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其中線圈底座未示出；圖5是本實用新型另一個實施例所述的雙通電線圈磁場分布演示裝置的載物臺的俯視不意圖。
具體實施方式
圖2和圖3分別是根據(jù)本實用新型一個實施例所述的雙通電線圈磁場分布演示裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖和立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2和圖3所示,該演示裝置I包括由底座6支撐的一對線圈3、3’，該對線圈3、3’豎向相對地平行排列且相互間隔開。底座6對線圈3、3’的支撐可以采用任何公知的方式，故這里不再贅述。一對線圈3、3’在獲得電源5的供電之后，可以在線圈之間和周圍的空間產(chǎn)生磁場。演示裝置I還包括載物臺21，其由支腿22支撐。在載物臺21中開設(shè)有兩個通槽9，用于使一對線圈3，3’穿過其中。這樣，載物臺21通過支腿22的支撐，就可以與兩線圈所在平面都相交的方式橫向延伸。在載物臺21上放置有多個可活動的平面式小磁針4，用于指示其所處位置處的磁場的方向。在本實施例中，一對線圈3、3’為兩個結(jié)構(gòu)、大小完全相同的環(huán)形線圈。該兩線圈以共軸方式配對架設(shè)，且兩線圈的圓心距離恰好與線圈的半徑相等。當(dāng)給該對線圈通以大小、方向相同的兩束電流，即可在線圈之間和其周圍空間產(chǎn)生磁場。而此時位于載物臺21上的多個平面式小磁針4則可以通過其N極或S極的指示，從而將線圈之間和周圍磁場的方向直觀地顯現(xiàn)出來。另外，由于磁針4的陣列是可以改變的(磁針4本身可移動)，所以使得該演示裝置的演示能力得到了增強(qiáng)。圖4是根據(jù)本實用新型另一個實施例所述的雙通電線圈磁場分布演示裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，該演示裝置與圖3所示的演示裝置具有類似的結(jié)構(gòu)，即，它包括由底座6 (未不出)支撐的一對線圈3、3’，該對線圈3、3’豎向相對地平行排列并相互間隔開。一對線圈3、3’在獲得電源5的供電之后，可以在其周圍的空間產(chǎn)生磁場。該演示裝置還包括載物臺21，其由支腿22支撐。在載物臺21中開設(shè)有兩個通槽9，用于使一對線圈
3、3’穿過其中。此外，在本實施例中，演示裝置的載物臺上還開設(shè)有相對于線圈3、3’的平面橫向(平行于第一和第二線圈的軸心連線)設(shè)置的多道相互間隔開的凹槽7(圖3中僅示意性地示出了 3道凹槽)。凹槽7具有一定的寬度，用于容納平面式小磁針4并使其可以沿著凹槽滑動。在本實施例中，由于載物臺21上預(yù)設(shè)有多道凹槽7以使小磁針4可以在其中滑動，因此可以避免前述實施例中小磁針4的陣列位置不易固定的問題，從而可以進(jìn)一 步提聞裝置的演不能力。另外，在本實施例中，演示裝置還包括設(shè)置在支腿22上的載物臺水平度調(diào)整裝置23以及設(shè)置在載物臺一側(cè)的水平儀8。通過兩者的配合，可以使載物臺21工作于水平狀態(tài)下(即，處在包含兩線圈的軸心的水平面內(nèi))、或者使載物臺與水平面呈一定的角度，此時可以演示出非線圈中心平面上的空間磁場分布情況，也提高了裝置的演示能力。圖5示出了載物臺21的俯視示意圖。如圖5所示,在載物臺21上開設(shè)的多道凹槽7(以陰影線表示)是相互間隔開的(凹槽之間的間隔以空白表示)，并且這些凹槽7之間的間距按照如下的規(guī)律設(shè)置，即，在兩線圈之間，從中心朝向線圈的邊緣，凹槽7的間距是逐漸減小的；而在線圈之外，凹槽7的間距是向外逐漸增大的。之所以將凹槽7之間的間距如此設(shè)置，是因為這種設(shè)置較為符合線圈之間和周圍的磁場的實際分布情況。因此這樣就可以更直觀、清晰地將磁場分布演示出來。以上參照實施例并結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的描述。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，上述實施例所采取的技術(shù)方案并不是唯一的。相反，也可以在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行各種修改和變換。例如，在上述實施例中，一對線圈3、3’是通過底座6支撐并穿過載物臺21上的兩個通槽9而與載物臺形成橫豎相交的結(jié)構(gòu)的。但是，也可以采用其它的變換方式。例如，一對線圈3、3’可以采用從上方懸掛的方式與載物臺形成橫豎相交的配置，也可以通過載物臺兩側(cè)的開口套在載物臺上的方式，等等。另外，也可以用立體小磁針來代替本實用新型實施例中的平面小磁針4?；蛘呖梢杂枚鄠€霍爾元件代替多個小磁針并通過霍爾元件作為傳感器而為特斯拉計提供傳感信號以量化地顯示線圈之間和周圍空間的磁場。還可以將用于顯示磁場方向的小磁針與用于量化測定磁場強(qiáng)度的霍爾元件結(jié)合在一起，以便通過既定性又定量的測量將磁場分布更加準(zhǔn)確地顯現(xiàn)出來。此外，在本實用新型的實施例中，優(yōu)選地說明了亥姆霍茲線圈的情況，S卩，一對線圈3、3’是兩個結(jié)構(gòu)、大小完全相同的環(huán)形線圈。該兩線圈以共軸方式配對架設(shè)，且兩線圈的圓心距離恰好與線圈的半徑相等。但是，也可以采用不同結(jié)構(gòu)、不同大小、不同間距或者是不共軸設(shè)置的一對線圈，在這些情況下，本實用新型的結(jié)構(gòu)也都可以實現(xiàn)其所要達(dá)到的技術(shù)效果，即，將線圈之間和周圍的磁場分布情況直觀地顯現(xiàn)出來。此外，在本實用新型的實施例中，載物臺的水平度是通過設(shè)置在支腿22上的水平度調(diào)整裝置23來調(diào)整的。但是也可以采用其它的方式來改變載物臺的水平度。例如，在支腿22的底部設(shè)置可調(diào)節(jié)高度的螺絲，在載物臺21與支腿22之間設(shè)置可以變高度或角度的機(jī)械結(jié)構(gòu)，等等。綜上，由權(quán)利要求限定的本實用新型的保護(hù)范圍，其不僅包括上述實施例所述的方式，還涵蓋了其各種修改、變換及等同方式。
權(quán)利要求1.ー種雙通電線圈磁場分布演示裝置，其特征在于包括 豎向平行排列并相互間隔開的第一線圈及第ニ線圈，用于在獲得供電后在線圈之間以及周圍廣生磁場； 載物臺； 支腿，用于支撐所述載物臺并使所述載物臺與所述第一和第二線圈所在的平面橫向相交并延伸；以及 布置在所述載物臺上的多個磁場特性顯示裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的演示裝置，其特征在于，所述磁場特性顯示裝置為用于顯示磁場方向特性的平面小磁針或球形立體小磁針。
3.如權(quán)利要求I或2所述的演示裝置，其特征在于，所述載物臺上開設(shè)有多道平行于所述第一和第二線圈軸心連線并相互間隔開的凹槽，所述磁場特性顯示裝置安置在所述凹槽中，并可沿所述凹槽移動。
4.如權(quán)利要求3所述的演示裝置，其特征在干，所述凹槽的間距設(shè)置成，在兩線圈之間，從中心朝向線圈的邊緣，凹槽的間距是逐漸減小的；而在線圈之外，凹槽的間距是向外逐漸增大的。
5.如權(quán)利要求3所述的演示裝置，其特征在于，所述第一和第二線圈為兩個結(jié)構(gòu)、大小完全相同的環(huán)形線圈，所述兩線圈以共軸方式配對架設(shè)，且兩線圈的圓心距離與線圈的半徑相等。
6.如權(quán)利要求4所述的演示裝置，其特征在于，所述第一和第二線圈為兩個結(jié)構(gòu)、大小完全相同的環(huán)形線圈，所述兩線圈以共軸方式配對架設(shè)，且兩線圈的圓心距離與線圈的半徑相等。
7.如權(quán)利要求4所述的演示裝置，其特征在于還包括設(shè)置在所述支腿上的用于調(diào)整載物臺水平度的調(diào)整裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的演示裝置，其特征在于，所述載物臺上設(shè)有水平儀。
9.如權(quán)利要求8所述的演示裝置，其特征在干，所述載物臺通過所述調(diào)整裝置和所述水平儀，設(shè)置成位于包含所述兩線圈的軸心的水平面內(nèi)。
10.如權(quán)利要求I所述的演示裝置，其特征在于，所述磁場特性顯示裝置是為特斯拉計提供傳感信號的多個霍爾元件。
專利摘要本實用新型公開了一種雙通電線圈磁場分布演示裝置。該裝置包括豎向平行排列并相互間隔開的第一線圈及第二線圈，用于在獲得供電后在線圈之間以及周圍產(chǎn)生磁場；載物臺；支腿，用于支撐所述載物臺并使所述載物臺與所述第一和第二線圈所在的平面橫向相交并延伸；以及布置在所述載物臺上的多個磁場特性顯示裝置。該技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)在雙通電線圈的磁場分布演示中的磁場特性直觀顯現(xiàn)不明顯的缺陷，其演示效果更加直觀且演示范圍大，有利于更加直觀地顯現(xiàn)雙通電線圈磁場的分布。
文檔編號G09B23/18GK202473039SQ20122004940
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者張勇, 李寶河, 李秋爽, 胡洪文, 趙慈, 陳曉白, 黃踐 申請人:北京工商大學(xué)