安培环路定理实验装置

摘要

一种安培环路定理实验装置，其包括至少一个载流线框、探测线圈、毫伏表和电源。所述至少一个载流线框与所述电源电性连接，所述探测线圈包括非磁性封闭软管及缠绕于所述非磁性封闭软管上的导电线，所述导电线的两端采用屏蔽线与所述毫伏表电性连接。每一载流线框上设有插头和插座，所述插头可与所述插座插接。本发明的安培环路定理实验装置可避免实验误差，实现较佳的实验验证效果。

说明书

技术领域

本发明是有关于一种物理实验装置，特别是关于一种安培环路定理 实验装置。

背景技术

图1所示为一种现有的安培环路定理实验装置的示意图。请参见图 1，现有的安培环路定理实验装置10包括电源线圈11、探测线圈12好 投影毫伏表13，电源线圈11由两个载流线框A、B组成，线框并联在 电源变压器14的低压端。探测线圈12由密绕在非磁材料的软管上的漆 包线组成，漆包线绕好后再将软管围成闭合形状，且使探测线圈12套 住载流线框A或B的任意边框。探测线圈12的两端用屏蔽线与投影毫 伏表13连接，并使投影毫伏表13的接地端和屏蔽线外皮连接。实验时， 探测线圈12套设于载流线框A或B的上边框或下边框，以观察投影毫 伏表13的读数，从而验证安培环路定理。载流线框的数量可为多个， 比如设置多个载流线框A、B、C、D......，以便于获取多组实验结果。

然而，在上述的安培环路定理实验装置10中，实验过程中，需要 反复将探测线圈12的软管端部拆开，然后将探测线圈12套设于载流线 框A、B、C、D......的不同的上边框或下边框上，由于探测线圈12上缠 绕的线圈较密集，拆开探测线圈12的软管端部不方便，且容易改变之 前缠绕好的线圈结构，可能会造成实验误差，影响实验效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种安培环路定理实验装置，可避免实验误 差，实现较佳的实验验证效果。

为达上述优点，本发明提供一种安培环路定理实验装置，其包括至 少一个载流线框、探测线圈、毫伏表和电源。所述至少一个载流线框与 所述电源电性连接，所述探测线圈包括非磁性封闭软管及缠绕于所述非 磁性封闭软管上的导电线，所述导电线的两端采用屏蔽线与所述毫伏表 电性连接。每一载流线框上设有插头和插座，所述插头可与所述插座插 接。

在本发明的一个实施例中，每一载流线框由可弯折成框体的导线制 成，导线上设有绝缘层，每一载流线框具有四个端部，第一端部和第二 端部接入所述电源的回路中，第三端部和第四端部的其中之一设有所述 插头，另一个设有所述插座。

在本发明的一个实施例中，每一载流线框包括封闭的框体和绕设于 所述框体上的导电线，所述导电线的两端接入所述电源的回路中，所述 插头和所述插座设于所述框体上。

在本发明的一个实施例中，绕设于所述框体上的导电线为漆包线。

在本发明的一个实施例中，每一框体上绕设的导电线的匝数相同。

在本发明的一个实施例中，所述的插头上设有凸出的插接件，所述 插座上设有与所述插接件对应的插孔，所述插接件可插入所述插孔中。

在本发明的一个实施例中，所述的安培环路定理实验装置还包括电 源控制单元，所述电源控制单元与所述电源电性连接，用于控制所述电 源输出的交流电的电压和频率。

在本发明的一个实施例中，所述的安培环路定理实验装置还包括处 理器，所述处理器与所述电源控制单元及所述毫伏表电性连接，所述处 理器用于对所述毫伏表感测到的感生电动势、所述电源输出的交流电的 电压和频率数据及所述探测线圈所套住的所述载流线框的框体信息进 行处理，以获取实验结果。

在本发明的一个实施例中，所述的安培环路定理实验装置还包括显 示装置，所述显示装置与所述处理器电性连接，用于显示所述处理器输 出的实验结果。

在本发明的一个实施例中，所述的显示装置为显示屏或投影仪。

在本发明的安培环路定理实验装置中，每一载流线框上设有插头和 插座，所述插头可与所述插座插接，借助插头和插座打开或闭合可调整 载流线框与探测线圈的相对位置，增加实验的便利性，且可避免因拆开 探测线圈而造成实验误差，实现较佳的实验验证效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明 的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上 述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并 配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1所示为一种现有的安培环路定理实验装置的示意图。

图2所示为本发明第一实施例的安培环路定理实验装置的示意图。

图3所示为图2的安培环路定理实验装置中插头和插座的立体示意 图。

图4所示为本发明第二实施例的安培环路定理实验装置的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及 功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的具体实施方式、 结构、特征及其功效，详细说明如后。

图2所示为本发明第一实施例的安培环路定理实验装置的示意图。 请参见图2，第一实施例的安培环路定理实验装置20用于验证安培环路 定理，安培环路定理是阐述磁场的环流与所包围的传导电流代数和的定 量关系的定理，其大致内容为磁感应强度H沿任何闭合曲线L的线积分 (环流值)与所述闭合曲线所包围的电流的代数和成正比。安培环路定 理实验装置20包括至少一个载流线框21、探测线圈22、毫伏表23、处 理器24、显示装置25、电源26及电源控制单元27。

图2示意性地绘示两个载流线框21，两个载流线框21分别为第一 载流线框21a和第二载流线框21b，但载流线框21的数量不以此为限， 在其他实施例中，载流线框21的数量可为多个。每一载流线框21包括 封闭的框体212和绕设于框体212上的导电线(图未示)，每一框体211 上绕设的导电线的匝数相同，所述的匝数例如为40至50匝，从而绕设 于导电线上的匝数较为稀疏，导电线的两端接入电源26的回路中。漆 包线由导体和绝缘层两部组成，裸线经退火软化后，再经过多次涂漆， 烘焙而成。框体212的材质为塑料或其他可发生轻微变形的材料，框体 212上设有插头212a和插座212b。插头212a和插座212b在框体212 上的具体位置可依实际需求而定，较佳地，插头212a和插座212b可设 置于框体212上导电线缠绕较稀的位置。

图3所示为图2的安培环路定理实验装置中插头和插座的立体示意 图。请一并参见图3，插头212a上设有凸出的插接件212c，插座212b 上设有与所述插接件212c对应的插孔212d，插接件212c可插入插孔 212d中，以实现插头212a和插座212b间的连接。当插头212a插入插 座212b时，框体212变成一封闭体，当插头212a从插座212b内抽出时， 框体212可打开一定的角度，从而方便调整框体212与探测线圈22的 相对位置。需要说明的是，插头212a和插座212b的结构不以本实施例 为限。

探测线圈22由密绕在非磁材料的软管上的漆包线组成，为了避免 绕在软管上漆包线的螺绕环自身的磁通量影响实验结果的精度，在绕漆 包线时，先将漆包线从软管的始端至末端缠绕预定的匝数，再将漆包线 从软管的末端绕回至始端同样的匝数，所述的匝数例如为1000匝，但 不以此为限。漆包线绕好后再将探测线圈22围成闭合形状，探测线圈 22的两端用屏蔽线221与毫伏表23连接，并使毫伏表23的接地端与屏 蔽线外皮连接。探测线圈22与毫伏表23连接好后，不用再作调整。

毫伏表23用于感测探测线圈22的感生电动势。处理器24与毫伏 表23、显示装置25及电源控制单元27电性连接，毫伏表23感测到的 感生电动势传输给处理器24。显示装置25为显示屏或投影仪，操作者 可通过显示装置25向处理器24输入数据，例如，向处理器24输入探 测线圈22所套住的载流线框21的框体信息。电源26与载流线框21上 的导电线及电源控制单元27电性连接，电源26可为载流线框21提供 不同电压和频率的交流电，电源26具有多个档位，每一档位可输出预 设电压和频率的交流电，电源控制单元27用于控制电源26输出的交流 电的电压和频率并告知处理器24。处理器24对毫伏表23感测到的感生 电动势、电源26输出的交流电的电压和频率数据及探测线圈22所套住 的载流线框21的框体信息进行处理，以获取实验结果，并通过显示装 置25用图形或表格的形式呈现出来。

实验时，拔开载流线框21的插头212a和插座212b，将载流线框21 的上边框或下边框插入探测线圈22内后，再将插头212a插入插座212b； 例如，可先使第一载流线框21a的上边框及第二载流线框21b的上边框 插入探测线圈22内，然后，将第一载流线框21a的插头212a插入插座 212b，再采用电源控制单元27控制电源26输出的交流电的电压和频率， 且电源控制单元27将电源26输出的交流电的电压和频率传输给处理器 24，操作者可通过显示装置25将探测线圈22所套住的载流线框21的 框体信息传输给处理器24。载流线框21通电后，毫伏表23可感测到探 测线圈22的感生电动势，并将所述感生电动势传输给处理器24。处理 器24将电源26输出的交流电的电压和频率、所述感生电动势及探测线 圈22所套住的载流线框21的框体信息进行处理，可获取一组实验数据。 接着，可通过对电源控制单元27的操控切换电源26输出的交流电的电 压和频率，探测线圈22的感生电动势相应发生变化，处理器24又可获 得另一组实验数据。

为了获取更多的实验数据，可改变载流线框21的上边框或下边框 插入探测线圈22内的方式，例如，拔开第一载流线框21a和第二载流线 框21b的插头212a和插座212b，使第一载流线框21a的上边框、下边 框及第二载流线框21b的上边框位于探测线圈22内(如图2所示)，启 动电源26并改变电源26输出的交流电的电压和频率可获取多组实验数 据。

处理器24将电源26输出的交流电的电压和频率、所述感生电动势 及探测线圈22所套住的载流线框21的框体信息进行处理，以获取实验 结果，实验结果以图形或表格的形式通过显示装置25呈现出来。对实 验结果说明如下，在电源26输出的交流电的电压和频率相同的情况下， 当探测线圈22同时套住第一载流线框21a和第二载流线框21b的上边框 时，由于电流方向相同，被套住的电流值增大一倍，此时，毫伏表23 的读数也增加一倍。当第一载流线框21a的上边框、下边框及第二载流 线框21b的上边框时，由于第一载流线框21a的上边框、下边框的电流 方向相反，所以对于电流代数和第一载流线框21a不作贡献，毫伏表23 的读数和套一个上边框的情况相同，从而可获知磁感应强度H沿任何闭 合曲线L的线积分(环流值)与所述闭合曲线所包围的电流的代数和成 正比，安培环路定理得以验证。

需要注意的是，载流线框21的数量及其上边框或下边框插入探测 线圈22内的方式不以本实施例为限，可依照实际实验需求任意设定。

图4所示为本发明第二实施例的安培环路定理实验装置的示意图。 请参见图4，第二实施例的安培环路定理实验装置30与第一实施例的安 培环路定理实验装置20相似，不同之处为，安培环路定理实验装置30 的每一载流线框31由可弯折成框体的导线制成，导线上可设有绝缘层， 每一载流线框31具有四个端部311a、311b、311c、311d，第一端部311a 和第二端部311b接入电源36的回路中，第三端部311c和第四端部311d 的其中之一设有插头312a，另一个设有插座312b。第二实施例的安培环 路定理实验装置30的实验过程与第一实施例的安培环路定理实验装置 20的实验过程相同，在此不再赘述。

综上所述，本发明的安培环路定理实验装置至少具有以下的优点：

1.在本发明的安培环路定理实验装置中，每一载流线框上设有插头 和插座，所述插头可与所述插座插接，借助插头和插座打开或闭合可调 整载流线框与探测线圈的相对位置，增加实验的便利性，且可避免因拆 开探测线圈而造成实验误差，实现较佳的实验验证效果。

2.在本发明的安培环路定理实验装置的一个实施例中，由电源控制 单元控制电源输出的交流电的电压和频率并告知处理器，方便处理器对 实验数据的处理，实现自动化控制，且有利于将实验结果直观地呈现出 来。

3.在本发明的安培环路定理实验装置的一个实施例中，每一载流线 框由可弯折成框体的导线制成，插头和插座设置于所述导线上，结构简 单，有利于降低制作成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形 式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定 本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内， 当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效 实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技 术方案的范围内。