王雨婷

（南京師范大學(xué)強(qiáng)化學(xué)院，江蘇 南京 210046）

電動(dòng)自行車是人們生活中常用的交通工具，其充電器作為必備配件非常容易獲得，目前家用電動(dòng)自行車充電器大多是為36V／12AH鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)的，這種充電器的輸出電壓一般為46～48V、最大工作電流為3A、工作頻率為25～100KHz，輸出間歇不連續(xù)方波型脈動(dòng)電流，且一般都設(shè)計(jì)時(shí)間極短的反向電流俗稱負(fù)脈沖.電動(dòng)自行車充電器具有輸出頻率高、額定工作電流大的特點(diǎn)，可以為進(jìn)行某些實(shí)驗(yàn)提供特殊的電源，可以開(kāi)發(fā)制作專業(yè)級(jí)充電器、簡(jiǎn)易充磁器等有用設(shè)備，還能開(kāi)發(fā)空中取電實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放電路實(shí)驗(yàn)等許多非常有趣的探究實(shí)驗(yàn)，幫助我們更好地進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，也幫助我們更好地理解物理的概念和規(guī)律，下面介紹幾個(gè)巧妙利用電動(dòng)自行車充電器進(jìn)行小制作、小實(shí)驗(yàn).

1 制作簡(jiǎn)易專業(yè)級(jí)充電器

圖1

由于物理實(shí)驗(yàn)的需要，實(shí)驗(yàn)室都配有一定數(shù)量的鉛酸蓄電池，但一般很少配備專用充電器，通常采用普通的直流電進(jìn)行充電，不僅充電效果差，而且會(huì)影響鉛酸蓄電池的使用壽命.利用家用電動(dòng)自行車充電器，可以輕松制作達(dá)到專業(yè)水平的高品質(zhì)充電器.如圖1選用量程為0～3A的直流電流表、50Ω，2A滑動(dòng)變阻器、少量連接導(dǎo)線和輔助連接材料即可.根據(jù)鉛酸蓄電池的規(guī)格確定好充電起始電流的大小，蓄電池充電電流設(shè)定為電池安時(shí)值的10%，一般不允許超過(guò)30%.如6V／12AH蓄電池充電，充電的起始電流選擇1.2A比較合適，最多不能超過(guò)3.6A，同時(shí)考慮家用電動(dòng)自行車充電器的額定電流和滑動(dòng)變阻器的允許電流，通常起始充電電流不要超過(guò)2A，一旦開(kāi)始充電后都由智能化的充電器按一定程序來(lái)完成，確保充電效果和質(zhì)量.如果需要充電的蓄電池?cái)?shù)量較多，應(yīng)注意3個(gè)問(wèn)題：一是同時(shí)充電的蓄電池規(guī)格應(yīng)相同；二是蓄電池應(yīng)依次串聯(lián)充電；三是蓄電池串聯(lián)起來(lái)的總電動(dòng)勢(shì)應(yīng)不高于36V電壓，整個(gè)充電過(guò)程在4～6小時(shí)內(nèi)全部完成.

2 制作簡(jiǎn)易充磁器

實(shí)驗(yàn)室常用的永磁體（如條形磁鐵、蹄形磁鐵、磁針等），由于使用或保管不當(dāng)，以及使用年代較久，磁性會(huì)逐漸減弱甚至消失，嚴(yán)重影響教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果.為此，須用充磁器對(duì)磁體進(jìn)行充磁，加強(qiáng)或恢復(fù)它的磁性.利用家用電動(dòng)自行車充電器借助可折式變壓器，可自制簡(jiǎn)易充磁器，實(shí)際電壓穩(wěn)定在50V左右，由于實(shí)際電壓不高使用相對(duì)安全，配套使用的電容耐壓只要稍大于50V即可，大大降低制作成本，實(shí)際使用的效果較好.

圖2

如圖2所示小燈泡選用額定電壓為56V的電動(dòng)自行車專用燈泡，一方面在電路中起到限流作用，同時(shí)也能觀察電容器充電狀態(tài)，燈泡完全熄滅表示充電完成，電容器選用2200μF、63V的普通電解電容器.為了增大充磁時(shí)的起始電流值，讓6個(gè)同規(guī)格的電容器并聯(lián)使用，電容器容量越大，充磁效果越好.充磁線圈選用J2425型教學(xué)用可拆變壓器2個(gè)400匝的副線圈（導(dǎo)線較粗），2個(gè)線圈同時(shí)安裝在可拆變壓器豎直的鐵芯上，連接時(shí)為獲得較大電流兩線圈采用并聯(lián)連接，注意2個(gè)線圈的繞向及連接，相同繞向的2個(gè)線圈其接線柱上下交錯(cuò)并接，使2個(gè)線圈上方分別是N極和S極.對(duì)于長(zhǎng)度與橫條相近的條形磁鐵，直接用橫條鐵芯上方的固定螺絲將條形磁鐵固定，蹄形磁鐵或長(zhǎng)度較小的條形磁鐵用兩根鐵橫條芯將磁鐵固定.充磁時(shí)由于電流大、持續(xù)時(shí)間短，連接充磁線圈的導(dǎo)線盡量用粗一點(diǎn)的絕緣銅導(dǎo)線，一端先固定在接線柱上，另一端串聯(lián)一個(gè)允許電流大一點(diǎn)的按紐開(kāi)關(guān)（或直接用兩根粗導(dǎo)線接通），在燈泡完全熄滅時(shí)按下開(kāi)關(guān)進(jìn)行充磁，重復(fù)2～3次后充磁完成.

另外上述電路能為我們提供瞬間超大電流，適當(dāng)改變并聯(lián)電容器的數(shù)量，可以用來(lái)演示2根同向電流相吸、異向電流相斥實(shí)驗(yàn)；電容放電焊接金屬實(shí)驗(yàn)等.

3 空中取電實(shí)驗(yàn)

圖3

如圖3選用J 2425可折式變壓器中匝數(shù)為1600匝的原線圈與充電器直接相連，穩(wěn)定時(shí)充電器輸出電流約為2A，另用實(shí)驗(yàn)室中常用的直徑為10cm（或正方形）匝數(shù)在200匝左右的線圈，線圈兩端與2個(gè)發(fā)光二極管如圖相連，再準(zhǔn)備可折式變壓器橫條鐵芯備用.

實(shí)驗(yàn)操作分3步進(jìn)行，第1步如圖連通電路后，因?yàn)槌潆娖鬏敵鲩g歇不連續(xù)方波型脈動(dòng)電流，在原線圈周圍就有變化的磁場(chǎng)，讓與發(fā)光二極管相連的線圈平面水平放置在原線圈上方，當(dāng)2個(gè)線圈靠近1～2cm時(shí)，2個(gè)發(fā)光二極管發(fā)出光亮，實(shí)現(xiàn)空中取電.第2步將與發(fā)光二極管相連的線圈在原位置轉(zhuǎn)過(guò)90°，發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管熄滅，說(shuō)明原線圈上方的磁感線大部分在豎直方向；第3步仍讓與發(fā)光二極管相連的線圈平面水平放置在原線圈上方，拉開(kāi)兩線圈的距離，當(dāng)2個(gè)線圈相距較大時(shí)，2個(gè)發(fā)光二極管剛好熄滅，此時(shí)將鐵芯插入2個(gè)線圈中間，2個(gè)發(fā)光二極管發(fā)出光亮，再次實(shí)現(xiàn)空中取電，說(shuō)明鐵芯在磁路中具有重要作用.

4 開(kāi)放電路實(shí)驗(yàn)

圖4

家用電動(dòng)自行車充電器的工作頻率為25～100KHz，其主頻剛好在中波收音機(jī)的頻率范圍，如圖4用2根長(zhǎng)度在0.5m左右的硬質(zhì)絕緣導(dǎo)線，將中波收音機(jī)放至絕緣導(dǎo)線前方，注意檢查實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)線各處絕緣是否完好，以防實(shí)驗(yàn)中發(fā)生短路損壞充電器，也可以在連接充電器處加接一個(gè)20Ω以上的保護(hù)電阻.

實(shí)驗(yàn)操作分3步進(jìn)行，第1步連接好電路，把2根導(dǎo)線分開(kāi)，當(dāng)充電器工作時(shí)，打開(kāi)中波收音機(jī)，適當(dāng)調(diào)整收音機(jī)的接收頻率，找到干擾最大的頻率點(diǎn)，關(guān)閉充電器電源，收音機(jī)干擾消失，說(shuō)明收音機(jī)接收到的干擾信號(hào)，是由簡(jiǎn)易發(fā)射裝置發(fā)射的電磁波引起的；第2步將圖4中2根導(dǎo)線盡可能靠在一起，以模擬電磁波發(fā)射時(shí)電容器兩極板未分開(kāi)時(shí)，電磁波發(fā)射能力較差，適當(dāng)調(diào)整收音機(jī)與發(fā)射裝置的距離，直到干擾的聲音相對(duì)較?。ㄒ话憔嚯x在1～2m）；第3步保持兩者距離不變，將2根導(dǎo)線逐漸分開(kāi)時(shí)，發(fā)現(xiàn)干擾的聲音隨著變大，說(shuō)明電容器兩極板分開(kāi)時(shí)，形成的開(kāi)放電路有利于電磁波的發(fā)射.

1 潘天紅等.電動(dòng)自行車智能充電器的研制.儀表技術(shù)與傳感器，2004（8）.

2 王永元.巧用可折式變壓器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究.物理教學(xué)，2012（9）.