王雨婷

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

電動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，目前家用電動自行車充電器大多是為36V／12AH鉛酸蓄電池設(shè)計的，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)方波型脈動電流，且一般都設(shè)計時間極短的反向電流俗稱負(fù)脈沖.電動自行車充電器具有輸出頻率高、額定工作電流大的特點，可以為進(jìn)行某些實驗提供特殊的電源，可以開發(fā)制作專業(yè)級充電器、簡易充磁器等有用設(shè)備，還能開發(fā)空中取電實驗、開放電路實驗等許多非常有趣的探究實驗，幫助我們更好地進(jìn)行物理實驗，也幫助我們更好地理解物理的概念和規(guī)律，下面介紹幾個巧妙利用電動自行車充電器進(jìn)行小制作、小實驗.

1 制作簡易專業(yè)級充電器

圖1

由于物理實驗的需要，實驗室都配有一定數(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，而且會影響鉛酸蓄電池的使用壽命.利用家用電動自行車充電器，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)定為電池安時值的10%，一般不允許超過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3.6A，同時考慮家用電動自行車充電器的額定電流和滑動變阻器的允許電流，通常起始充電電流不要超過2A，一旦開始充電后都由智能化的充電器按一定程序來完成，確保充電效果和質(zhì)量.如果需要充電的蓄電池數(shù)量較多，應(yīng)注意3個問題：一是同時充電的蓄電池規(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)起來的總電動勢應(yīng)不高于36V電壓，整個充電過程在4～6小時內(nèi)全部完成.

2 制作簡易充磁器

實驗室常用的永磁體（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，磁性會逐漸減弱甚至消失，嚴(yán)重影響教學(xué)實驗效果.為此，須用充磁器對磁體進(jìn)行充磁，加強(qiáng)或恢復(fù)它的磁性.利用家用電動自行車充電器借助可折式變壓器，可自制簡易充磁器，實際電壓穩(wěn)定在50V左右，由于實際電壓不高使用相對安全，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的電動自行車專用燈泡，一方面在電路中起到限流作用，同時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.為了增大充磁時的起始電流值，讓6個同規(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400匝的副線圈（導(dǎo)線較粗），2個線圈同時安裝在可拆變壓器豎直的鐵芯上，連接時為獲得較大電流兩線圈采用并聯(lián)連接，注意2個線圈的繞向及連接，相同繞向的2個線圈其接線柱上下交錯并接，使2個線圈上方分別是N極和S極.對于長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，蹄形磁鐵或長度較小的條形磁鐵用兩根鐵橫條芯將磁鐵固定.充磁時由于電流大、持續(xù)時間短，連接充磁線圈的導(dǎo)線盡量用粗一點的絕緣銅導(dǎo)線，一端先固定在接線柱上，另一端串聯(lián)一個允許電流大一點的按紐開關(guān)（或直接用兩根粗導(dǎo)線接通），在燈泡完全熄滅時按下開關(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，可以用來演示2根同向電流相吸、異向電流相斥實驗；電容放電焊接金屬實驗等.

3 空中取電實驗

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)定時充電器輸出電流約為2A，另用實驗室中常用的直徑為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.

實驗操作分3步進(jìn)行，第1步如圖連通電路后，因為充電器輸出間歇不連續(xù)方波型脈動電流，在原線圈周圍就有變化的磁場，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個線圈靠近1～2cm時，2個發(fā)光二極管發(fā)出光亮，實現(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90°，發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管熄滅，說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，拉開兩線圈的距離，當(dāng)2個線圈相距較大時，2個發(fā)光二極管剛好熄滅，此時將鐵芯插入2個線圈中間，2個發(fā)光二極管發(fā)出光亮，再次實現(xiàn)空中取電，說明鐵芯在磁路中具有重要作用.

4 開放電路實驗

圖4

家用電動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，注意檢查實驗中導(dǎo)線各處絕緣是否完好，以防實驗中發(fā)生短路損壞充電器，也可以在連接充電器處加接一個20Ω以上的保護(hù)電阻.

實驗操作分3步進(jìn)行，第1步連接好電路，把2根導(dǎo)線分開，當(dāng)充電器工作時，打開中波收音機(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，關(guān)閉充電器電源，收音機(jī)干擾消失，說明收音機(jī)接收到的干擾信號，是由簡易發(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)射時電容器兩極板未分開時，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)線逐漸分開時，發(fā)現(xiàn)干擾的聲音隨著變大，說明電容器兩極板分開時，形成的開放電路有利于電磁波的發(fā)射.

1 潘天紅等.電動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)行實驗探究.物理教學(xué)，2012（9）.