■湖北省襄陽市第五中學(xué)

爺爺住在農(nóng)村，家里養(yǎng)了很多羊。一到傍晚，羊會自行返回羊圈。暑假，我在爺爺家發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象：羊圈是用木頭柵欄圍成的，并不牢固，時不時地有羊沖出羊圈。

為了看護好羊，爺爺每天晚上都要起來好幾次去巡視羊圈，清點羊的數(shù)量，以便及時發(fā)現(xiàn)是否有羊丟失。如果有很多羊沖出羊圈而沒有被及時發(fā)現(xiàn)，找羊的過程便十分艱難。

我想設(shè)計一種裝置來減輕爺爺?shù)呢?fù)擔(dān)。當(dāng)羊沖出羊圈時能發(fā)出警示，這樣爺爺晚上就不用經(jīng)常起床巡視，還能第一時間發(fā)現(xiàn)有羊逃出羊圈。但報警裝置也不能一直響個不停，會影響他人休息，所以它在報警后必須能自動停止。

如何實現(xiàn)這些功能呢？通過研究，我利用電磁感應(yīng)原理，制作了一個羊圈報警器。

圖1 基本電路原理

一、設(shè)計原理

閉合回路在磁場內(nèi)產(chǎn)生的阻礙原磁場磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，繼而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電磁鐵在斷開線路的情況下，磁場磁通量發(fā)生變化，在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，將生成的感應(yīng)電動勢作為電源供給報警系統(tǒng)，觸發(fā)報警。電路如圖1所示。

圖1 中，左邊線路1 是一個基本的電磁鐵電路，繞在羊圈外圍。環(huán)繞羊圈的電路通過軟線連接，保證受到羊群沖擊時電路能斷開。線路1 上除了開關(guān)以外，還有一個電磁線圈1，其內(nèi)部有一個方形鐵塊，可增強電磁感應(yīng)強度。

右側(cè)線路2 則是一條連接警鈴的電路，該電路上有一個線圈2，與線路1 的線圈環(huán)繞在方形鐵塊的兩側(cè)，當(dāng)線圈1 中的磁通量發(fā)生變化，線圈2 就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。該感應(yīng)電流作為線路2 的電源。

二、使用方法

當(dāng)線路1 開關(guān)閉合時，線圈產(chǎn)生磁性，線路2 的開關(guān)處于斷開狀態(tài)，此時雖然線圈1 中的磁通量發(fā)生變化，線圈2 會產(chǎn)生感應(yīng)電流，但不會觸發(fā)報警器。當(dāng)線路1接通后，線路2 的開關(guān)關(guān)閉，線路2 的電路接通。但由于線路2 并沒有電源，此時不會觸發(fā)報警器。

線圈中的磁通量分布如圖2。羊沖出羊圈時，沖擊力導(dǎo)致環(huán)繞在羊圈外圍的導(dǎo)線受到拉扯而斷開連接，線路1 斷開，線圈1 中的磁通量發(fā)生變化，導(dǎo)致線圈2 中的磁通量也發(fā)生變化。此時，線圈2 產(chǎn)生的阻礙原磁場磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，繼而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，作為線路2 的電源。

由于右側(cè)電路開關(guān)是閉合的，此時警鈴電路接通，自動發(fā)出警報。也就是說，當(dāng)有羊逃出羊圈或羊圈外圍受外力作用時，該系統(tǒng)能起到警示作用。

圖2 線圈中的磁通量

三、實驗檢測

我在爺爺?shù)难蛉χ車密浘€布置了一個環(huán)形電磁鐵電路，每當(dāng)羊進入羊圈后，該電路開關(guān)關(guān)閉。當(dāng)羊沖出羊圈時，由于對軟線電路有沖擊力，導(dǎo)致線路斷開，使線圈中磁通量發(fā)生變化，安裝有警鈴的線路產(chǎn)生電流，引發(fā)短時報警。

實驗表明，該電路布置方便，準(zhǔn)確率高，減輕了爺爺夜晚照看羊群的負(fù)擔(dān)。這也是我在“學(xué)以致用”上的一次有意義的探索。