電流、磁力線方向演示器

電流周圍存在著磁場，電流方向與其周圍磁場的磁力線方向用右手定則來確定。在物理教學(xué) 中，要想準(zhǔn)確、形象、生動(dòng)地演示出磁力線的方向及電流與磁力線方向的關(guān)系比較困難。本例介紹的電流、磁力線方向演示器則能形象、直觀地演示出電流的方向、電流方向與磁力線方向的關(guān)系，還能激發(fā)學(xué)生的興趣，加強(qiáng)理解記憶的能力，很快掌握右手定則及相關(guān)的知識。
電路工作原理
該電流、磁力線方向演示器電路由電源電路、方波脈沖發(fā)生器、脈沖計(jì)數(shù)器、譯碼器私LED顯示電路組成，如圖2-16所示。

圖2-17發(fā)光二極管安裝排列示意圖

電源電路由電源開關(guān)Sl、電源變壓器T、整流二極管VDl-VD4、濾波電容器Cl、C2和三端穩(wěn)壓集成電路lCl組成。方波脈沖發(fā)生器由時(shí)基集成電路IC2、電阻器Rl、R2、電容器C3、C4和二極管VD5組成。脈沖計(jì)數(shù)器由可預(yù)置時(shí)鐘加/減計(jì)數(shù)器集成電路IC3和電阻器R3、電容器C5、加/減控制開關(guān)S2組成。譯碼器由譯碼器集成電路IC4和1C5組成。LED顯示電路由發(fā)光二極管VLl-VL32和電阻器R4、R5組成。接通電源開關(guān)Sl，交流220V電壓經(jīng)T降壓、VDl-VD4整流、Cl濾波及ICl穩(wěn)壓后，為IC2-IC5提供5V直流電壓。方波脈沖發(fā)生器通電振蕩工作后，從IC2的3腳輸出頻率為5Hz的方波脈沖信號。作為IC3的計(jì)數(shù)脈沖。脈沖不計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)脈沖的作用下，從IC3的QO-Q3端輸出8421編碼信號。此信號經(jīng)IC4和1C5譯成相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，其SO-S15輸出的依次輸出高電平，使各輸出端外接的發(fā)光二極管輪流發(fā)光，形象地模擬出電流的方向或磁力線的方向。S2是加/減法計(jì)數(shù)控制開關(guān)。將S2置于“U”位置時(shí)，lC4和1C5作加法計(jì) 數(shù)，發(fā)光二極管的發(fā)光順序?yàn)閂Ll(VLl7)→VL2 (VLl8)→VL3(VL19)…→VLl5(VL31)→VLl6(VL32)，呈現(xiàn)出一種逆時(shí)針 “流動(dòng)”方問。將S2置于“D”位置時(shí)，IC4和1C5作減法計(jì)數(shù)，發(fā)光二極管的發(fā)光順序?yàn)閂Ll6(VL32)→VLl5(VL31)→VLl4(VL30)…→VL2
(VLl8)→VLl(VLl7)，模擬出順時(shí)針 “流動(dòng)”方向。制作安裝時(shí)，將VLl7-VL32均勻地安裝在一個(gè)圓周上，將VLl-VLl6均勻地安裝在一個(gè)與圓周中心垂直的圓柱體上，如圖2-17所示。使用時(shí)，若用VLl-VLl6模擬電流的方向，用VLl7-VL32模擬磁力線的方向，則可演示直線電流及其磁力線的方向關(guān)系;若用VLl7-VL32模擬電流方向時(shí)，則可演示環(huán)形電流(螺線管)與其磁力線方向的關(guān)系。
元器件選擇
Rl-R5選用1/4W碳膜電阻器或金屬膜電阻器。
Cl選用耐壓值為25V的鋁電解電容器;C2選用耐壓值為16V的鋁電解電容器;C3-C5均選用獨(dú)石電容器或滌綸電容器。
VD4均選用1N4001或1N4007型硅整流二極管;VDS選用lN4148型硅開關(guān)二極管。
VLl-VL32均選用φ5mm的高亮度發(fā)光二極管，VLl-VLl6選紅色，VLl7-VL32選綠色。
ICl選用LM7805型三端穩(wěn)壓集成電路;lC2選用NE555型時(shí)基集成電路;IC3選用
CD4516型可預(yù)置時(shí)鐘加/減計(jì)數(shù)器集成電路;IC4和1C5均選用CD4514型4-16線譯碼器集成電路。
S1選用單極船形電源開關(guān);S2選用單極雙位撥動(dòng)式開關(guān)。