[实用新型]一种低成本趋肤效应演示装置

说明书

本实用新型公开了一种低成本趋肤效应演示装置包含用于产生频率可调的交流信号源、两个完全相同的同轴多层金属圆筒装置，以及若干组LED，每组LED包含两个反向并联连接的LED；每组同轴多层金属圆筒装置均为至少三层同轴的不同半径的圆筒导电体构成，各层圆筒底端固定在金属材料上形成电连接；频率可调信号源的一个输出端连接一个同轴多层金属圆筒装置的底端，另一个输出端连接一个限流电阻后连接另一个同轴多层金属圆筒装置的底端，两个同轴多层金属圆筒装置的顶端之间：相同半径的金属圆筒间分别串联一组LED。

技术领域

本实用新型涉及教学仪器领域，更具体地说，涉及一种电磁学趋肤效应演示装置。

背景技术

交变电流通过导体时，由于感应作用引起导体截面上电流分布不均匀，越接近导体表面电流密度越大，这种现象称“趋肤效应”。为了在教学中演示趋肤效应，目前使用较多的演示装置如图1所示。该演示装置包括：功放、两个白炽灯泡L1、L2，以及两个圆柱形金属导体O1、O2，信号源产生的交流信号输入至功放，功放对该交流信号进行放大，产生功率高频信号，功率高频信号经过两个圆柱形金属导体O1、O2和L1、L2构成回路上发生趋肤效应，灯泡L1连接在两个圆柱形金属导体的圆心之间，灯泡L2连接在一个圆柱形表面与另一圆柱形表面之间，通过灯泡L1、L2的点亮情况来观察趋肤效应的效果。现有技术存在如下缺陷：白炽灯泡亮度与流经电流非线性，点亮后亮度随趋肤电流变化不明显，难以通过亮度较为清楚的反应出趋肤效应的程度；同时，灯泡点亮所需的电流要求较大，且频率需要5MHz至10MHz，所需要的高频大功率功放本身的成本较高，增大演示装置的成本，一般需要市电供电，导致演示不便利且可能带来安全隐患。另外，由于两灯泡连接的实心导体边沿和中心实际已短接构成电流通道，两灯泡有短接作用亮度趋同，导致该装置趋肤效应演示效果并不理想。

实用新型内容

针对上述的各个技术问题，本实用新型提供了一种低成本趋肤效应演示装置。本实用新型解决其技术问题，所采用的低成本趋肤效应演示装置，包含用于产生交流信号的频率可调信号源、两个相同的同轴多层金属圆筒装置、限流电阻R、以及若干组LED，每组LED包含两个反向并联连接的LED，LED的组数与多层金属圆筒装置的层数一样；

每个同轴多层金属圆筒装置均包含至少三层同轴的不同半径的圆筒导电体，任意相邻两层之间相间隔，各层圆筒导电体的底端固定在金属材料上形成电连接；

频率可调信号源的一个输出端连接一个同轴多层金属圆筒的底端，另一个输出端连接一个限流电阻后连接另一个同轴多层金属圆筒的底端，对于两个同轴多层金属圆筒的顶端之间：相同层数的两个圆筒导电体结构作为一对，其中至少三对之间分别串联一组LED。

进一步地，在本发明的低成本趋肤效应演示装置中，所述各层圆筒导电体的底端固定在金属材料上形成电连接具体是指：对于任一个同轴多层金属圆筒装置，各层圆筒导电体的底端焊接在金属导电圆盘上。

进一步地，在本发明的低成本趋肤效应演示装置中，各层柱状导电体的高度一致。

进一步地，在本发明的低成本趋肤效应演示装置中，最内层圆筒导电体的半径最小，最内层圆筒导电体中空或者实心。

进一步地，在本发明的低成本趋肤效应演示装置中，同轴多层金属圆筒装置是导体铁磁质材料制成或者是铜制成。

进一步地，在本发明的低成本趋肤效应演示装置中，频率可调信号源上设置有频率调节旋钮，用于调节频率可调信号源输出信号的频率。

进一步地，在本发明的低成本趋肤效应演示装置中，信号幅度可调信号源上设置有信号幅度调节旋钮，用于调节信号源输出信号的幅度大小。