用于展示电磁现象的电磁大舞台的制作方法

本实用新型涉及科普展示领域，具体涉及一种用于展示电磁现象的电磁大舞台。

背景技术：

法拉第发现产生在闭合回路上的电动势(electromotive force，简称EMF)和通过任何该路径所包围的曲面上磁通量的变化率成正比，这意味着当通过导体所包围的曲面的磁通量变化时电流会在任何闭合导体内流动，这适用于当场本身变化时或者导体在场内运动时。电磁感应是发电机、感应马达、变压器和大部分其他电力设备的操作的基础。

电磁感应(Electromagnetic induction)现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流。

电磁感应是指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，乃是电磁学领域中最伟大的成就之一。它不仅揭示了电与磁之间的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础，为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，在实用上有重大意义。电磁感应现象的发现，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明，电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种用于展示电磁现象的电磁大舞台，将电磁科学的发现与发展展现在观众的面前。

本实用新型提供的用于展示电磁现象的电磁大舞台，包括：地台，变压器，调压器，转换箱和操作台，用于展示展品的所述地台安装于地面上并高于地面，所述地台周围自上而下设有用于屏蔽电磁信号的屏蔽网，所述地台的一侧靠后端处设有用于实验操作的操作台，用于改变电压的所述变压器布置于所述地台后侧，用于调节所述变压器电压的调压器布置于所述地台后侧，用于交流电与直流电之间进行转换的所述转换箱布置于所述地台后侧，所述操作台、所述调压器、所述变压器和所述转换箱顺次相连。

可选地，还包括布置于所述地台前侧及左右两侧的用于隔离所述展品与观众的护栏。

可选地，还包括布置于所述地台前侧用于更换展品时遮挡所述地台的屏蔽幕。

可选地，所述调压器、所述变压器及所述转换箱的输出端均串接有水阻。

可选地，还包括布置于所述地台后侧并竖立的LED屏组件，所述LED屏组件播放文字与画面。

可选地，还包括通过电视挂架布置在所述地台前侧的大尺寸电视，所述大尺寸电视播放电磁的发现及应用知识。

可选地，所述展品包括布置在所述地台上的高压放电单元、法拉第笼单元、风筝试验单元、雅各布天梯单元和怒发冲冠单元。

可选地，所述展品还包括环形放电单元和沿面放电单元，所述环形放电单元和沿面放电单元悬挂于所述地台的顶部。

可选地，所述展品还包括绚丽极光单元和体验静电单元，所述绚丽极光单元和所述体验静电单元布置在所述地台外围前侧，供观众共同体验。

可选地，所述地台下方预埋有穿线管，所述穿线管从所述操作室连接至各个展品。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的用于展示电磁现象的电磁大舞台，通过在单纯的高压放电表演基础上溶入了静电、交流电、电磁感应、安全用电等科学知识，突破性地采用了舞台剧形式与多媒体技术，同时采用动画解说配以声、光、电表演集合的展示形式，营造了一个神奇的超时空科学氛围将电磁科学的发现与发展生动活泼的展现在观众的面前。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本实用新型实施例所提供的用于展示电磁现象的电磁大舞台的主视图；

图2是本实用新型实施例所提供的用于展示电磁现象的电磁大舞台的俯视图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。

图1是本实用新型实施例所提供的用于展示电磁现象的电磁大舞台的主视图。图2是本实用新型实施例所提供的用于展示电磁现象的电磁大舞台的俯视图。参见图1及图2，本实用新型实施例提供了一种用于展示电磁现象的电磁大舞台，包括：地台17，变压器12，调压器13，转换箱7和操作台9，用于展示展品的所述地台17安装于地面上并高于地面，所述地台17周围自上而下设有用于屏蔽电磁信号的屏蔽网18，所述地台17的一侧靠后端处设有用于实验操作的操作台9，用于改变电压的所述变压器12布置于所述地台17后侧，用于调节所述变压器12电压的调压器13布置于所述地台17后侧，用于交流电与直流电之间进行转换的所述转换箱7布置于所述地台17后侧，所述操作台9、所述调压器13、所述变压器12和所述转换箱7顺次相连。

本实用新型提供的用于展示电磁现象的电磁大舞台，通过在单纯的高压放电表演基础上溶入了静电、交流电、电磁感应、安全用电等科学知识，突破性地采用了舞台剧形式与多媒体技术，同时采用动画解说配以声、光、电表演集合的展示形式，营造了一个神奇的超时空科学氛围将电磁科学的发现与发展生动活泼的展现在观众的面前。

变压器12主要是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置。而调压器13主要用于各种电加热装置的加热功率调整，既可以“手动”调整，又可以和电动调节仪表、智能调节仪表、PLC以及计算机控制系统配合，实现对加热温度的恒值或程序控制。转换箱7可配用静态电阻应变仪进行多点静态应变测量用，用户也可根据自己的需要配置适当的接口与其他仪表配用进行测量和巡回检测。

参见图2，还包括布置于所述地台17前侧及左右两侧的用于隔离所述展品与观众的护栏19。舞台用于展示和表演的展品，设置护栏19可以防止观众进入舞台而发生危险。

参见图2，还包括布置于所述地台17前侧用于更换展品时遮挡所述地台17的屏蔽幕13。当其中一个展品展示完成后，工作人员需要撤下已完成展示的展品，并将进行下一个展品的布置，因此两个展品更换的时间中，降下屏蔽幕13后，可以使工作人员在屏蔽幕13后方撤换展品而不让观众看到，保持神秘性。

参见图2，所述调压器13、所述变压器12及所述转换箱7的输出端均串接有水阻8。水阻8，可以作为负载使用，也可以检测变压器12的性能，还可以防止输出开路产生危险。

水阻8是指利用电解液的阻值特性，通过调节极板间距离来实现电机的软启动或者调速软起动装置用于大中型高压鼠笼(绕线式)交流异步电动机或异步起动的高压同步电动机，作降压起动之用。

参见图2，还包括布置于所述地台17后侧并竖立的LED屏组件11，所述LED屏组件11播放文字与画面。展品在展示时可以配合使用LED屏组件11，以动画解说的形式营造了一个神奇的科学氛围,将电磁科学的发现与发展生动活泼的展现在观众的面前。

参见图2，还包括通过电视挂架16布置在所述地台17前侧的大尺寸电视15，所述大尺寸电视15播放电磁的发现及应用知识。在非演示时段，可以在大尺寸电视15上循环播放电磁的发现及应用等知识。

所述地台17下方预埋有穿线管，所述穿线管从所述操作室连接至各个展品。

参见图2，所述展品包括布置在所述地台17上的高压放电单元10、法拉第笼单元2、风筝试验单元5、雅各布天梯单元4和怒发冲冠单元3。

高压放电单元10是由专人通过操作台9，使设备开至30-40kV表演。闭合系统控制电，旋钮调至特斯拉表演位，特斯拉指示灯亮起；按下高频高压表演系统合闸指示灯，合闸指示灯亮；按动高频高压表演系统升压按钮，升压指示灯亮，当电压升到150KV左右时，停止升压。此时电弧明亮，壮观维持15秒左右。

高频高压发生器通电后，会通过顶部的均压罩在空气中产生放电现象，类似自然界雷电放电，而其连续性又优于雷电放电。特斯拉线圈是一种分布参数高频串联谐振变压器12，可以获得上百万伏的高频电压。传统特斯拉线圈的原理是使用变压器12使普通电压升压，然后给初级LC回路谐振电容充电，充到放电阈值的，火花间隙放电导通，初级LC回路发生串联谐振，给次级线圈提供足够高的励磁功率，其次是和次级LC回路的频率相等，让次级线圈的电感与分布电容发生串联谐振，这时放电终端电压最高，于是就看到闪电了。它是一个人工闪电制造器。

法拉第笼单元2是通过工作人员用放电杆对笼体放电，放电杆与笼体保持接触，待参与者进入屏蔽笼中后，方可撤下放电杆。打开高压系统控制电源；旋钮至法拉第笼表演位，法拉第笼指示灯亮起；当电压达到一定值时，会看见明显的电弧，打到笼壁上；几秒钟后，按动高频高压表演系统降压按钮，降压指示灯亮，当电压降至零位时，零位指示灯亮；工作人员用放电杆对笼壁放电，放电完成后，参与者走出屏蔽笼。

法拉第笼在外电作用下接近外电场的部位产生感应电荷，但笼内电场处处为零，而且笼子接地，电势也为零。通过演示，让观众体验并了解静电屏蔽的作用与科学道理。法拉第笼在外电作用下接近外电场的部位产生感应电荷，但笼内电场处处为零，而且笼子接地，电势也为零。

风筝试验单元5是由专人通过操作台9控制。风筝向高频高压发生器移动，当到达一定距离后，高压发生器向风筝持续放电，此时莱顿瓶的灯变亮。风筝实验是富兰克林为了证明闪电就是电而做的实验。本实验重现当年富兰克林的风筝试验，揭示其中的科学原理。大自然中的雷电是雷雨云中积累大量电荷对地放电或云间放电的结果，其性质和人工摩擦产生的电是一样的。

雅各布天梯单元4是由两根下窄上宽的羊角形的管状电极组成。其中一根接高压，一根接地。推动手柄使展品通电。当两电极间的电压足够高时，电极底部狭窄处的空气被击穿，产生高温、耀眼的电弧。由于底部温度较高，会形成上升的气流。另外，由电弧形成的电流环路所产生的磁场也会对电弧施加向上的力。在这两个因素作用下，电弧向上爬升。电弧上升过程中，由于两电极间的距离不断变大，电弧被拉长。随着电弧被拉长，电弧通过的电阻加大，当电流送给电弧的能量小于由弧道向周围空气散出的热量时，电弧就会自行熄灭。而此时在电极底部狭窄处又会产生电弧并向上运动。这样循环重复，便形成了像梯子一样的电弧放电现象。

雅各布天梯则展示了电弧产生和消失的过程，从而让参观者了解在高压下电流会击穿空气形成电弧。当电压升高到5万伏时，管状电极底部产生电弧，电弧逐级激荡而起，如一簇簇圣火似地向上爬升，犹如希腊神话的雅各布天梯。无论是在稀薄气体、金属蒸汽或大气中，当回路中电流的功率较大时，能够提供足够大的电流，使气体击穿，伴随有强烈的光辉，这时所形成的自持放电的形式是弧光放电。

怒发冲冠单元3是由参与者行走在50万伏绝缘台上，使其电位与桥梁同时长高，用手握住桥梁，由于头发具有微弱导电性，一部分电荷传导到头发上，在静电斥力作用下，头发会一根根竖起来。

参见图2，所述展品还包括环形放电单元6和沿面放电单元1，所述环形放电单元6和沿面放电单元1悬挂于所述地台17的顶部。

环形放电单元6可以发射出特殊的辉光，它被束缚在靠近管壁相当薄的环上。当管子放在高频振荡电路的同心线圈中，便产生这种放电。

沿面放电单元1是当电压升高到某一值时，玻璃管中间的电极处周围集聚了大量的电荷，玻璃表面的空气首先被电离，形成多条沿着表面的放电通道，这种沿着固体和空气的交界面发生气体放电现象，称为沿面放电。高压电源的电压升高到不同值时，分别会出现电晕放电、辉光放电和滑闪放电的放电现象。具体操作是闭合控制电源，转动工频高压表演系统旋钮至沿面放电位，沿面放电指示灯亮。当电压升至一定值时，开始出现电晕放电，随着电压继续升高便会出现辉光放电、滑闪放电。

参见图2，所述展品还包括绚丽极光单元20和体验静电单元21，所述绚丽极光单元20和所述体验静电单元21布置在所述地台17外围前侧，供观众共同体验。

绚丽极光单元20是由观众按动开始按钮，辉光带在磁铁的影响下显示奇特的形状，还可以移动滑轨使磁铁移动，能看到辉光的形状也跟着变化。

极光是太阳辐射的带电粒子沿地球磁场线沉降到极地上空而引发的气体自持放电现象。此展品用高压放电管来模拟极光形成的过程。管中的气体非常稀薄，离子运动的平均自由程加长，从而可以在一个自由程中获得足够的动能去“击碎”其它的中性分子，形成新的离子。离子、电子和分子间碰撞时，会引起原子中的电子在不同的能级间跃迁，从而发出美丽的辉光。

体验静电单元21是在直流高压下，两对应的尖端产生强烈的电晕放电，生成大量离子，当两尖端距离合适时，就看到明显的放电火花。

本展品可以让参观者了解尖端放电，在针形导体接通高压电源后，针形导体就带电了，尖端处电荷密度最大，附近场强最强。在强电场的作用下，使尖端附近的空气中残存的离子发生加速运动，被加速的离子与空气分子相碰撞时，使空气分子电离，从而发生放电。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。