一种用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置的制作方法

1.本发明属于电磁学实验仪器技术领域，特别是一种用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置。


背景技术：

2.麦克斯韦于1865年引入位移电流假设，位移电流和电通量的变化率成正比。由此总结出：在真空中，变化的电场可以激发产生磁场，并预言电磁波的存在。
3.1887年，赫兹通过实验实现了真空中无线通信，但并没有直接证明位移电流假设和电磁波的存在。而且目前也无法直接验证麦克斯韦位移电流的存在，且实现进一步拓展研究。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种可用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置，以满足工业需求。
5.一种用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置包括一个磁场产生装置，一个设置在所述磁场产生装置一侧的磁场测量装置。所述磁场产生装置包括两根间隔设置的导线，一个连接于所述导线一端端头的高压静电发生器，一个设置于所述高压静电发生器一侧且连接于所述导线之间的充电双掷开刀，一个设置在所述充电双掷开刀一侧且连接于所述导线之间的放电单掷开刀，一个设置在所述放电单掷开刀一侧且连接于所述导线之间的电压保持电容，一个设置于所述导线上的充放电电阻，一个设置于所述导线背向所述铝板充放电电容。所述磁场测量装置包括一个设置在所述铝板充放电电容一侧的磁场感应线圈、一个连接于所述磁场感应线圈一侧的感应电阻，一个连接于所述感应电阻一侧的示波器。所述铝板充放电电容包括两个间隔设置的极板。所述磁场感应线圈设置于两个所述极板之间，所述铝板充放电电容的中心轴与所述磁场感应线圈的中心轴相互垂直，以使所述铝板充放电电容的磁场使所述磁场感应线圈激发产生感应电压。
6.进一步地，所述高压静电发生器产生20000v静电高压。
7.进一步地，所述电压保持电容中电容容量为220pf。
8.进一步地，所述充放电电阻的阻值为220千欧。
9.进一步地，两个所述极板平行设置，两个极板之间间距为60毫米，所述极板的外轮廓皆成圆形且半径皆为100毫米的铝板。
10.进一步地，所述磁场感应线圈设置在所述铝板充放电电容中两个所述极板之间，所述磁场感应线圈半径为25毫米，高度10毫米，圈数为1000圈。
11.进一步地，所述磁场感应线圈的圆心至所述铝板充放电电容中二个极板中心的距离为130毫米。
12.进一步地，所述感应电阻的阻值为50欧。
13.与现有技术相比，本发明提供的用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置通过所述
磁场产生装置产生磁场，所述磁场测量装置设置在所述磁场产生装置一侧检测产生感应电压。磁场产生装置中的所述高压静电发生器产生静电高压，闭合所述充电双掷开刀闭合且断开放电单掷开刀，经所述充电双掷开刀和所述充放电电阻对所述铝板充放电电容充电，使所述铝板充放电电容中二个极板间形成的静电高压；再断开所述充电双掷开刀且断开放电单掷开刀，使得所述电压保持电容在短时间内维持所述铝板充放电电容二极板的电压不变；最后，闭合所述放电单掷开刀且断开充电双掷开刀，所述铝板充放电电容经电阻值为220千欧的所述充放电电阻快速放电，所述铝板充放电电容二极板间的电通量发生变化，激发产生变化的磁场，该变化的磁场使所述磁场感应线圈激发产生感应电压，该感应电压施加在所述感应电阻，其电压波形由所述示波器检测显示，从而通过示波器检测感应电阻上的电压波形，直接验证是否存在麦克斯韦位移电流以及位移电流大小。该用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置成本低、安全可靠，直观体现了实验现象。
附图说明
14.图1为本发明提供的用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置的结构示意图。
15.图2为图1的用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置的电路图。
16.图3为本发明在实施例v-t关系图。
具体实施方式
17.以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
18.如图1至图3所示，其为本发明提供的用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置的结构示意图。所述用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置包括一个磁场产生装置10，一个设置在所述磁场产生装置10一侧的磁场测量装置20。所述用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置还包括其他的一些功能模块，如组装组件、电器连接组件等等，其应当为本领域技术人员所习知的技术，在此不再一一详细说明。
19.所述磁场产生装置10包括两根间隔设置的导线11，一个连接于所述导线11一端端头的高压静电发生器12，一个设置于所述高压静电发生器12一侧且连接于所述导线11之间的充电双掷开刀13，一个设置在所述充电双掷开刀13一侧且连接于所述导线11之间的放电单掷开刀14，一个设置在所述放电单掷开刀14一侧且连接于所述导线11之间的电压保持电容15，一个设置于所述导线11上且远离所述电压保持电容15一侧的充放电电阻16，一个设置于所述导线11背向所述铝板充放电电容17，
20.所述导线11依次连接所述高压静电发生器12、所述充电双掷开刀13、所述放电单掷开刀14、所述电压保持电容15、所述充放电电阻16、所述铝板充放电电容17连接成为一个整体，所述导线11为一种现有技术，在此不再赘述。
21.所述高压静电发生器12用于提供电源，所述高压静电发生器12采用内置式倍压自动保护电路设计，有效防止由于距离贴近漏电产生强火花现象:当高压静电输出短路漏电电流达到设定保护值时机器自动保护停机。所述高压静电发生器12为一种现有技术，在此不再赘述。在本实施例中，所述高压静电发生器12产生的20000v静电高压。
22.所述充电双掷开刀13、以及所述放电单掷开刀14皆设置在两个所述导线11，所述
充电双掷开刀13用于控制所述铝板充放电电容17充电、放电或不变状态，所述充电双掷开刀13、以及所述放电单掷开刀14为一种现有技术，在此不再赘述。
23.所述电压保持电容15、所述铝板充放电电容17皆为一种容纳电荷的器件。所述电压保持电容15、所述铝板充放电电容17皆为一种现有技术。在本实施例中，所述电压保持电容15中电容容量为220pf。
24.所述充放电电阻16设置在一根导线11上，且充放电电阻16夹设在所述电压保持电容15与所述铝板充放电电容17之间，所述充放电电阻16用于避免充放电电流从所述铝板充放电电容17一端出发经工作回路回到所述铝板充放电电容17的另一端，且在所述铝板充放电电容17放电时，所述铝板充放电电容17经所述充放电电阻16快速放电，在本实施例中，所述充放电电阻16的阻值为220千欧，所述充放电电阻16为一种现有技术。
25.所述铝板充放电电容17包括两个间隔设置的极板171，在本实施例中，两个所述极板171平行设置，两个极板之间间距为60毫米，所述极板171的外轮廓皆成圆形且半径皆为100毫米的铝板，且所述铝板充放电电容17的中心轴与所述感应线圈21的中心轴相互垂直，从而所述充放电电容17产生的磁场可切割所述磁场感应线圈21。当闭合所述放电单掷开刀14且断开充电双掷开刀13时，所述铝板充放电电容17经电阻值为220千欧的所述充放电电阻16快速放电，所述铝板充放电电容17的二个极板171间的电通量发生变化，激发产生变化的磁场，且该磁场切割所述磁场感应线圈21，以使所述磁场感应线圈21激发产生感应电压。
26.所述磁场测量装置20包括一个设置在所述铝板充放电电容17一侧的磁场感应线圈21、一个连接于所述磁场感应线圈21一侧的感应电阻22，一个连接于所述感应电阻22一侧的示波器23。
27.所述磁场感应线圈21由铜漆包线绕制而成，所述磁场感应线圈21设置于两个所述极板171之间，且所述磁场感应线圈21的圆心至所述铝板充放电电容17中二个极板171中心的距离为130毫米。所述磁场感应线圈21为一种现有技术，在此不再赘述。在本实施例中，所述磁场感应线圈21半径为25毫米，高度10毫米，圈数为1000圈。
28.所述感应电阻22用于监测所述磁场感应线圈21的感应电压，在本实施例中，所述感应电阻22的阻值为50欧，且所述感应电阻22为一种现有技术。
29.所述示波器23是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。在本发明中，所述示波器23与所述感应电阻22连接在一起，所述感应电阻22上的电压波形由所述示波器23检测显示。
30.通过本实施例中的各项参数，当充电双掷开刀13闭合且断开放电单掷开刀14时，所述高压静电发生器12的静电高压经所述充电双掷开刀13和所述充放电电阻16对所述铝板充放电电容17充电，使所述铝板充放电电容17二极板间的静电高压为20000v；
31.当断开所述充电双掷开刀13且断开放电单掷开刀14时，所述电压保持电容15在短时间内维持所述铝板充放电电容17二极板的电压20000v不变；
32.当闭合所述放电单掷开刀14且断开充电双掷开刀13时，所述铝板充放电电容17经电阻值为220千欧的所述充放电电阻16快速放电，所述铝板充放电电容17二极板间的电通量发生变化，激发产生变化的磁场，该变化的磁场使所述磁场感应线圈21激发产生感应电压，该感应电压施加在电阻值为50欧的所述感应电阻22，其电压波形由所述示波器23检测显示。
33.在本实施例中，根据上述提供的所述高压静电发生器12产生的20000v静电高压，所述电压保持电容15中电容容量为220pf，所述充放电电阻16的阻值为220千欧，所述磁场感应线圈21圈数为1000圈，所述感应电阻22的阻值为50欧，经过数学推导及计算，如果麦克斯韦“位移电流”假设成立，其所述感应电阻22的电压数值为v(t)＝0.279e
–
t/t
v，且所述感应电阻22上的感应电压将随时间呈指数下降。
34.如图3所示，t＝0时，v＝0.279v；t＝1us时，v＝0.102v；t＝2us时，v＝0.037v；t＝3us时，v＝0.014v。把所述示波器23在感应电阻22上实际检测得到的电压波形和附图3根据位移电流假设计算得到的电压波形进行比较，即可以确定麦克斯韦位移电流假设是否成立，以及位移电流的大小。
35.在本实施例中，所述示波器23在感应电阻22上并没有检测得到如附图3所示的电压波形，说明麦克斯韦位移电流假设不成立，即真空中，变化的电场不能产生磁场。
36.与现有技术相比，本发明提供的用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置通过所述磁场产生装置10产生磁场，所述磁场测量装置20设置在所述磁场产生装置10一侧检测产生感应电压。磁场产生装置10中的所述高压静电发生器12产生静电高压，闭合所述充电双掷开刀13闭合且断开放电单掷开刀14，经所述充电双掷开刀13和所述充放电电阻16对所述铝板充放电电容17充电，使所述铝板充放电电容17中二个极板171间形成的静电高压；再断开所述充电双掷开刀13且断开放电单掷开刀14，使得所述电压保持电容15在短时间内维持所述铝板充放电电容17二极板的电压不变；最后，闭合所述放电单掷开刀14且断开充电双掷开刀13，所述铝板充放电电容17经电阻值为220千欧的所述充放电电阻16快速放电，所述铝板充放电电容17二极板间的电通量发生变化，激发产生变化的磁场，该变化的磁场使所述磁场感应线圈21激发产生感应电压，该感应电压施加在所述感应电阻22，其电压波形由所述示波器23检测显示，从而通过示波器检测感应电阻上的电压波形，直接验证是否存在麦克斯韦位移电流以及位移电流大小。该用于检测麦克斯韦位移电流的实验装置成本低、安全可靠，直观体现了实验现象。
37.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。