第七章内能能量守恒定律参考资料.docx
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1、第七章内能能量守恒定律参考资料1 .自制“动态雕塑”(1)电路原理“动态雕塑,又名电子“永动”器。它是利用电能、磁场能、机械能之间互相转换而构成的一种不断摆动的装饰工艺品。在框架的下面装有一块小磁铁,装置起动时首先要用手拨动一下,使框架摆动起来,在磁铁下面即底座里面安装有一个电感线圈,当磁铁掠过线圈时,由于磁铁和线圈之间的相对运动,在线圈里就会产生感应电动势,此感应电动势经电子电路放大使线圈产生足够强的磁场,并使线圈上产生与磁铁极性相同的磁极,由于同性相斥,框架获得一个向上的推力,向上摆动。当框架摆到最高点时,在重力的作用下框架又反向摆动,框架下面的磁铁再次掠过线圈时,又重复上述过程,所以框架
2、就能来回不停的摆动。电子“永动”器的电路原理如图2所示,12和三极管VT的发射结构成闭合回路。当磁铁掠过线圈时,12产生感应电流,此感应电流作为VT的基极电流使VT迅速导通。集电极就有较强电流流经线圈1i,从而使线圈产生的磁场与框架磁铁互相作用,框架就摆动起来。(2)元器件选择VT可用9013、8050型等硅NPN三极管,2100,C为CDI1-IOV型电解电容器。1i、1z需要自制,取废塑料笔杆,截取长约25mm一段作为线圈骨架,再找两片厚约1mm、直径为30mm的圆片用502胶粘在骨架的两端作为挡板(因线圈刷无铁芯,所以圆片上不必开孔)。1i用直径0.15mm,1z用直径0.1mm高强度聚
3、脂漆包线双线并绕4000匝,绕好后将11的始端与1z的末端连接起来,作为图中的2端。1I的末端为1,1z的始端为3。电源G可用4节5号电池串联。S为1X1小型电源开关。(3)制作和调试本机电路比较简单,不必另制印刷电路板,可直接采用导线连接,底座可用大塑料盒或用塑料板自制,将线圈用502胶固定在盒盖内侧,接好电路,连同电池一同装入盒内。框架可用直径3mm的铝丝或厚0.3mm、宽约IOmm的薄铝片制作成圆环,圆环直径可大可小,应视底座大小而定。在圆环直径方向两端用直径Imm的钻头横向打两个小孔,穿入一枚缝衣针架在支架上,要求框架转动灵活。支架可用厚12mm、宽约15mm的塑料板制作并用502胶粘
4、在底座上。支架高度以框架摆动时,磁铁不碰到底座但离底座愈近愈好。磁铁应采用磁性强,体积小的圆形小磁铁,也用502胶粘贴在框架下面。安装磁铁时,应尽量使磁铁磁极对准线圈的中心轴线。安装好后,可通电试验,合上开关后,用手拨动一下框架,然后框架就会不停地摆动起来。若框架不能摆动,只要将磁铁的磁极反向一下就可以了。框架摆动的幅度大小与电源电压高低、线圈匝数、框架及框架上放的装饰物总重量、框架尺寸大小以及磁铁的磁性强弱等因素有关。在不提高电源电压、增加线圈匝数的前提下,框架大小与装饰物重量不宜过大。否则可提高电源电压。2 .能的转化和能量守恒定律的建立能的转化和能量守恒定律是建立在自然科学发展的基础上的
5、。从16世纪到18世纪,经过伽俐略、牛顿、惠更斯、莱布尼兹以及伯努利等许多物理学家的研究,使力学得到了较大的发展。机械能的转化和守恒的初步思想,在这一时期已经萌芽。18世纪末和19世纪初,各种自然现象之间的联系相继被发现。伦福德、戴维的摩擦生热实验否定了“热质说”,把物体的内能的变化与机械运动联系起来。1800年发明伏打电池之后不久,又发现了电流的热效应、磁效应和其他一些电磁现象。这个时期,电流的化学效应也被发现,并被用来进行电镀。在生物学界,证明了动物维持体温和进行机械活动的能量与它摄取的食物的化学能有关。自然科学的这些成就为建立能的转化和能量守恒定律作了必要的准备。能的转化和能量守恒定律的
6、最后确定,是在19世纪中叶由迈尔、焦耳和亥姆霍兹等人完成的。英国物理学家焦耳一生致力于实验研究。从1840年到1878年的将近40年的时间里,他研究了电流的热效应,压缩空气的温度升高以及电、化学和机械作用之间的联系。他做了400多次实验,用各种方法测定了热功当量的值,为能量守恒定律的发现奠定了坚实的实验基础。德国医生迈尔是从生理学开始对能量进行研究的,他观察到生活在热带的人比生活在温带的人静脉血颜色更红。他由此想到食物中含有的化学能,可以像机械能一样转化为热。在热带高温的情况下,机体只需要较少的热量,所以机体中食物的氧化过程减弱了,静脉血中留下了较多的氧。1842年,他从“无不生有,有不变无”
7、的哲学观念出发,表达了能的转化和守恒的思想。他分析了25种能的转化和守恒的现象,用已知的气体比热容数据推算了热功当量的值,迈尔成为世界上首先阐述能的转化和守恒思想的人。在1847年,当焦耳宣布他的能量观点的时候,德国学者亥姆霍兹在柏林也宣读了同样课题的论文,这篇论文的题目是论力的守恒,在这篇文章中,他分析了化学、机械、电磁、光等不同形式的能的转化和守恒,并且把这个结果与永动机不可能制造成功联系起来。他认为不可能无中生有地创造一个永久的推动力,任何机器都不能提供多于能源供给的能量。当能源用尽时,机器将停止工作。机器只能转化能量,不能创造能量和消灭能量。亥姆霍兹在论文里对能的转化和能量守恒定律做了
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