上海电力大物实验自动闭合开关.doc

自动闭合开关2008024 李晨苑 20081284现在寝室晚上都会拉灯，拉灯其实就是将整幢楼的总电源关闭。正常情况下来说这样的拉灯并不会对我们的生活造成什么影响，但有些时候，同学们回寝室很晚，熄灯时，寝室的灯和饮水机电源都没有关闭。回寝室后，匆匆忙忙，结果就忘记再去关了，导致第二天早晨，“来电”时，日光灯亮了，饮水机呼呼的开始烧水，热水器也在没有用水需要的情况下烧起水来。这样不仅造成了不必要的开支，还影响了同学们的睡眠。所以我开始思考制作一种装置，在不改动原有开关的情况下，能在断电后自动将电源关闭。关于这个装置，我们首先来看一下现有的开关（图1-1）。 图1-1从图上我们可以看到，这种开关拨向上为开，拨向下为关。因此我想到了用给开关增加向下的外力F1的方式来关闭开关。因此我设计了如下的部分装置（图2-1）图2-1我利用在开关下垂挂一个小桶，在桶口设置一个管道，管道高位处放置一个小球类的重物，最后利用控制小球的滚落来实现增加向下外力，小球重力G=所需外力F1。那么怎样控制小球滚落呢？于是我想到了利用一个双向挡板（图2-2）图2-2如图2-2的第一个图，就是挡板最初的样子。在给挡板加如图F2的外力后，挡板开始释放小球。这样做的好处还在于当左挡板受外力F2继续运动后，右挡板将给小球一个外力f3，促使小球沿轨道向前运动。到目前为止，关于怎样增加开关向下外力F的部分就完成了。现新的问题出现了，怎样控制挡板的上下呢？或者说，外力F2从哪里来呢？带着这个问题，我又做了如下设计（图2-3）图2-3利用纽扣电池或干电池作为自带电源，通过开关k来控制电路的开闭。在电路有电流通过的情况下，电磁铁吸引左挡板使其向上。于是电磁铁对挡板的吸引力F=F2。鉴于电路的优化和安全，我改进了电路（图2-4）图2-4增加保护电阻后，整个电路就完成了，由于导线的长度可以自由调节，因此，只要电磁铁的位置相对于挡板固定，其他的电器部件都可以放置在方便的地方，增加了可行性。现在最后要设计的就是怎样在熄灯以后，也就是在总电流为零的情况下使开关k闭合。为此我查看了指针式直流电表的结构示意图（图3-1），由于电流表为直流电流表而市电流为交流电，所以在这之间还需转换，转换器可以利用废除了的手机充电交直流转化器改装而成。图3-1通过思考我在电流表零刻度处增加了触针。当电流为零时，电表指针指向零刻度，触碰触针后接通图2-4中的电路。这样我的装置就基本完成了。简单概述就是当总电源被切断（也就是熄灯以后），测总电流的电流计指针归零，归零时触碰触针，接通图2-4中的电路。电路被接通后，图2-4中的电路利用本身自带的电源进行工作。电磁铁吸引左挡板，使其向上。左挡板向上后释放原来被其挡住的重物小球，右挡板受左挡板影响水平运动，推动小球。小球在右挡板的推动和本身的重力作用下，沿轨道向着小桶方向运动，最后落在小桶中。小桶通过绳子同开关相连，在小桶和球的共同重力作用下，收到一个向下的外力。最后开关在这个外力的作用下，拨向下侧，也就完成了电源开关的闭合。大致的装置已经设计完毕。但很明显还是存在许多问题，下面将罗列一些我所能想到的问题和解决方法。问题1：小球轨道的长度和小球 小球的轨道不能太长，因为如果太长的话小球就容易掉出来，而且轨道并不光滑也会影响小球的运动，但同时又不能太短，如果太短的话小球本身的重力势能就不够，实现同样的向下的作用力，就需要更重的小球。如果保持小球的密度不变，就需要更大的小球，这样就增加了难度。解决方案：通过实验比较找出最佳方案问题2：挡板于电路 可以看出，最后为了实现小球的滚落，电路是需要通路的。但设计结束后我发现，这个电路在实际运用中将一直保持，这样的话电磁铁作为用电器，一直在耗电。真是这样的话，第二天早晨，纽扣电池，或干电池就没电了。解决方案：通过在电路2-4中再增加一个电建（如图3-2）图3-2这个电键由一根连接原来的开关的绳子控制。当原来的开关闭合（也就是向下）后，这根绳子被拉直，也就是新电键被打开，从而实现电路断路。问题3：电流的交直流问题 这个问题前面已经提过。由于电流表为直流电流表而市电流为交流电，所以在这之间还需转换，由于在建立电路来实现转换太麻烦，而且这样就增加了许多配件，所以我设想用已有的转换装置来实现这个功能。解决方案：转换器可以利用废除了的手机充电交直流转化器改装而成。以上就是我设计的可以在熄灯以后将电源关闭的装置，如果顺利的话它可以在不改变学校给寝室安装的电源开关的情况下，在熄灯后将电源关闭。由于小桶是通过绳子和开关链接的，所以可以选择想要在熄灯后关闭的开关连接。如果某天在熄灯