Учебное пособие по электротехнике с демонстрационным дисплеем
Изобретение относится к конструкции устройства, которое может быть использовано при индивидуальном и групповом обучении сборке цепей с электрическими и электронными компонентами, а также для проведения лабораторных работ и демонстрационных опытов по электротехнике. Устройство содержит магнитную демонстрационную доску, набор платформ прямоугольной формы, выполненных из неэлектропроводного материала, на которых закреплены элементы электрической цепи. Одна из платформ образует модуль для подключения источника тока, и еще одна из платформ - модуль с зажимами. Остальные платформы являются носителями для других различных элементов цепи, в том числе выключателя, переключателя, резисторов с различным сопротивлением, лампы, конденсаторов с различной емкостью, диода, светодиода, транзистора, фотоэлемента, термистора, фоторезистора, катушки индуктивности. Устройство также содержит набор соединительных проводов, цифровые блоки индикации, состоящий из дисплейного отсека и символьного отсека, обеспечивающего измерение тока и напряжения в электрической цепи. Платформы имеют магниты на тыльной поверхности и на боковых поверхностях. На лицевых поверхностях платформ установлены клеммы для подсоединения соединительных проводов. В платформах выполнены полости, открытые со стороны тыльной поверхности, внутри каждой из которых установлен соответствующий элемент электрической цепи.
Полезная модель относится к средствам обучения и может использоваться при индивидуальном и групповом обучении сборке цепей с электрическими и электронными компонентами, а также для проведения лабораторных работ и демонстрации опытов по электротехнике.
Известны учебные устройства по электротехнике, которые могут быть использованы в качестве игры для детей, содержащие набор блоков, несущих элементы электрической цепи. Блоки стыкуются между собой в плоскую или объемную конструкцию (см. ЕР 0135633, 1986, RU 2101773, 1998, кл. G09В 23/18). Выполнение известных учебных устройств в виде стыкуемых блоков между собой не дает полного представления о процессе сборки электрической цепи из элементов, соединяемых проводами. Кроме того, известные устройства не предусматривают сборку цепей, в которых обеспечивалось бы измерение показателей переменного и постоянного тока и других величин.
Известно техническое решение по патенту RU 
2236708, кл. G09В 23/18, в котором обучающее устройство для изучения основ электротехники сдержит блок питания, блоки электрических схем, набор электрических элементов, блок измерительных приборов, блок управления и индикации, причем блок индикации индуцирует наличие импульса, а каждый параметр определяются на своем контрольном приборе.
Известны технические решения по заявкам RU 2001124618 и 2007113966, в которых используется блоки электрических и электронных схем, выходы которых в конечном счете подключены к индикаторам, при чем в первом случае используется световой индикатор. Однако данные
технические решения сложно выполнены.
Наиболее близким техническим решением является «Учебное устройство по электротехнике» патент RU 2239872, кл. G09B 23/18, 23.04.2003 г., содержащее набор измерительных плат-модулей, на которых закреплены вольтметры, амперметры, милливольтметры и миллиамперметры, и плат с носителями различных элементов цепи, таких как источник тока, зажимы, выключатели, резисторы, различные сопротивления, лампы, конденсаторы, диоды, светодиоды, катушки индуктивности, а также цифровые блоки индикации и соединительные провода. Платы снабжены магнитами для закрепления на магнитной доске. Однако данное техническое решение содержит недостаточно четкие элементы измерения и индикационные элементы показаний измеряемых величин.
Заявленная полезная модель направлена на решение задачи по упрощению конструкции и созданию универсального учебного устройства по электротехнике, которое позволяло бы проводить опыты с фиксацией показаний приборов и измерения текущих показателей приборов.
Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения - это получение универсального учебного устройства по электротехнике, благодаря которому обеспечивается возможность производить измерение силы постоянного и переменного тока, а так же напряжения, при проведении демонстрационных экспериментов, демонстрировать явления и закономерности, изучаемые в разделе «Законы постоянного тока», демонстрировать явления и закономерности, изучаемые в разделе «Ток в полупроводниках», проводить демонстрационные эксперименты с конденсатором и катушкой индуктивности, демонстрировать явления и закономерности, изучаемые в разделе «Переменный ток», а также изучать основные закономерности по теме «Электрический ток в вакууме». Процесс сборки электрической цепи из используемых в предлагаемом устройстве платформ, несущих элементы электрической цепи, максимально
упрощен и нагляден, что позволяет экономить время на проведение занятии и преподносить за одно и то же время большее количество изучаемого материала. Устройство позволяет эффективно преподносить изучаемый материал практически любой аудитории и развивает у обучающихся навыки по сбору электрических цепей.
Для достижения технического результата предлагается учебное устройство по электротехнике с демонстрационным дисплеем, содержащее магнитную демонстрационную доску, набор платформ прямоугольной формы, выполненных из неэлектропроводного материала, на которых закреплены элементы электрической цепи, причем одна платформа образует модуль для подключения источника тока, еще одна из платформ - модуль с зажимами, а остальные платформы являются носителями для других различных элементов электрической цепи, в том числе выключателя, переключателя, резисторов с различным сопротивлением, лампы накаливания, плоской электронной вакуумной лампы, источника питания электронной лампы, конденсаторов с различной емкостью, диода, светодиода, транзистора, фотоэлемента, термистора, фоторезистора, катушки индуктивности с извлекаемым ферритом стержнем, а также содержащее набор соединительных проводов, постоянный магнит и цифровые блоки индикации, каждый из которых выполнен в виде универсального прибора с клеммами для включения в электросхему и с дисплеем, состоящего из сегментной цифровой части, где отображаются текущее значение измеряемой величины и сегментной символьной части, где отображается единицы измерения физической величины, при этом универсальный прибор включает в себя датчики тока и напряжения, обеспечивающие измерение тока и напряжения в электрической цепи без дополнительных устройств, при этом платформы снабжены магнитами для закрепления на демонстрационной доске, расположенными на их тыльной, обращенной к доске, поверхности, а платформы с фотоэлементом и фоторезистором имеет дополнительно магниты на одной из своих боковых поверхностей, причем на лицевых
поверхностях платформ установлены клеммы для подсоединения соединительных проводов при сборке электрической цепи, по меньшей мере, в части платформ выполнены полости, открытые со стороны тыльной поверхности, внутри каждой из которых установлен соответствующий элемент электрической цепи, связанный соединительными проводами с клеммами, и разъемы для подсоединения универсального прибора, и на лицевой поверхности, по меньшей мере, части платформ нанесены изображения, позволяющие идентифицировать элемент цепи, расположенный в полости платформы.
Часть элементов электрической цепи закреплены на лицевых поверхностях платформ, а полость платформ имеет одинаковую глубину по всему своему объему.
Часть магнитов выполнена в виде шайб, расположенных в гнездах, выполненных в боковых сторонах платформ, а часть магнитов выполнена в виде полос, расположенных в пазах, выполненных в платформах со стороны тыльных поверхностей.
Изображения нанесенные на лицевую поверхность платформ, выполнены в виде окрашенных участков или в виде рельефного рисунка.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами. На фиг.1 представлен магнитопроводящий лист 1 с установленными на нем некоторыми платформами и цифровым блоком индикации. На фиг.2 представлены платформы, используемые для сборки электрических цепей при демонстрации явлений и закономерностей, изучаемых, в частности в разделе «Законы постоянного тока». На фиг.3 - представлена электрическая цепь, собранная с использованием платформ по фиг.2.
На фиг.4 представлены платформы, используемые для сборки электрических цепей при проведении демонстрационных экспериментов с конденсатором и катушкой индуктивности при изучении явлений и закономерностей в разделе «Переменный ток». На фиг.5 - электрическая цепь, собранная с использованием набора платформ по фиг.1, 2, 4, 6.
На фиг.6 - изображены платформы, используемые для сборки электрических цепей при демонстрации явлений и закономерностей, изучаемых, в частности, в разделе «Ток в полупроводниках». На фиг.7 изображены платформы, используемые при демонстрации явлений и закономерностей при демонстрации опытов в разделе «Электрический ток в вакууме». На фиг.8 - показаны варианты установки платформ на магнитной демонстрационной доске, плашмя и на боковую сторону. На фиг.9 - представлен вид сверху одной из платформ фиг.6, а на фиг.10 - тоже, вид снизу.
Учебное устройство по электротехнике содержит магнитную демонстрационную доску 1, предпочтительно прямоугольной формы, и набор платформ 2 прямоугольной, предпочтительно квадратной, формы, на которых закреплены элементы электрической цепи 3.
Демонстрационная доска может располагаться горизонтально, вертикально или наклонно и может иметь средства для установки или подвешивания ее в наклонном или вертикальном положении.
Платформы выполнены из неэлектропроводного материала, например, пластика, дерева или другого подходящего материала.
На фиг.1 представлен магнитопроводящий лист 1 с установленными на нем некоторыми платформами и цифровым блоком индикации 4, которых в наборе может быть несколько штук.
На фиг.2 представлены платформы, используемые для сборки электрических цепей при демонстрации явлений и закономерностей, изучаемых, в частности в разделе «Законы постоянного тока». В их число входят следующие платформы: резисторы 40, 5 и 6 с различным сопротивлением, переменный резистор 7, выключатель 8, лампа 9, модуль с зажимами 10, модуль для подключения источника тока 11.
На фиг.4 представлены платформы, используемые для сборки электрических цепей при проведении демонстрационных экспериментов с конденсатором и катушкой индуктивности при изучении явлений и
закономерностей в разделе «Переменный ток». В их число входят следующие платформы: переключатель 30, конденсаторы 12, 13, 14 и 15 и платформа с катушкой индуктивности 16 снабженной ферритовым стержнем (на чертеже не показано).
На фиг.6 - изображены платформы, используемые для сборки электрических цепей при демонстрации явлений и закономерностей, изучаемых, в частности, в разделе «Ток в полупроводниках». В их число входят следующие платформы: диод 17, светодиод 18, транзистор 19, фотоэлемент 20, термистор 21, фоторезистор 22, резистор 23, переменный резистор 24, лампа 8. Устройство включает также набор соединительных проводов 25.
На фиг.7 изображены платформы, используемые при демонстрации явлений и закономерностей по разделу «Электрический ток в вакууме». В этих опытах учащиеся знакомятся с явлением термоэлектронной эмиссии и эффектами, сопровождающими движение свободных электронов в вакууме под действием электрического и магнитных полей. В их число входят следующие платформы. Одна платформа 26 служит для подсоединения источника питания к цепи накала катода и выполнена с возможностью обеспечения регулирования накала катода К, (обозначенного Н) посредством переменного сопротивления 27. Другая платформа 28 выполнена сдвоенной, на ней закреплен матричный модуль электронной вакуумной лампы 29 с плоско-параллельным матричным дисплеем, соединенный в единый элемент.
Платформы 2 снабжены магнитами 31 для закрепления на демонстрационной доске 1. Магниты расположены на тыльной, обращенной к демонстрационной доске 1, поверхности платформ. Часть платформ имеют магниты 32 (см. фиг.1), по меньшей мере, на одной из своих боковых поверхностей 33, что обеспечивает возможность установки платформ на демонстрационной доске 1 в вертикальном положении (см. фиг.8). Вертикальная установки платформ 2 на демонстрационной доске позволяет экономить полезную площадь доски и обеспечивает тем самым возможность
сборки цепей с большим количеством составляющих элементов. Магниты 32 могут быть выполнены в виде шайб (см. фиг.1), которые расположены в гнездах, выполненных в платформ на их боковых 33 поверхностей и демонстрирует работу светочувствительных элементов Магниты 31 могут быть выполнены в виде полос (см. фиг 10), расположенных в пазах 34, которые выполнены в платформах со стороны тыльных поверхностей. На лицевых поверхностях 35 платформ 2 установлены клеммы 36 для подсоединения соединительных проводов 25 при сборке электрических цепей. Платформы имеют полости 37, открытые со стороны тыльной поверхности. Внутри каждой полости 37 установлен соответствующий элемент электрической цепи и крепежные элементы 38 для крепления клемм 36. Расположенный в полости элемент электрической цепи связан соединительными проводами, проходящими в полости, с клеммами 36.
На лицевую поверхность 35, по меньшей мере, части платформ 2 нанесены изображения 41, позволяющие идентифицировать элементы цепи, расположенные в полостях платформ.
Некоторые элементы электрической цепи, например, резисторы 4, 5, 6, (см. фиг.2) могут быть закреплены на лицевых поверхностях 35 платформ 2.
Перед проведением демонстрационного эксперимента с использованием комплекта необходимо собрать в соответствии с рекомендациями методического руководства электрическую схему, используя цифровой блок индикации 3.
Так платформы, изображенные на фиг 2, участвуют в проведении следующих видов работ, экспериментальных исследований и измерений: составление электрической цепи; измерение силы тока амперметром; измерение напряжения вольтметром; зависимость силы тока от напряжения; зависимость силы тока от сопротивления; измерение сопротивлений; устройство переменного резистора; последовательное соединений проводников; параллельное соединение проводников; действие плавкого предохранителя; нагревание проводника электрическим током; определение
мощности электрического тока.
Платформы, изображенные на фиг 4, участвуют в проведении следующих видов работ, экспериментальных исследований и измерений: зарядка конденсатора, разрядка конденсатора, энергия заряженного конденсатора, электромагнитная индукция, явление самоиндукции, конденсатор в цепи переменного тока, катушка индуктивности в цепи переменного тока, последовательная цепь переменного тока, резонанс в последовательном колебательном контуре, зависимость резонансной частоты от параметров контура, принцип действия трансформатора.
Платформы, изображенные на фиг 6, участвуют в проведении следующих видов работ, экспериментальных исследований и измерений: зависимость сопротивления полупроводника от температуры, зависимость сопротивления полупроводника от освещенности, односторонняя проводимость полупроводникового диода, изучение светодиода, устройство транзистора.
Платформы, изображенные на фиг.7, участвуют в проведении опытов и изучении явлений термоэлектронной эмиссии в вакууме, а именно, односторонняя проводимость вакуумного диода, вольтамперная характеристика вакуумного диода, насыщение вакуумного диода, движение электронов в магнитном и электрическом поле, опыты с трехэлектродной лампой (триод). Проводятся опыты по изучению зависимости излучающей способности металла и его электрического сопротивления от температуры и другие.
Предложенное устройство при использовании обеспечивает проводить всевозможные опыты по электричеству от самых простых до сложных охватывая не только программу средней школы, но и может быть использован при чтении лекций по общей физике и электро-радиотехнике в ВУЗах.
1. Учебное устройство по электротехнике с демонстрационным дисплеем, содержащее магнитную демонстрационную доску, набор платформ прямоугольной формы, выполненных из неэлектропроводного материала, на которых закреплены элементы электрической цепи, причем одна платформа образует модуль для подключения источника тока, еще одна из платформ - модуль с зажимами, а остальные платформы являются носителями для других различных элементов цепи, в том числе выключателя, переключателя, резисторов с различным сопротивлением, лампы накаливания, плоской электронной вакуумной лампы, источника питания электронной лампы, конденсаторов с различной емкостью, диода, светодиода, транзистора, фотоэлемента, термистора, фоторезистора, катушки индуктивности с извлекаемым ферритовым стержнем, постоянного магнита, а также содержащее набор соединительных проводов, цифровые блоки индикации, каждый из которых выполнен в виде универсального прибора с клеммами для включения в электросхему и с дисплеем, состоящего из сегментной цифровой части, где отображаются текущее значение измеряемой величины и сегментной символьной части, где отображается единицы измерения физической величины, при этом универсальный прибор включает в себя датчики тока и напряжения, обеспечивающие измерение тока и напряжения в электрической цепи без дополнительных устройств, при этом платформы снабжены магнитами для их закрепления на демонстрационной доске, расположенными на их тыльной, обращенной к доске поверхности, а платформы с фотоэлементом и фоторезистором имеет дополнительные магниты на одной из своих боковых поверхностей, причем на лицевых поверхностях плат установлены клеммы для подсоединения соединительных проводов при сборке электрической цепи, по меньшей мере, в части платформ выполнены полости, открытые со стороны тыльной поверхности, внутри каждой из которых установлен соответствующий элемент электрической цепи, связанный соединительными проводами с клеммами, и элементы для разъемы для подсоединения универсального прибора, и на лицевую поверхность, по меньшей мере, части платформ нанесены изображения, позволяющие идентифицировать элемент цепи, расположенный в полости платформы.
2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что часть элементов электрической цепи закреплены на лицевых поверхностях платформ.
3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что полость имеет одинаковую глубину по всему своему объему.
4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что магниты выполнены в виде шайб, расположенных в гнездах, выполненных в платформах.
5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что магниты выполнены в виде полос, расположенных в пазах, выполненных в платформах со стороны тыльных поверхностей.
6. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что изображения нанесенные на лицевую поверхность платформ, выполнены в виде окрашенных участков или в виде рельефного рисунка.
