电磁铁的优点在于能通过电流的有无来控制磁性的有无,能通过改变电流方向改变磁场的方向,能控制电流的大小来控制磁性的强弱。因此,由电磁铁制成的电磁继电器在生产和生活中就具有了很多应用。
一、电磁继电器与自动报警器
1.(2010山东滨州)(1)干簧管(也叫干簧继电器)比一般机械开关结构简单,体积小,工作寿命长;而与电子开关相比,它又有抗负载冲击能力强的特点,工作可靠性很高。如图甲所示,是干簧管的结构简图,其中磁簧片是一种有弹性的薄铁片,被固定于玻璃管上。
①如图乙所示,当将一个条形磁铁与干簧管平行放置时,干簧管的两磁簧片被磁化,则磁簧片a b的b端为极;磁簧片c d的c端为极,它们将因相互而触接。
②如图丙所示,是小明同学用干簧管自制的水位自动报警器的结构简图。当水面在A、B之间正常水位时,上、下两干簧管都远离条形磁铁,没被磁化是断开的,红、绿灯都不发光,电铃不响;当水面上升到最高水位A处时,灯发光,电铃响;当水面下降到最低水位B处时,灯发光,电铃响,这样通过红、绿灯的发光情况就可判断水位是否正常。
(2)小红通过实验研究某电热毯的发热功率与通电电流的关系,她使用同一个电热器(其阻值R不变),多次改变这个电热器两端的电压,然后将实验中测量的电流值及对应的电功率画成如图所示的图像。
①请你根据图像,补充完整表格中的数据:
I(A) | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 |
P(W) | 4 | 16 |
②根据这些数据推算,这个电热器的功率P与电流I两者之间的关系式是。
答案:(1)1N S 吸引 2红 绿
(2)11 9 2P=I2R
二、电磁继电器与光敏电阻
2.白天光照强,要防止太阳光直晒进房内,同时房间要透光,因此要用薄型的窗帘;傍晚太阳下山后,为了保暖和保护私密性,窗帘可以换成厚绒的。如果家里有人,可以根据光照来选择使用不同的窗帘。如果家里没人呢?该怎么实现这样的想法呢?
解析:在学习了电磁铁知识后,我们可以把利用电磁铁把房间的窗帘改成自动开启、闭合式的来实现这个目的。为了能根据不同的光照程度选择不同的窗帘,控制电磁继电器的开关应选用对光线敏感的光敏元件。白天光照强,照射在光敏电阻上,电阻很小;傍晚光线暗淡,其电阻极大。电磁继电器由它控制通、断电,进而控制厚、薄窗帘的开启与闭合。需要的器材有:光敏控制元件一只,低压电源一个,电磁继电器一个,电动机两只,导线若干。设计连接的线路如图1所示,下面的电动机控制薄窗帘。
三、电磁继电器与热敏电阻
3.图2甲是周小平同学为学校办公楼空调设计的自动控制装置,R是热敏电阻,其阻值随温度变化关系如下表格所示。已知继电器的线圈电阻R0=10Ω,左边电源电压为6V恒定不变。电流表O~30mA量程接入电路,图乙是电流表表盘。当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器的衔铁被吸合,右边空调电路正常工作。
(1)请说明该自动控制装置的工作过程。
(2)该同学将电流表改成了温度表,通过计算并标出表盘上25℃的位置。
(3)为了节省电能,使温度达到30℃时空调才能启动制冷,电路中要串联多大电阻?
(4)为了给空调设定不同的启动温度,请你提出一种可行的、调节方便的措施。(改变电阻除外)
温度t /oC | 0 | 5 | 10 | l5 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 |
电阻R / Ω | 600 | 550 | 500 | 450 | 420 | 390 | 360 | 330 | 300 |
解析:(1)由热敏电阻的阻值随温度变化的关系可以看出,当温度升高时,电阻值减小,电路中电流增大,电磁铁磁性增强,当继电器线圈中的电流大于或等于15mA时,继电器的衔铁被吸合,空调电路正常工作。当温度下降时,热敏电阻阻值增大,电路中电流减小,磁性减弱,减小到一定值时,放开衔铁,使空调电路断开。这样就实现了自动控制。
(2)从表格中可以看出,当温度达到25℃时,电阻R=390Ω,则电路中电流:
I=U/(R0+R)=6V/(390Ω+10Ω)=15mA,在图乙表盘上15mA处标出25℃。
(3)温度达到30℃时,电阻R=360Ω,电路中要串联的电阻R1=400Ω-360Ω-10Ω=30Ω。
(4)可以将电源改为可调压电源,这样也能方便地给空调设定不同的启动温度。
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