启动器中电容器的作用浅析
http://www.newdu.com 2018-12-01 人民教育出版社 佚名 参加讨论
启动器中电容器的作用浅析 安徽省界首一中 刘林 在高中《物理》第二册（必修加选修）中第207面有这样一段话：“启动器中的电容器能使动、静触片在分离时不产生火花，以免烧坏触点。没有电容器，启动器也能工作。”电容器与动、静触片并联为什么不产生电火花？在许多学生的头脑中产生要知其所以然的念头。笔者针对这一问题用演示实验进行浅析。  演示实验1 如图1所示，用一个日光灯、镇流器、开关和导线组成一个家庭电路接在220V交流电源上。其中1，2分别是两根铜导线一端裸露的部分，其他部分被塑料绝缘层绝缘，闭合开关S，日光灯不亮，用两手分别各拿1、2两端的绝缘部分，让裸露部分接触，再断开；反复几次可点亮日光灯。注意观察断开时1、2两端有电火花。为什么会产生电火花呢？因为1、2两端的接触与断开就相当于一个手动开关。由于镇流器线圈的自感作用，产生了一个瞬间高电压，高电压加在两灯丝和1、2两端，在1、2两端间击穿了空气，于是产生了电火花。  演示实验2 如图2所示，使用启动器的氖泡来演示。启动器是由一个氖泡和一个电容器并联而成的。用烙铁熔化焊锡，去掉电容器后仅剩一个氖泡接在电路中，闭合开关S，日光灯被氖泡点亮，关于氖泡的工作原理，请参考教材，此处略。氖泡从接触到断开时会产生电火花，工作原理与演示1类似，电火花能损坏接触点，这样会减少氖泡的使用寿命。 如果给氖泡并联一个电容器能不能产生电火花呢？请看演示实验3。  演示实验3 按如图3所示连接好实验电路，即在1、2两端裸露处并联一个电容器，用双手使1、2两端接触、断开，观察现象与演示1的现象对比。发现1、2两端再断开时不产生电火化。为什么并联了电容器后就不再产生电火花呢？ 电容器有一个特点：通交流，隔直流，通高频，阻低频。即允许交流通过，不允许恒定电流通过，对高频交流电阻碍很小，相当于短路，而对低频交流电阻碍很大，甚至相当于开路。阻碍作用的大小可用  计算，由公式可知频率越大，阻抗R越小。当1、2两端断开瞬间，由于电流变化很快且减小，在镇流器中会产生很大的自感电动势，且自感电动势的方向与电源电动势方向相同，瞬间加在两灯丝间和电容器两极上，因为此时电容器与灯管是并联的，一方面灯管中的汞蒸汽在高电压作用下被击穿而形成通路；另一方面由于电容器能让高频交流电通过，这样就避免了断开1、2两端时产生电火花（1、2两点断开后，由于空气不容易导电，电阻很大，而电容对高频交流电阻碍很小）。 另外灯管正常工作时的电压小于220V，这是因为交变电流通过镇流器的线圈，线圈中就会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化的（或此时线圈相当于给灯管串联了一个较大的阻抗R），所以此时线圈就起降压限流的作用，保证日光灯正常工作。 总之，整个启动器相当于一个自动开关，有无电容器都能点亮日光灯，但并联了电容器后能使动、静触片在分离时不再产生电火花，从而会延长启动器的使用寿命。学生通过对上述三个演示实验的动手操作和实验现象的直观观察，从而对生活中利用启动器点亮日光灯时，为什么要在启动器中并联一个电容器有了深刻的认识，加深了对知识的理解和掌握。 (责任编辑：admin) |
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