物理電學(xué)中電路設(shè)計與靜電應(yīng)用的分析

【摘要】電學(xué)作為我們高中物理的重要知識內(nèi)容，對其知識與運用原理進行分析，可提升我們的學(xué)習(xí)效率?；诖耍P者通過結(jié)合實際生活中所接觸到的電學(xué)例子，對電路的設(shè)計與靜電的應(yīng)用進行了簡要分析，以筆者自身體會得知，在學(xué)習(xí)中通過借助課下探究，可有利于我們對知識進行鞏固與進一步拓展。

【摘要】物理電學(xué)；電路設(shè)計；靜電應(yīng)用

從電的發(fā)明至今，無論是科學(xué)發(fā)展還是人們的日常生活，都已經(jīng)不能離開電的應(yīng)用，對于我們高中生來說，將電學(xué)融入到生活，在生活中應(yīng)用電學(xué)，可有助于我們物理成績的提高?，F(xiàn)筆者就其電路與靜電在實際生活的應(yīng)用進行闡述分析。

1心電信號電路應(yīng)用的分析

1.1心電信號設(shè)計原理

在學(xué)校組織的體檢或陪老人去醫(yī)院檢查身體的過程中，我們會發(fā)現(xiàn)有些有如心臟病的檢查會需要通過對心電進行監(jiān)測，以方便醫(yī)生了解人體心電情況，而醫(yī)生要想了解這些不能直接觀察的人體特征，則必須借助外部的心電圖機。關(guān)于它的設(shè)計較為復(fù)雜，所以我請教了我的物理老師。他告訴我其電路系統(tǒng)設(shè)計（如圖1所示）的設(shè)計原理為：先通過傳感器電極從人體提取心電信號，再經(jīng)過一個前置放大器后，通過低通濾波電路和高通濾波電路把一些干擾信號濾除，只留下心電信號頻率段的信號，接著經(jīng)50Hz陷波器濾除工頻干擾，最后再經(jīng)過后置放大器把信號的幅值放大到后續(xù)電路所需要的信號幅值大小，以此來幫助醫(yī)生完成整個檢查過程。

圖1電路整體結(jié)構(gòu)

1.2心電信號電路設(shè)計分析

（1）心電信號提?。贿\用OP07構(gòu)成右腿驅(qū)動電路，其驅(qū)動電路可以將人體共模信號倒相放大后作用于右腿，在不損失心電信號的頻率成分的情況下降低共模信號的干擾。同時儀器運用AD620構(gòu)成前置放大電路，它的增益主要由管腳1和管腳8之間的電阻R6確定，前置放大器的增益不能過大，所以老師說一般醫(yī)院選取前置放大器的增益A為10，因此可使R6≈5.6K。（2）后置放大電路；經(jīng)過濾波電路濾除干擾信號后的心電信號在輸入后續(xù)處理電路之前，需滿足后續(xù)電路數(shù)字處理電路需要的V量級信號幅值，并且心電信號總的增益需要1000左右，而前置放大電路的電壓增益只有10，所以醫(yī)院一般都會需要增益為100左右的后置放大器進行心電信號的幅值的放大。在我詢問相關(guān)醫(yī)院操作人員后，得知該電路為兩級反相放大器，可用于調(diào)節(jié)后置放大電路總的增益大小，以適合不同的后續(xù)電路的要求。

2防塵紗窗靜電發(fā)生器應(yīng)用分析

2.1靜電發(fā)生器的工作原理

靜電發(fā)生器由一穩(wěn)定直流電源提供能量，經(jīng)自激振蕩將其轉(zhuǎn)換成5～20kHz的頻率，并升壓至6～10kV交變電，再經(jīng)多級倍壓整流，即可獲得更高的電壓。我們生活中的防塵紗窗就是運用了這一原理，即將靜電發(fā)生器固定在窗框上，當(dāng)靜電發(fā)生器的輸入端接低壓直流電，輸出端的一根線接地，另一根線接到金屬網(wǎng)上，然后再把金屬網(wǎng)覆蓋到玻璃纖維紗窗上，使玻璃纖維紗窗帶上靜電，以此空氣中的灰塵再通過紗窗時就會被靜電吸附，然后我們就可定期清理窗紗上的灰塵。

2.2防塵紗窗電容器應(yīng)用分析

通過以上所述，可得知使紗窗具有一定防塵效果的是高壓吸塵紗窗，其由兩扇窗紗構(gòu)成，每一扇窗紗用一根導(dǎo)線編織而成，其中一扇窗紗的導(dǎo)線一端會經(jīng)高壓控制系統(tǒng)內(nèi)的限流電阻與高壓控制系統(tǒng)正極相連接，另一端會用耐高壓的絕緣膠密封，使其不與空氣相通，同時窗紗的另一端導(dǎo)線應(yīng)與高壓控制系統(tǒng)負(fù)極相連接，兩扇窗紗并排豎放，以此可構(gòu)成一個電容器。

3避雷針與尖端放電應(yīng)用分析

3.1尖端放電原理

尖端放電中靜電荷一般會分布在導(dǎo)體的外表面上，且是非均勻的，而在導(dǎo)體的尖端是電荷密集的區(qū)域，其尖端附近的電場較強，空氣中的“﹢”電荷和“-”電荷受到方向相反的電場力，會造成空氣的電離，使得空氣中存在自由移動的電荷，即產(chǎn)生正負(fù)電子，而這就會使得空氣能夠?qū)щ?，造成尖端放電?/p>

3.2避雷針應(yīng)用分析

由于尖端放電容易損失電能，因此高壓設(shè)備或?qū)Ь€的金屬元件一般設(shè)計要求為表面需要圓滑，以用來避免尖端放電現(xiàn)象的產(chǎn)生。在我們?nèi)粘Ｉ钪校芾揍樀氖褂镁褪墙柚舜嗽?。為了避免在雷雨天氣時雷擊現(xiàn)象的產(chǎn)生，人們設(shè)計出一種針狀的金屬物，將之裝在房屋的頂端，并和地下的金屬板相聯(lián)接，而當(dāng)帶電的云層與針狀金屬物相接近時，地下的異種電荷集中到針狀金屬物的頂端與云層中的電荷相中和，以此達(dá)到避雷的目的。

4總結(jié)

總之，對于自然及各種物理現(xiàn)象，如果我們能準(zhǔn)確把握它們的規(guī)律并合理運用，不僅會對我們的物理學(xué)習(xí)提供很大幫助，也可為我們的生活帶來極大的便利。但需注意的是，在生活中探討與學(xué)習(xí)電學(xué)時應(yīng)趨利避害，以避免災(zāi)難發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]申博珺.淺談電學(xué)在生活中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（03）

[2]王嘉智.高中電學(xué)在電路發(fā)展中的應(yīng)用分析[J].科技展望，2017（01）

作者簡介：

尹卓然（1999-），男，學(xué)生，就讀于長沙市一中。