主动除霾“驻波窗”的设计与实现

作者:陈水桥;郑远;王鲲;王宙洋;何亮; 刊名:大学物理实验 上传者:何则阴

【摘要】主动式除霾"驻波窗"是随着输入的频率来调节进入空气的流量,从而形成了一扇变动的"纱窗"。主要利用了驻波的原理,巧妙地实现了主动除霾的功能,并根据通电线圈在磁场中受力转动的原理制成了振动源。最后利用一个测量PM2.5的仪器对"驻波窗"除霾能力进行了定量的分析,获得了有效的数据,证明了"驻波窗"能有效除霾的功效。主动式除霾"驻波窗"实现方法巧妙,成本低廉,低噪声,适合在实际生活中推广。

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第 32 卷 第 1 期 大 学 物 理 实 验 Vol.32 No.1 2019 年 2 月 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE Feb.2019 收稿日期: 2018-07-05 文章编号: 1007-2934( 2019) 01-0091-05 主动除霾“驻波窗”的设计与实现 陈水桥,郑 远,王 鲲,王宙洋,何 亮 ( 浙江大学,浙江 杭州 310027) 摘 要: 主动式除霾“驻波窗”是随着输入的频率来调节进入空气的流量,从而形成了一扇变动的 “纱窗”。主要利用了驻波的原理,巧妙地实现了主动除霾的功能,并根据通电线圈在磁场中受力转动 的原理制成了振动源。最后利用一个测量 PM2.5 的仪器对“驻波窗”除霾能力进行了定量的分析,获得 了有效的数据,证明了“驻波窗”能有效除霾的功效。主动式除霾“驻波窗”实现方法巧妙,成本低廉,低 噪声,适合在实际生活中推广。 关 键 词: 棉线,电机,驻波,驻波窗 中图分类号: O 329 文献标志码: A DOI: 10.14139 / j.cnki.cn22-1228.2019.01.023 雾霾对人体健康影响非常大。日常中减少雾 霾的危害的方法主要有如下几种: 加装纱窗、买空 气净化器和戴口罩等等[1,2]。但是这些措施都有 许多局限性,不能很好地除霾。比如空气净化器, 它的优点是低噪声,能除去一些许异味,除霾效果 较好,但是缺点是被动式过滤网,内循环,不能增 加氧气,密闭小空间才有效,价格太贵,使用成本 太高,不能驱蚊。 为此,提出了研制一套能有效、无污染的驱蚊 除霾装置———主动式驱蚊除霾“驻波窗”。它有 别于传统的静态的漏网式驱蚊纱窗,也有别于当 下比较流行的被动式空气净化器[3]。本装置主 要利用驻波的原理,所以也简称“驻波窗”。它巧 妙地使用了一个共振频率,实现了主动驱蚊除霾 的功能,方法巧妙,实现简单,成本低廉,无污染, 低噪声,适合在实际生活中推广。具有较好的实 用价值。 1 基本原理 在自然界中,振动现象在各领域都广泛存在, 振动是产生波动的波源,波动是振动的传播过程。 例如力学中的机械振动和机械波,电磁学中的电 磁振荡和电磁波; 光学中的光波等等。振动与波 具有自己的特征。振动有振幅、频率与相位,波动 过程伴随着能量的传播[4,5]。波动具有干涉和衍 射等独特的现象。正因为它们有这种独特的运动 形式,从而帮助人们在许多科学领域实现了新创 造。但是将 这 种 科 技 应 用 于 实 际 生 活 中 比 较 少见。 驻波是两个振幅相同的相干波在同一直线上 沿相反方向传播时叠加而形成的。本装置主要利 用驻波现象开发而成的。 图 1 所示,一均匀弦,由 A、B 两支点支撑,A 端振动引起弦上质点振动朝着 B 端方向传播,称 为入射波,再由 B 支点反射沿着弦向 A 端传播, 称为反射波,这两列同频率的波在同一弦上沿着 相反方向传播时形成驻波。移动支撑点 A、B 距 离到适当位置,弦线上形成了驻波,由图可见相邻 两个波节( 或波腹) 间的距离都等于半波长[6]。 设在 x = 0 处振动质点向上达最大位移时开 始计时,沿 x 轴方向为正,则入射波和反射波的波 函数分别为: y1 =dcos2π ft- x λ( ) ,y2 =dcos2π ft+ xλ( ) ( 1) 两波叠加后的驻波的波函数为: y= y1+y2 = 2dcos2π x λ( )·cos2πft ( 2) 由( 2) 式可知,弦上的各点以同一频率振动, 它们的振幅为 2dcos2π x λ( ) ,从

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