物理知识来源于实践,同时服务于实践。新课程物理教学强调从生活走向物理从物理走向生活密切科学、技术与社会之间的联系,改变学科本位和机械的学习方式,努力运用物理思维的方式,去分析问题,解决问题。将我们平时学习过程中学到的物理知识用在改造自然和认识自然方面是我们学习物理的目的之一,因此在学习物理的过程中理论联系实际是学习物理知识的基本方法,同时也是培养学生综合能力、提高学生综合素质的重要途经。因此在学习物理知识时要有意识地将物理知识与日常生活和生产实践联系起来。
过去人们一直用手搓洗、棒褪敲打来清洗衣物。面对繁重的洗衣家务劳动人们一直都想发明一种机器来代替手工洗涤衣物。从第一台洗衣机问世到现在已经有一百多年的历史了。在过去的一百多年里,洗衣机无论从外观、功能、环保、节能等方面都发生着很大的变化。发展到现在洗衣机对我们来说已经是非常普遍、常用的家用电器。它种类、样式繁多启动化程度也越来越高,把洗衣过程的浸泡、洗涤、漂洗、甩干全部功能由洗衣机自动化完成。在洗衣机发展的过程中,物理知识得到了广泛的应用河以说物理知识的应用促进了洗衣机的发展,同时我们也能够从洗衣机中发现许多的物理现象。愈来愈受到人们青睐的洗衣机肥人们从繁重的日常家务劳动中解放出来。它是现代科技的结晶集中了许多光、电、力等物理知识。下面几个问题就是和物理知识在洗衣机原理中的应用。
1、洗衣机的洗涤原理
洗衣机的洗涤过程主要是利用机械产生的排渗、冲刷等机械作用以及洗涤剂的润湿、分散作用,将污垢拉入水中从而来实现洗净的目的[18。洗衣机在洗涤衣物时,是通过衣物和洗涤液在洗衣机桶内不断翻滚、摩擦、搅动达到洗涤衣物的功能。通过学习物理知识我们知道物体在做圆周运动时会受到惯性离心力的作用。我们以波轮洗衣机为例在洗衣机工作过程中,波轮在电动机的带动下做正、反方向旋转。首先流满于波轮叶片间的洗涤液在离心力的作用下被高速甩向桶壁并沿桶壁上升。因甩出液体的波轮中心处形成低压区,又使得洗涤液回流到波轮附近在波轮附近形成以波轮轴线为中心的涡流。衣物在涡流作用下作螺旋式回转,吸入中心后又被甩向桶壁,并与桶壁发生摩擦。又由于波轮中心是低压区衣物易被吸在波轮附近并不断地与波轮发生摩擦,就如同人工揉搓衣物。其次衣物中放入洗涤液之后油于惯性运动缓慢,因此在水流与衣物之间存在着速度差使得二者发生相对运动并产生相对摩擦这样水流的冲刷力也同样有助于污垢离开衣物。
洗衣机在洗涤衣物的过程中还运用了液体的湍流作用。湍流是液体的一种流动状态液体在流动的时候是分层流动的,当流速比较低时层与层之间互不掺杂二但当流速不断增大的时候,临层液体之间就会相互混合,形成可以观察到的流动的小旋窝这种流动就是湍流。洗衣机桶内旋转着的水流碰到桶壁后,速度和方向都发生了改变,就形成湍流。在湍流的作用下,衣物做无规则运动并翻滚其纤维不断被弯曲、拉长、绞纽衣物间相互摩擦增大了洗涤的有效面积并提高衣物洗净的均匀性。
2、洗衣机的甩干原理
洗衣机的甩干功能是应用了物理学中的离心力原理。洗衣机在甩干衣物时,电动机带动桶做高速旋转,利用离心力原理将衣物中的水从桶壁的小孔甩出去从而使水与衣物分离达到甩干衣物的目的。现在的全自动洗衣机在设计上更为先进克服了早期由于巨大离心力而走动的缺陷采用平衡圈来平衡旋转过程中产生的巨大的离心力。
平衡圈装在洗衣机筒顶部,是内装NCaI溶液的空心环。空心环内NaCI溶液并未注满。脱水过程中若衣物没有放平衡洗衣机便会强烈震动并发出很大的噪音,这时由于惯性离心力的作用平衡圈内的液体便会自动流向衣物偏轻的一侧启动调节衣物放置不平衡的情况,而不必再进行人工调整。
在洗衣机进行脱水的正常工作过程中,电机运转并带动波轮运转。绝大部分的电能转化为机械能而只有较小的一部分转化为内能使电机内阻发热但由于能量较少,不会导致电机被烧坏。但有时洗衣机的波轮易被手帕、丝袜类等物品缠绕,或被纽扣、硬币卡住。这时若让洗衣机长时间通电,电能就全部转化为热能使电机内阻发热,很容易使其电机被烧坏。因此,若出现洗衣机的波轮被手帕、丝袜类等物品缠绕或者被纽扣、硬币等卡住的现象时,要及时断开电源,以防电机被烧坏。
3、和新型洗衣机发展方向相联系的物理问题
2002年伊莱克斯公司发起一场彻底的洗涤革命,首次向人们展示洗衣机原理中的成型的、不用洗涤剂的离子技术。
靠洗涤剂中的活性剂洗涤衣物是传统的洗衣机的特点二而离子洗衣机则不需要洗涤剂就能洗涤衣物,一种特殊的活水装置)离子水发生器,被安装在洗衣机内部,可以将洗衣机内的普通自来水分解为离子水通过利用离子所特有的对污渍、灰尘的分解作用及吸附作用和离子水的高渗透性达到对衣物的清洁作用。离子水发生器把水首先分解成为氢氧根离子和氢离子氢离子及氮氧根离子在洗涤的过程中吸附衣物中的灰尘后再结合成水分子。
由于离子水洗衣机不用洗涤剂,可以省去漂洗的过程因此能够节约能源且不会造成对环境的污染。离子水洗衣机利用强氧化性活性离子水(离子水的全称)无毒且能消毒的特性结束了几百年以来人们依赖化学剂来清洗衣物的历史。
4、和洗衣机的制动相联系的物理问题
全自动洗衣机的脱水桶在工作过程中高速旋转通常以每分钟1200转甚至更高的速度旋转为避免发生各种危险事故脱水结构均装有安全系数很高的安全制动系统。该系统包括刹车制动盘、制动钢丝、脱水桶盖板等组成部分加果脱水桶在正常工作过程中脱水桶盖被打开那么该系统便会自动产生制动作用以保证人身安全。该安全制动系统的作用主要有两个:一是自动切断脱水电动机的电源二二是为使脱水桶迅速停止转动制动器自动刹紧。
5、和洗衣机的安全使用相联系的物理问题
现代家庭的电器化程度越来越高皮全用电也越来越成为人们关注的重要问题。由于洗衣机的外壳是金属的,当洗衣机外壳漏电时容易造成触电事故。为了避免出现意外,外壳通常都设有接地线。
洗衣机的插头均为三脚插头,三脚插头及三孔插座均接有地线。一般情况下她线的一端接在三孔插座的地线插孔上而另一端接在金属自来水管上再连接到地下或者直接连接在地下。洗衣机的三脚插头其地线一般接在洗衣机的金属外壳部分(或外壳的金属部分)。在使用洗衣机的时候为达到安全保证,需要将三脚插头插入三孔插座中。这样洗衣机外壳的金属部分就接地了。
在正常情况下,地线中是没有电流通过的。然而,一旦洗衣机发生漏电情况,电流就可以从外壳的金属部分流入地线再流入大地这样人体在接触到洗衣机的金属外壳时人体与地线就形成了并联关系。由于人体的电阻要比地线的电阻大很多所以这样相当于在人体两端并联了一条电阻极小的短路线在发生漏电时绝大部分电流通过地线流入大地而只有一小部分电流通过人体(在人体允许通过的安全电流范围之内)。这样就不会有超过安全范围的电流通过人体且很快切断电路,即短路状态的高电流很快会造成熔丝烧断。这样,人体就不容易发生触电事故。但是加果我们不接地线,一旦洗衣机发生漏电人体(特别是湿手)接触其外壳的金属部分时,电源通过洗衣机外金属壳、人体、大地就构成了一条闭合的回路在潮湿的情况下通过人体的电流就可能会远远超过安全电流(一般认为对人的安全电流是25mA以下)人体就会发生触电事故这是十分危险的。
6、和全自动洗衣机程序控制相联系的物理问题
现在所使用的颇受欢迎的智能型全自动洗衣机之所以能够自动地判断衣质、衣量、水位,自动选择最佳洗涤程序并决定投放的洗涤剂是因为当洗衣桶内衣物的质地不同、量不同时其总重量也是不同的在洗衣机电机低速运转后对其惯性进行测量,从而判断衣质、衣量,再进一步确定水位。具体原理是:先注入一定量的水在洗衣桶内,当洗衣机电机运转平衡后(低速)快速断电,由于惯性的作用洗衣桶带动电动机将继续转动,因此电机便会产生反电动势通过对其半波整流、放大整形便可以获得一系列矩形脉冲通过进一步分析脉冲宽度和数量,就可以得到衣物质量。
7、光学原理在洗衣机原理中的应用
在全自动洗衣机的洗衣机排水口处,一般都有一个红外光电传感器。其作用是使红外光穿过水而进入另一侧的接收管。若接收管获得的光能少说明衣物也就较脏水的透明度较低二反之若接收管获得的光能多也就说明衣物较干净水的透明度高。这是光学原理在洗衣机中的应用。
以上几方面就是我们掌握的物理原理在洗衣机方面的应用。随着科学技术的快速发展相信未来的洗衣机必将更加节能,同时使用起来也会更为方便,更能提高人们的生活水平。随着人们对物理知识的学习和探索相信将会有更多物理知识在洗衣机中得到运用。
参考文献:
[1]姜国强.洗衣机控制系统电磁干扰解决方案铁氧体磁环应用买例[J].硅谷,2008,(8):2一22.
[2]刘岳衡.洗衣机中的物理知识[N].考试报,2008,(25).
[3]龙仲文.洗衣机设计新动向[J].家用电器科技,2009,(10):17一18.
