物理电学中电路设计与静电应用的分析

【摘要】电学作为我们高中物理的重要知识内容，对其知识与运用原理进行分析，可提升我们的学习效率。基于此，笔者通过结合实际生活中所接触到的电学例子，对电路的设计与静电的应用进行了简要分析，以笔者自身体会得知，在学习中通过借助课下探究，可有利于我们对知识进行巩固与进一步拓展。

【摘要】物理电学；电路设计；静电应用

从电的发明至今，无论是科学发展还是人们的日常生活，都已经不能离开电的应用，对于我们高中生来说，将电学融入到生活，在生活中应用电学，可有助于我们物理成绩的提高。现笔者就其电路与静电在实际生活的应用进行阐述分析。

1心电信号电路应用的分析

1.1心电信号设计原理

在学校组织的体检或陪老人去医院检查身体的过程中，我们会发现有些有如心脏病的检查会需要通过对心电进行监测，以方便医生了解人体心电情况，而医生要想了解这些不能直接观察的人体特征，则必须借助外部的心电图机。关于它的设计较为复杂，所以我请教了我的物理老师。他告诉我其电路系统设计（如图1所示）的设计原理为：先通过传感器电极从人体提取心电信号，再经过一个前置放大器后，通过低通滤波电路和高通滤波电路把一些干扰信号滤除，只留下心电信号频率段的信号，接着经50Hz陷波器滤除工频干扰，最后再经过后置放大器把信号的幅值放大到后续电路所需要的信号幅值大小，以此来帮助医生完成整个检查过程。

图1电路整体结构

1.2心电信号电路设计分析

（1）心电信号提取；运用OP07构成右腿驱动电路，其驱动电路可以将人体共模信号倒相放大后作用于右腿，在不损失心电信号的频率成分的情况下降低共模信号的干擾。同时仪器运用AD620构成前置放大电路，它的增益主要由管脚1和管脚8之间的电阻R6确定，前置放大器的增益不能过大，所以老师说一般医院选取前置放大器的增益A为10，因此可使R6≈5.6K。（2）后置放大电路；经过滤波电路滤除干扰信号后的心电信号在输入后续处理电路之前，需满足后续电路数字处理电路需要的V量级信号幅值，并且心电信号总的增益需要1000左右，而前置放大电路的电压增益只有10，所以医院一般都会需要增益为100左右的后置放大器进行心电信号的幅值的放大。在我询问相关医院操作人员后，得知该电路为两级反相放大器，可用于调节后置放大电路总的增益大小，以适合不同的后续电路的要求。

2防尘纱窗静电发生器应用分析

2.1静电发生器的工作原理

静电发生器由一稳定直流电源提供能量，经自激振荡将其转换成5～20kHz的频率，并升压至6～10kV交变电，再经多级倍压整流，即可获得更高的电压。我们生活中的防尘纱窗就是运用了这一原理，即将静电发生器固定在窗框上，当静电发生器的输入端接低压直流电，输出端的一根线接地，另一根线接到金属网上，然后再把金属网覆盖到玻璃纤维纱窗上，使玻璃纤维纱窗带上静电，以此空气中的灰尘再通过纱窗时就会被静电吸附，然后我们就可定期清理窗纱上的灰尘。

2.2防尘纱窗电容器应用分析

通过以上所述，可得知使纱窗具有一定防尘效果的是高压吸尘纱窗，其由两扇窗纱构成，每一扇窗纱用一根导线编织而成，其中一扇窗纱的导线一端会经高压控制系统内的限流电阻与高压控制系统正极相连接，另一端会用耐高压的绝缘胶密封，使其不与空气相通，同时窗纱的另一端导线应与高压控制系统负极相连接，两扇窗纱并排竖放，以此可构成一个电容器。

3避雷针与尖端放电应用分析

3.1尖端放电原理

尖端放电中静电荷一般会分布在导体的外表面上，且是非均匀的，而在导体的尖端是电荷密集的区域，其尖端附近的电场较强，空气中的“﹢”电荷和“-”电荷受到方向相反的电场力，会造成空气的电离，使得空气中存在自由移动的电荷，即产生正负电子，而这就会使得空气能够导电，造成尖端放电。

3.2避雷针应用分析

由于尖端放电容易损失电能，因此高压设备或导线的金属元件一般设计要求为表面需要圆滑，以用来避免尖端放电现象的产生。在我们日常生活中，避雷针的使用就是借助了此原理。为了避免在雷雨天气时雷击现象的产生，人们设计出一种针状的金属物，将之装在房屋的顶端，并和地下的金属板相联接，而当带电的云层与针状金属物相接近时，地下的异种电荷集中到针状金属物的顶端与云层中的电荷相中和，以此达到避雷的目的。

4总结

总之，对于自然及各种物理现象，如果我们能准确把握它们的规律并合理运用，不仅会对我们的物理学习提供很大帮助，也可为我们的生活带来极大的便利。但需注意的是，在生活中探讨与学习电学时应趋利避害，以避免灾难发生。

参考文献：

[1]申博珺.浅谈电学在生活中的应用[J].科技创新与应用，2016（03）

[2]王嘉智.高中电学在电路发展中的应用分析[J].科技展望，2017（01）

作者简介：

尹卓然（1999-），男，学生，就读于长沙市一中。