Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Змінну напругу як вхідний сигнал можна модулювати випрямлячем, а коливання напруги, що при цьому виникають, можна згладити, так що дістають сталу постійну напругу.
Як приклад застосування тут доречно, з огляду на використаний смартфон чи планшет, розглянути роботу мережевого блока живлення для заряджання акумулятора.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з основами постійної і змінної напруги, а також із принципом густини магнітного потоку.
Принцип
У (змінному) полі магніта, що періодично рухається, в котушці індукується змінна напруга. Властивість діода пропускати електричний струм лише в одному напрямку використовують для випрямлення індукованої змінної напруги. Конденсатор, увімкнений паралельно до споживача (опору), приводить до згладжування випрямленої змінної напруги.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Зрозуміти принцип перетворення енергії руху на електричну енергію генератором змінної напруги, а також роботу діода як випрямляча і конденсатора для згладжування сигналу.
Завдання
- Створення змінної напруги генератором.
- Спостереження за зміною сигналу під час випрямлення і згладжування різними електричними деталями.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Смартфон, що заряджається
Як працює зарядний пристрій для смартфона чи планшета?
Коли ти хочеш зарядити акумулятор свого смартфона чи планшета, ти не можеш під'єднати свій мобільний пристрій до розетки просто кабелем. Тобі потрібен зарядний пристрій із порівняно великою головкою вилки.
У цьому досліді ти дізнаєшся, що відбувається в зарядному пристрої.
Щоб це зрозуміти, ти дізнаєшся, як можна створити змінну напругу і як на неї впливають різні електричні деталі.
Завдання
- Виміряй спочатку напругу на опорі навантаження, яка виникає при обертанні магніта над котушками, не використовуючи інших деталей.
- Виміряй напругу з використанням діода й опору навантаження.
- Виміряй напругу при додатковому використанні різних конденсаторів паралельно до опору навантаження.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense Voltage - Датчик для вимірювання електричної напруги ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-01 | 1 |
| 2 | Котушка, 400 витків | 07829-01 | 2 |
| 3 | U-подібний сердечник | 07832-00 | 1 |
| 4 | Шток, що обертається | 07836-00 | 1 |
| 5 | Опорна пластина для учнів - залізне осердя | 07837-00 | 1 |
| 6 | Магніт, стрижневий, l=72 мм | 07823-00 | 1 |
| 7 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль SB | 05601-03 | 4 |
| 8 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 1 |
| 9 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 4 |
| 10 | Опір 1 кОм, модуль SB | 05614-10 | 1 |
| 11 | Кремнієвий діод 1N4007, модуль SB | 05651-00 | 1 |
| 12 | Конденсатор (ELKO) 47 мкФ, модуль SB | 05645-47 | 1 |
| 13 | Конденсатор (ELKO) 100 мкФ, модуль SB | 05646-10 | 1 |
| 14 | Конденсатор (ELKO) 470 мкФ, модуль SB | 05646-47 | 1 |
| 15 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 16 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 17 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 18 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 19 | З'єднувальний провідник, 100 мм, жовтий | 07359-02 | 1 |
Складання (1/4)
Для вимірювання струму й напруги потрібні Cobra SMARTsense і measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити в App Store - QR-коди див. нижче. Перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (планшет, смартфон) Bluetooth.
measureAPP для операційних систем Android
measureAPP для операційних систем iOS
measureAPP для планшетів / ПК з Windows 10
Складання (2/4)
Закріпи спочатку стрижневий магніт між накатною гайкою і гайкою на штоку, що обертається.
Потім насунь обидві котушки на U-подібний залізний осердя і встанови опорну пластину.
Складання (3/4)
Просунь шток разом із магнітом між обома котушками крізь опорну пластину. Відрегулюй висоту магніта так, щоб він міг обертатися приблизно на 1 см над кінцями U-подібного осердя.
З'єднай нижні роз'єми обох котушок жовтим кабелем.
Складання (4/4)
Схема досліду
Тепер стикуй модулі за рисунком ліворуч.
З'єднай верхній роз'єм першої котушки з приєднувальним модулем унизу праворуч червоним кабелем, а верхній роз'єм другої котушки - з приєднувальним модулем унизу ліворуч синім кабелем.
Приєднай приєднувальний модуль угорі ліворуч синім кабелем до синього роз'єму "voltage −", а приєднувальний модуль угорі праворуч червоним кабелем до червоного роз'єму "voltage +" блока датчиків Sensor-Unit Electricity.
Виконання (1/4)
- Увімкни свій Cobra SMARTsense-Voltage, утримуючи кнопку на датчику 3 секунди.
- Відкрий measure App на своєму планшеті чи смартфоні.
- Вибери датчик "SMARTsense-Voltage" і встанови "Повторне вимірювання".
- Після запуску вимірювання виміряна напруга відкладається на осі часу, доки ти не натиснеш «Стоп».
Датчик напруги (Voltage)
Виконання (2/4)
Схема досліду
Виміряй спочатку напругу на опорі, яка виникає при обертанні магніта над котушками (рисунок ліворуч).
Запусти для цього записування результатів вимірювання в measureAPP і розкрути магніт пальцями.
Заверши вимірювання після зупинки магніта і збережи його.
Виконання (3/4)
Тепер вбудуй діод відповідно до рисунка. Повтори вимірювання.
Після завершення вимірювання його завжди слід зберігати.
Складання з діодом
Виконання (4/4)
Приєднай по черзі по одному конденсатору (47 мкФ, 100 мкФ, 470 мкФ) паралельно до опору і щоразу повтори вимірювання.
Протокол
Завдання 1
Як змінюється сигнал напруги, коли ти вбудовуєш діод і конденсатори? Без діода і без конденсатора вимірюється сигнал напруги, який залежно від ____ змінює знак. Якщо швидкість обертання зменшується, то й виміряна напруга спадає. Якщо ввести діод, то пропускається ____ початкового сигналу. Зміни знака напруги не відбувається, отже, струм тече лише ____ (тому й говорять про випрямлення). Внаслідок введення конденсатора в схему сигнал ____.
Завдання 2
Питання
Схема досліду
Завдання 3
Заповни пропущені слова Конденсатор і опір потрібно ввімкнути ____. Якщо при цьому замінити конденсатор на конденсатор із більшою ємністю, то сигнал згладжуватиметься ____.
