Інформація для вчителів
Опис
В більшості електричних приладів є електродвигуни.
Електродвигун - один з найпоширеніших способів перетворення електричної енергії в механічну: будь то електромобілі, електричні зубні щітки, пилососи і багато іншого. Сьогодні важко уявити життя без електродвигуна.
Експериментальна установка
Додаткова інформація для вчителів (1/2)
попередні знання
Учні повинні знати, що провідник зі струмом рухається в зовнішньому магнітному полі під дією сили Лоренца. В ідеалі, учні повинні мати попередні знання про електромагніти, постійні магніти та взаємодію між магнітними полями.
Принцип
Струм, що протікає через котушку, яка перебуває в магнітному полі електродвигуна, самовирівнюється. У процесі цього комутатор змінює полярність котушки, що змушує її знову обертатися і, таким чином, переходити на безперервний обертовий рух. Для того, щоб комутатор пройшов точку зміни полярності, зазвичай потрібно "запустити" двигун.
Додаткова інформація для вчителів (2/2)
Мета навчання
За допомогою моделі електродвигуна постійного струму з постійними магнітами учні мають познайомитися з будовою та принципом роботи електродвигуна.
Завдання
Учні підключають модель двигуна до постійного струму і спостерігають за його роботою.
Примітка:Цей тип двигуна не може працювати зі змінним струмом.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Примітка:Налаштування та проведення експерименту не є складним. Але слід подбати про те, щоб напруга може бути лише 6 В протягом короткого часу і не більше. Сила струму залишається в діапазоні близько 300 мА, але з міркувань безпеки рекомендований діапазон вимірювання - 3 А.
Інформація для учнів
Мотивація
В багатьох пристроях є електродвигуни.
Так, наприклад, електромобіль приводиться в рух за допомогою електродвигуна, проте електродвигуни також вбудовані в багато побутових приладів, таких як пилососи або електричні зубні щітки.
У цьому експерименті учні вивчають принцип роботи електродвигуна з постійними магнітами та дізнаються, як електрична енергія перетворюється на механічну.
Електричний автомобіль
Завдання
Як працює електродвигун?
Встановіть постійний магніт на модель електродвигуна. Ознайомтеся з будовою та принципом дії електродвигуна.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 2 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 1 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 3 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 5 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 7 | Магніт, стрижневий, l=72 мм | 07823-00 | 1 |
| 8 | Модель двигуна для навчальних експериментів | 07850-10 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
Підготовка
Зберіть експериментальну установку, як показано на рисунку нижче. Спочатку вимикач розімкнений.
Встановіть постійний магніт на модель двигуна.
Виберіть для вимірювального приладу діапазон вимірювання близько 3 А (постійний струм).
Виконання роботи (1/2)
- Увімкніть джерело живлення та встановіть його напругу на 5 В.
- Встановіть ротор (якір) моделі двигуна у вертикальне положення та замкніть вимикач.
- Розімкніть вимикач. Встановіть ротор у горизонтальне положення і знову замкніть вимикач. Спостерігайте за ротором і, за необхідності, злегка підштовхніть його рукою.
- Під час роботи двигуна змінюйте робочу напругу в діапазоні від 4 до 6 В. Контролюйте швидкість обертання двигуна. Запишіть напрямок обертання ротора.
- Розімкніть вимикач, переверніть магніт (поміняйте полюси місцями) і знову замкніть вимикач.
- Знову спостерігайте за напрямком обертання ротора і порівняйте його з попереднім напрямком.
Виконання роботи (2/2)
- Розімкніть вимикач і поміняйте місцями підключення електродвигуна.
- Замкніть вимикач, спостерігайте за напрямком обертання після зміни напрямку струму в роторі і порівняйте його з попереднім напрямком.
- Встановіть напругу 6 В і загальмуйте двигун, що працює, натисканням на диск з комутатором (диск, який натискає на контактні виводи). Зверніть увагу на відхилення стрілки амперметра.
- Встановіть на блоці живлення 0 В і вимкніть його.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Вставте слова у відповідні пропуски Двигун працює тому, що однойменні магнітні полюси ____ один від одного, а різнойменні полюси ____ один до одного. Якби полярність струму в роторі ____ не змінювалась, ротор міг би зробити максимум половину оберту.
Завдання 6
Вставте слова у відповідні пропуски Комутатор забезпечує переривання струму в котушці ротора. Це переривання відбувається безпосередньо перед тим, як два ____ магнітні полюси, які ____ один до одного, повернуться один до одного (позиції b і d на рисунку). Крім того, ____ забезпечує проходження струму через котушку в ____ напрямку незабаром після цього, а також те, що два ____ полюси тепер ____ один від одного.
Завдання 7
Питання
Завдання 8
Питання