Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Електромагнітна індукція, або індукція Фарадея, має багато застосувань і стала невід'ємною частиною нашого повсякденного життя.
Наприклад, мікрофони та гучномовці перетворюють звукові сигнали в електричні і навпаки.
Генератори, такі як велосипедні динамо-машини, водяні турбіни на греблях або вітряки, також застосовують принцип індукції для генерації електроенергії.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
попередні знання
Учні повинні знати, що провідник зі струмом оточений магнітним полем. Вони також повинні знати, що це магнітне поле може викликати механічний рух при взаємодії з іншим магнітним полем. Під час цього експерименту слід продемонструвати зворотне явище.
Принцип
Зміна магнітного поля на провіднику (тут: котушці) викликає зміну електричного поля. Закон індукції свідчить:
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні повинні дізнатися, що електрична енергія може вироблятися за допомогою механічного руху. Вони повинні усвідомити, що напруга індукується лише тоді, коли змінюється магнітне поле всередині котушки (або контуру провідника).
Завдання
Учні мають сконструювати гальванометр для вимірювання ЕРС індукції та згенерувати наведену напругу завдяки взаємодії постійного магніту з котушкою.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Зауваження
Перевага гальванометра перед іншими вимірювальними приладами полягає в тому, що його стрілка може відхилятися в обидва боки і, таким чином, дозволяє непрямо спостерігати за струмами в різних напрямках.
Цей експеримент не ставить собі за мету отримання кількісних оцінок ЕРС індукції.
Оскільки вимірювальний механізм гальванометра має також постійний магніт, необхідно переконатися, що стрижневий магніт, який буде використовуватися для експериментів, не перебуває в безпосередній близькості від гальванометра. Інакше чутливий вимірювальний механізм відреагує на магніт і викривить через індукцію виміряні значення.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Вітроелектростанція з вітровими турбінами
Якщо Ви хочете перетворити механічну енергію на електричну, то це можливо зробити, насамперед, за рахунок електромагнітної індукції.
Ви, мабуть, знайомі із застосуванням явища електромагнітної індукції, як-от велосипедна динамо-машина або вітряні турбіни на вітрових електростанціях і греблях. У всіх цих пристроях магніти зазвичай переміщуються відносно контурів провідників, індукуючи електричну напругу.
У цьому експерименті учні досліджують, як за допомогою постійного магніту може виникати ЕРС індукції.
Завдання
- Сконструюйте гальванометр для якісного вимірювання сили струму.
- Переміщуйте постійний магніт різними способами відносно котушки, підключеної до гальванометра.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий з роз'ємом, модуль SB | 05601-11 | 1 |
| 2 | Котушка, 400 витків | 07829-01 | 2 |
| 3 | Ярмо | 07833-00 | 1 |
| 4 | Магніт, стрижневий, l=72 мм | 07823-00 | 1 |
| 5 | Вимірювальний механізм гальванометра | 07875-00 | 1 |
| 6 | Шкала гальванометра | 07876-00 | 1 |
| 7 | Опора для складання гальванометра зі штекером | 07877-00 | 1 |
| 8 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
Підготовка (1/2)
Зберіть гальванометр як показано на рисунках. Зберіть установку з котушки на 400 витків, опори для збирання гальванометра зі штекером, шкали гальванометра та стрілки. Готовий гальванометр вставте на з'єднувальний модуль з роз'ємом.
Підготовка (2/2)
Зберіть експериментальну установку, як показано на рисунку. Для цього за допомогою двох з'єднувальних провідників до котушки гальванометра приєднайте ще одну котушку на 400 витків.
Розташуйте цю котушку якомога далі від гальванометра так, щоб на гальванометр впливала тільки індукована напруга, а не магнітна взаємодія постійного магніту з вимірювальним механізмом гальванометра.
Виконання роботи
Виконайте один за одним наведені нижче експерименти. Спостерігайте за відхиленням стрілки гальванометра і запишіть свої спостереження.
- Вставте магніт північним полюсом у котушку, а потім після невеликої паузи вийміть його з котушки.
- Вставте магніт південним полюсом у котушку, а потім після невеликої паузи вийміть його з котушки.
- Дуже швидко вставляйте і виймайте магніт із котушки.
- Підведіть котушку до магніту і після короткої паузи знову відведіть її від магніту.
- Залиште магніт у котушці.
- Легенько поверніть магніт навколо його поздовжньої осі, нахиливши, але не переміщаючи його.
Примітка: рухи на етапах 1, 2 і 4 мають бути максимально швидкими.
Протокол
Таблиця 1
Введіть свої спостереження щодо відхилень стрілки (ліворуч/праворуч або менше/більше) у таблицю.
Прогин покажчика: 3. швидке переміщення магніту: .
3. швидке переміщення магніту
1b. Північний полюс з котушки
2b. Південний полюс з котушки
Прогин покажчика: 1a. Північний полюс у котушку:
1a. Північний полюс у котушку
Прогин покажчика: 1б. Північний полюс із coil
Прогин покажчика: 2a. Південний полюс у котушку:
2a. Південний полюс у котушку
Прогин покажчика: 2b. Південний полюс із котушки:
Рух
відхилення стрілки
Відхилення покажчика: 5. магніт спочиває в котушці:
Прогин стрілки: 6. обертання магніту в котушці навколо поздовжньої осі: .
5. магніт залишається в котушці
4a. Котушка в бік магніту
6. магніт обертається навколо поздовжньої осі
Прогин покажчика: 4a. Котушка на магніт:
Прогин покажчика: 4b. Відволіктися від магніту:
4b. Котушка від магніту
Рух
відхилення стрілки
Завдання 1
Питання
Напруга, яку гальванометр показує в експерименті, називається індукційною напругою. Процес, унаслідок якого генерується напруга, називається електромагнітною індукцією.
Від чого залежить напрямок індукційної напруги (порівняйте результати етапів 1. і 2.)?
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Вставте слова в тексті в потрібне місце Для створення ____ не має значення, чи рухається ____ у напрямку котушки, чи рухається ____ у напрямку магніту.
Завдання 4
Завершіть наведене нижче визначення ЕРС індукції. Напруга ____ при зміні ____ поля індукційної ____.