Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Струмопровідні котушки мають магнітне поле, яке спочатку створюється після замикання електричного кола постійного струму, а потім зменшується після розмикання кола. Це призводить до виникнення напруги самоіндукції.
Згідно із законом Ленца, напруга самоіндукції завжди протидіє своїй причині. Це означає: ,
де - самоіндукція з одиницею вимірювання - Генрі .
Цей принцип використовується, наприклад, як демпфер в електровимірювальній техніці. Іншими прикладами застосування явища індукції є, наприклад, зарядні станції або індукційні плити.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні вміти збирати і досліджувати просте електричне коло. Вони повинні знати, що напруга індукується в котушці доти, доки магнітне поле, що охоплює котушку, змінюється. Учні повинні бути знайомі з електромагнітами, а отже, знати, що котушка зі струмом має магнітне поле і, знати від чого залежить напруженість магнітного поля.
Принцип
Самоіндукція - це властивість електричних кіл або їх компонентів, особливо котушок. Самоіндукція електричного кола пов'язує швидкість зміни електричного струму з електричною напругою в часі. Як вмикання, так і вимикання електричного кола протидіють цій зміні і, таким чином, спричиняють затримку в зміні електричного струму.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
За допомогою цього експерименту учні повинні зрозуміти, що при вмиканні створюється напруга самоіндукції, яка протидіє збільшенню струму.
Завдання
Спочатку експеримент проводиться з двома котушками, з'єднаними залізним осердям. При повторному вмиканні та вимиканні можна помітити, що лампочка на одній котушці загоряється пізніше, тоді як на іншій починає світитися одразу.
У другій частині експерименту видаляється залізне осердя, і виявляється, що ефект, який спостерігався раніше, при вмиканні більше не виникає.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Оскільки індуктивність відносно низька, учням доведеться запускати процес увімкнення кілька разів, щоб натренувати око на подальше загоряння лампочки . Учні можуть краще освідомити це, якщо проводити експеримент з низькою робочою напругою.
Наявні котушки мають індуктивність 50 мГн і 3 мГн без залізного осердя.
Із закритим осердям котушка з 400 витками має індуктивність порядку близько 100 мГн, а котушка з 1600 витками - близько 700 мГн.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Індукційна плита
На основі явища електромагнітної індукції зародились і розвиваються такі області техніки як електротехніка і радіотехніка. Тому ми часто стикаємося з цим явищем у повсякденному житті, навіть не підозрюючи про це.
Найочевиднішим прикладом застосування індукції є індукційна плита. Тут вихрові струми використовуються для нагрівання дна каструлі на плиті. Інший приклад, де індукція відіграє важливу роль, це бездротова зарядка. У ній електричне поле індукується змінним у часі магнітним полем, яке, в свою чергу, генерує електричний струм.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся про самоіндукцію котушки і про те, як вона впливає на електричне коло.
Завдання
Що відбувається в котушці при замиканні кола постійного струму?
Дослідіть вплив котушки, вбудованої в одне з розгалуджень, на паралельне з'єднання двох ламп розжарювання.
Експериментальна установка
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 2 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль SB | 05601-03 | 2 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 5 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 6 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 2 |
| 7 | Опір 50 Ом, модуль SB | 05612-50 | 1 |
| 8 | Котушка, 400 витків | 07829-01 | 1 |
| 9 | Котушка, 1600 витків | 07830-01 | 1 |
| 10 | U-подібне осердя | 07832-00 | 1 |
| 11 | Ярмо | 07833-00 | 1 |
| 12 | Затискний штифт | 07834-00 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 |
| 14 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 15 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 16 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 17 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
| 18 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка
Помістіть котушки на подібне осердя. Міцно притисніть подібне осердя і ярмо один до одного за допомогою затискного гвинта. Налаштуйте експериментальну установку відповідно до рисунків. Спочатку вимикач розімкнений.
Виконання роботи
Експериментальна установка (конструкція без залізного осердя)
- Увімкніть блок живлення та встановіть напругу постійного струму на 6 В.
Кілька разів замикайте та розмикайте вимикач. - Одночасно спостерігайте за лампочками і .
- Ослабте затискний гвинт і розмістіть котушки поруч одна з одною, як показано на рисунку без залізного осердя.
- Кілька разів замикайте і розмикайте вимикач.
- Знову одночасно спостерігайте за лампочками і .
- Нарешті, вимкніть блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Як можна пояснити поведінку котушки під час увімкнення? Після замикання електричного кола електричний струм починає протікати і створює в котушках змінне (зростаюче) ____. Це викликає ____ в котушках, яка ____ прикладеній робочій напрузі і затримує ____ електричного струму до досягнення його максимального значення.
Завдання 4
Вставте слова в тексті в потрібне місце! Коли електричне коло розмикається, обидві лампочки вимикаються ____. Це пов'язано з тим, що і ____ на лампочці на ділянці розгалуження з котушкою дуже швидко падає до рівня, при якому лампочка більше не світиться. Після видалення залізного осердя це явище під час увімкнення більше не спостерігається. Це відбувається тому, що залізне осердя надзвичайно ____ ____ котушок. Якщо його видалити, ____ буде недостатньо сильною, щоб викликати помітну різницю в часі загоряння лампочок.