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 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 вимиканні створюється напруга самоіндукції, яка протидіє зменшенню електричного струму. Вони також повинні усвідомити, що ця електрорушійна сила іноді буває дуже великою.
Завдання
Перша частина експерименту з вимірювання сили струму самоіндукції може набути характеру перевірочного експерименту, якщо учні зможуть передбачити його результат, спираючись на свої знання закону індукції та закону Ленца.
Друга частина експерименту також має на меті показати, що напруга самоіндукції може досягти значень, які багаторазово перевищують початкову напругу.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Під час першої частини експерименту необхідно звернути увагу учнів на те, щоб перемикання в положенні 2 відбувалося не надто повільно. Повільне перемикання може призвести до того, що магнітне поле через іскру, що відкривається, вже майже зникне до того, як через амперметр потече струм самоіндукції. Для економії часу рекомендується перед першою частиною експерименту відрегулювати стрілки амперметрів, а потім встановити їх на нуль. Учні можуть зробити це в позаурочний час.
Перед початком другої частини експерименту слід повідомити про напругу запалювання та робочу напругу наявної лампи розжарювання і, за необхідності, продемонструвати напругу запалювання в ході попередньої частини експерименту. Для цього збирають послідовне електричне коло, що складається з лампи розжарювання і резистора 100 кОм, і подають на нього постійну напругу, яку, починаючи з 0 В, повільно підвищують до тих пір, поки лампа розжарювання не засвітиться. Для живлення лампи можна використовувати, наприклад, блок живлення 0 ... 600В (номер замовлення 13672-93). За певних обставин висока напруга самоіндукції під час вимкнення може пошкодити технічні перемикачі та електронні компоненти. Цьому необхідно запобігти відповідними заходами, наприклад, паралельним підключенням конденсаторів.
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, коли її вимкнено?
Дослідіть напрямок напруги самоіндукції, яка виникає в котушці при розмиканні кола постійного струму.
Експериментальна установка
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 1 |
| 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 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 7 | Перемикач, модуль SB | 05602-02 | 1 |
| 8 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 1 |
| 9 | Котушка, 1600 витків | 07830-01 | 1 |
| 10 | U-подібне осердя | 07832-00 | 1 |
| 11 | Ярмо | 07833-00 | 1 |
| 12 | Затискний гвинт | 07834-00 | 1 |
| 13 | Неонова лампа, 110 В пер. струм, E10 | 07506-90 | 1 |
| 14 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 15 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 16 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 17 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 18 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 19 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 1 |
Підготовка
- Зберіть експериментальну установку відповідно до рисунків.
- Помістіть котушки на подібне осердя. Міцно притисніть подібне осердя і ярмо один до одного за допомогою затискного гвинта.
- Спочатку перемикач повинен знаходитися в положенні 1.
- Виберіть діапазон вимірювання сили струму - 30 мА і перемістіть стрілку амперметра з нульового положення, повернувши регулювальний гвинт при обнуленні амперметра вправо.
Увага! Оскільки напрямок струму самоіндукції ще не відомий до початку експерименту, необхідно забезпечити можливість відхилення стрілки вліво без пошкодження вимірювального приладу! Як варіант, використовуйте вимірювальний прилад з нульовою точкою в центрі шкали.
Виконання роботи (1/2)
- Увімкніть блок живлення і встановіть напругу постійного струму на 10 В.
- Встановіть перемикач у положення 2 і, таким чином, розімкніть ліве електричне коло і замкніть праве коло. Спостерігайте за відхиленням амперметра. Перемикання з положення 1 в положення 2 повинно бути якомога швидшим.
- Повторно натисніть на перемикач і запишіть спостереження на амперметрі в протокол.
- Вимкніть блок живлення.
Положення перемикача
Виконання роботи (2/2)
- Змініть експериментальну установку як показано на рисунках.
- Увімкніть джерело живлення і знову встановіть напругу постійного струму на рівні 10 В. Замкніть вимикач.
- Розімкніть вимикач і поспостерігайте за лампою розжарювання.
- Повторно замикайте і розмикайте вимикач, спостерігайте за лампою розжарювання і запишіть спостереження в протокол.
- Вимкніть блок живлення.
Протокол
Спостереження
Опишіть Ваші спостереження щодо виконання роботи (1/2).
Опишіть ваші спостереження щодо івиконання роботи (2/2).
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Завдання на схемі: розташуйте зображення вище по місцях. Місця на схемі: Верх поля; Поле нижче; Поле зліва; Поле праворуч.
Подумайте, в якому напрямку протікає струм самоіндукції під час вимкнення. Намалюйте стрілки для індукційного струму у відповідних полях!
Напрямок початкового струму котушки.
Напрямок струму самоіндукції.
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Вставте слова в тексті! Напруга самоіндукції під час процесу вмикання ____ прикладеній напрузі. Напруга під час вимкнення має ____ ефект згідно з правилом Ленца. Це призводить до дуже ____ і тому необхідно враховувати цей факт для електричних кіл з чутливими компонентами.