Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Струмопровідні котушки мають магнітне поле, яке після замикання кола постійного струму спочатку створюється, а після розмикання кола має зникнути. Через це щоразу виникає напруга самоіндукції.
Згідно із законом Ленца, напруга самоіндукції завжди протидіє своїй причині. Виконується: з індуктивністю , одиниця вимірювання якої - генрі .
Цей принцип застосовують, наприклад, як демпфер в електровимірювальній техніці. Інші приклади застосування індукції - це, наприклад, зарядні станції або індукційні плити.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають уміти скласти просте електричне коло і розібратися в ньому. Вони мають знати, що в котушці індукується напруга доти, доки змінюється магнітне поле, яке охоплює котушка. Вони мають знати електромагніти й тому також знати, що котушка, якою тече струм, має магнітне поле, і від чого залежить сила цього магнітного поля.
Принцип
Самоіндукція - це властивість електричних кіл або елементів, насамперед котушок. Індуктивність кола пов'язує швидкість зміни електричного струму з електричною напругою. Як під час вмикання, так і під час вимикання зміні протидіє, і тому зміна відбувається із затримкою.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
За допомогою передбаченого досліду учні мають усвідомити, що під час вимикання виникає напруга самоіндукції, яка протидіє спаданню струму. Крім того, вони мають усвідомити, що ці напруги подеколи дуже високі.
Завдання
Перший дослід, у якому вимірюють струм самоіндукції, може набути характеру підтверджувального, якщо учні здатні передбачити його результат на основі своїх знань про закон індукції та правило Ленца.
Другий дослід має, крім того, показати, що напруга самоіндукції може набувати значень, які багаторазово перевищують початкову напругу.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Під час першого досліду вчитель за потреби має звернути увагу на те, щоб перемикання в положення 2 відбувалося не надто повільно. Повільне перемикання може призвести до того, що магнітне поле через іскру розмикання вже значною мірою зникне, перш ніж струм самоіндукції встигне потекти через амперметр.
Перед початком другого досліду вчителю слід розглянути напругу запалювання та робочу напругу наявної неонової лампи і за потреби продемонструвати напругу запалювання в попередньому досліді. Для цього збирають послідовне з'єднання неонової лампи й резистора і подають постійну напругу, яку - починаючи від - повільно підвищують до запалювання неонової лампи. Як джерело струму можна використати, наприклад, блок живлення (арт. № 13672-93). Високі напруги самоіндукції під час вимикання за певних обставин можуть пошкодити технічні комутаційні системи та електронні елементи. Цьому треба запобігти належними заходами, наприклад паралельним під'єднанням конденсаторів.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Індукційна плита
Індукція - це принцип, який різнобічно застосовують в електричних приладах. Тому в побуті ми часто стикаємося з цим явищем, навіть не усвідомлюючи цього.
Найочевидніший приклад, де відбувається індукція, - це індукційна плита. Тут за допомогою вихрових струмів нагрівається дно каструлі, що стоїть на плиті. Ще один приклад, у якому індукція відіграє роль, - це бездротова зарядка. При цьому змінне в часі магнітне поле індукує електричне поле, яке, своєю чергою, створює струм.
У цьому досліді ти дізнаєшся, що таке самоіндукція котушки і як вона впливає на електричне коло.
Завдання
Яку дію має котушка під час вимикання?
Дослідіть, який напрямок має напруга самоіндукції, що виникає в котушці під час розмикання кола постійного струму.
Схема досліду
Обладнання
Складання (1/2)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/2)
- Зберіть експериментальну установку відповідно до рисунків.
- Насадіть котушку на U-подібний осердя.
- Міцно притисніть U-подібний осердя і ярмо один до одного затискним штифтом.
- Перемикач спочатку має бути в положенні 1.
Виконання (1/3)
- Увімкніть датчик SMARTsense тривалим натисканням кнопки живлення й переконайтеся, що планшет може з'єднуватися з Bluetooth-пристроями.
- Відкрийте застосунок PHYWE measure App, під'єднайте датчик у розділі «Measure» > «Sensor», а тоді виберіть датчик «Current» (угорі ліворуч).
- Після кожного з наступних вимірювань вимірювання можна зберегти. Для подальшого аналізу вимірювання будь-коли можна знову відкрити в розділі «Мої вимірювання».
Виконання (2/3)
- Увімкніть блок живлення і встановіть постійну напругу 10 В.
- Запустіть вимірювання в measureAPP. Переведіть перемикач у положення 2 і тим самим розімкніть ліве коло та замкніть праве. Спостерігайте за перебігом струму. Перемикання з положення 1 в положення 2 має бути якомога швидшим.
- Повторно натискайте перемикач і записуйте спостереження на амперметрі в протокол.
- Вимкніть блок живлення.
Положення перемикача
Виконання (3/3)
- Змініть експериментальну установку як показано на рисунках.
- Увімкніть блок живлення і знову встановіть напругу постійного струму на рівні 10 В. Замкніть вимикач.
- Розімкніть вимикач і поспостерігайте за неоновою лампою.
- Повторно замикайте і розмикайте вимикач, спостерігайте за неоновою лампою і запишіть спостереження в протокол.
- Вимкніть блок живлення.
Протокол
Спостереження
Опиши свої спостереження щодо виконання (1/2).
Опиши свої спостереження щодо виконання (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.
Поміркуй, у якому напрямку тече струм самоіндукції під час вимикання. Перетягни стрілки для індукційного струму у правильні поля!
Напрямок початкового струму котушки.
Напрямок струму самоіндукції.
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Перетягни слова у правильні поля! Напруга самоіндукції під час вмикання діє ____ прикладеної напруги. Напруга під час вимикання, згідно з правилом Ленца, діє ____. При цьому виникає дуже ____. Це треба враховувати в схемах із чутливими елементами.