Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Біметалічна пластина, що складається з двох сполучених по всій площині смужок листового металу з різними коефіцієнтами теплового розширення, під час нагрівання вигинається в бік того металу, який має менший коефіцієнт теплового розширення.
Завдяки цьому біметалічна пластина придатна для того, щоб розмикати електричні кола (наприклад, в автоматичних запобіжниках або як тепловий захисний вимикач в електричних прасках чи в пристроях живлення) або замикати їх (наприклад, у системах сигналізації), коли температура довкілля перевищує допустиме найбільше значення.
Сьогодні в багатьох приладах та установках її функції виконують залежні від температури напівпровідникові датчики.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають уміти скласти просте електричне коло і зрозуміти, як воно працює.
Принцип
Біметалічна пластина - це металева смужка з двох прилеглих один до одного металів із різними коефіцієнтами теплового розширення. Якщо біметал нагріти, він вигинається вбік. Завдяки цьому біметали можна застосовувати і як вимикачі.
Програмований актуатор можна використати для того, щоб показувати, коли біметалічний вимикач замикає чи розмикає електричне коло.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
За допомогою досліду учні мають зрозуміти принцип дії та призначення біметалічного вимикача. Крім того, вони вчаться програмувати актуатор простими зв'язками "Якщо.. то...".
Завдання
Дослід 1: Біметалічну пластину закріплюють так, щоб вона злегка торкалася другого затискача. Під час нагрівання вона вигинається і розриває контакт.
Дослід 2: Пластину розміщують на відстані від другого затискача. Під час нагрівання вона вигинається і створює контакт.
В обох випадках запрограмований актуатор символічно показує, тече струм чи ні.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Примітки
Складання досліду нескладне. Наявний біметалічний вимикач реагує настільки чутливо, що для обох частин досліду достатньо незначного нагрівання. Тому вказівка нагрівати обережно важлива ще й тому, щоб при багаторазовому виконанні не витрачалося забагато навчального часу, доки біметалічна пластина щоразу знову випрямиться.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Біметалічну пластину застосовують, зокрема, в електричних прасках для встановлення потрібної температури та для захисту від перегрівання. За схожим принципом біметалічні пластини вбудовують у пожежні сповіщувачі. Вони спрацьовують, коли температура довкілля перевищує допустиме найбільше значення.
У цьому досліді ти дізнаєшся, як біметалічна пластина виконує ці функції.
Завдання
- Увімкни біметалічний вимикач в електричне коло з датчика струму та опору так, щоб він міг розмикати або замикати це коло.
- Запрограмуй Code так, щоб з'являвся сумний смайлик, щойно біметалічний вимикач вигнеться через нагрівання.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense Code - пристрій виводу для керування реле, світлодіодами, дисплеєм | 12953-00 | 1 |
| 2 | Cobra SMARTsense Current - Датчик для вимірювання електричного струму ± 1 А (Bluetooth + USB) | 12902-01 | 1 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 4 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 5 | Опір 50 Ом, модуль DB | 09412-50 | 1 |
| 6 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 4 |
| 7 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 8 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 9 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 10 | Тримач для батарейок (тип С), модуль SB | 05605-00 | 1 |
| 11 | Біметалічна пластина | 05913-00 | 1 |
| 12 | Затискач типу "Крокодил", без ізоляції, 10 шт. | 07274-03 | 1 |
| 13 | З'єднувальний штепсель, 2 шт. | 07278-05 | 1 |
| 14 | Батарейка 1.5 В (тип C) R14 (IEC-тип) (2 шт.) | 07400-00 | 1 |
| 15 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Джерело тепла (напр., сірники) | 1 |
Складання (1/5)
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 на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) ввімкнено Bluetooth.
Android
iOS
Windows
Складання (2/5)
- Склади зображене електричне коло і насади затискачі типу "Крокодил" за допомогою з'єднувальних штепселів на обидва приєднувальні модулі.
Схема без додаткових під'єднань
Складання (3/5)
- Встав біметалічну пластину серединою у правий затискач типу "Крокодил" так, щоб візерунчастий бік був повернутий до тебе, як видно на рисунку. При цьому біметалічна пластина має торкатися лівого затискача типу "Крокодил" ззаду, тобто її не можна затискати. Як саме це має виглядати, ти побачиш, якщо натиснеш на синю кнопку ліворуч.
- Ти можеш також трохи повернути правий затискач типу "Крокодил", якщо завдяки цьому біметалічна пластина сильніше торкатиметься лівого затискача.
Встановлення біметала
Складання (4/5)
Схема досліду
- З'єднай датчик Cobra SMARTsense Current з установкою, як показано на рисунку.
Складання (5/5)
- Встав батарейку у тримач для батарейок. Простеж, щоб звичайний вимикач був вимкнений, так щоб струм не міг текти.
Встановлення батарейки
Виконання (1/7)
Відображення виміряних значень числами
- Увімкни Cobra SMARTSense Current і Cobra SMARTSense Code, утримуючи кнопку ввімк./вимк. натиснутою протягом трьох секунд.
- Запусти measureAPP і з'єднайся з обома приладами. Перемкнися на цифрове відображення показів. Ліворуч ти бачиш знімок екрана застосунку в той час, коли звичайний вимикач вимкнений.
- Сила струму може дещо змінюватися й без прикладеного струму через шуми. Запиши найбільшу виміряну силу струму в той час, коли звичайний вимикач зупиняє протікання струму.
Виконання (2/7)
Додавання тригера
- Тепер запрограмуй Cobra SMARTsense Code.
- Для цього додай тригер для SMARTsense Code, натиснувши призначену для цього кнопку з плюсом.
- Якщо ти встановлюєш тригер, це означає, що Cobra SMARTsense Code запускає певну дію, щойно виміряне значення виконає умову, яку ти задаси.
Виконання (3/7)
Додавання дії
- Тепер з'явиться вікно, у якому ти можеш вибрати дію, яку хочеш запускати. Для нашого першого тригера ми хочемо, щоб SMARTsense Code показував сумний смайлик. Тому вибери цю дію, натиснувши на "Вибрати дію".
Виконання (4/7)
Додавання вимірювального каналу
- Тепер ти маєш налаштувати, за яким вимірюванням слід стежити. Згодом це буде та вимірювана величина, яка має виконувати певну умову. У нас це сила струму. Тому вибери відповідний вимірювальний канал.
Виконання (5/7)
Додавання порогового значення
- Є дві можливості, за якої умови запускається дія: або вона запускається, щойно порогове значення перевищено, або коли значення падає нижче за нього. Який із двох випадків діє для цього тригера, ти вибереш на наступному кроці. Тепер спершу треба визначити, наскільки велике саме порогове значення, натиснувши на відповідне текстове поле.
- Для цього поглянь ще раз на значення, яке було виміряне тоді, коли струм не був прикладений. Додай до нього кілька і внеси це значення як порогове. Так ти забезпечиш, щоб власні шуми датчика не запускали дію.
Виконання (6/7)
Додавання порогового значення
- Тепер ти можеш вибрати, чи має дія виконуватися, коли порогове значення перевищено, чи коли значення падає нижче за нього. Для цього тригера дія має запускатися, коли сила струму піднімається вище за порогове значення.
- Потім натисни на "зберегти".
- Якщо хочеш, створи ще й інші тригери, у яких ти трохи погратимешся з властивостями.
Виконання (7/7)
- Замкни вимикач. Потімдуже обережно нагрій полум'ям сірника біметалічну пластину поблизу затиснутого кінця і дай пластині після цього охолонути.
- Спостерігай за біметалічною пластиною і за SMARTsense Code та запиши свої спостереження у протокол. За потреби нагрій біметалічну пластину ще раз, щоб знову простежити за цим процесом.
- Потім розімкни вимикач. Зміни упор біметалічної пластини на лівому затискачі (в охолодженому стані) так, щоб пластина була перед затискачем і мала від нього відстань прибл. 2 мм (візерунчастий бік пластини спереду, як у першому складанні).
- Замкни вимикач і далі дій так само, як у першій частині досліду. Знову запиши свої спостереження у протокол.
Протокол
Спостереження
Спостереження першої частини досліду
Спостереження другої частини досліду
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
Перетягни слова у правильні поля! Біметалічну пластину можна застосовувати як ____ вимикач у ____ і системах сигналізації, як-от у ____. У прасках біметалічний вимикач діє так, що від певної температури він ____ і тим самим ____ електричне коло та запобігає подальшому нагріванню праски. У пожежному сповіщувачі біметалічна пластина за високих температур ____ електричне коло і так вмикає сигнал тривоги.
Завдання 3
Перетягни слова у правильні поля! Біметалічна пластина складається з двох сполучених по всій площині ____, які під ____ неоднаково сильно ____. Залежно від того, як біметалічний вимикач вбудований в ____, він своїм ____ може ____ або замикати це коло. Не потрібно: ____