Загальна інформація
Застосування
Магнітна дія провідника зі струмом є визначальною, наприклад, для електромагнітів, електродвигунів чи генераторів. У побуті нам трапляється багато речей, які використовують цю дію, як-от електричний дзвінок.
Електричний дзвінок
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Потрібні базові знання про прості електричні кола та про магнетизм (сили між магнітами, магнітні полюси, магнітні поля тощо).
Принцип
Електричний дзвінок із молоточком Вагнера працює так: коли коло замкнене, якір притягується котушкою і билень ударяє по чашці дзвінка. При цьому коло розривається. Котушка більше не діє як магніт і відпускає якір, який може повернутися у вихідне положення й знову замкнути коло. Процес повторюється доти, доки коло не буде розірване вимикачем.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні мають зрозуміти принцип роботи електричного дзвінка й пов'язати його з магнітною дією провідника зі струмом.
Завдання
Продемонструй будову та принцип дії електричного дзвінка з молоточком Вагнера.
Інша інформація (3/3)
Хоча тривале навантаження використаної котушки може становити щонайбільше , запропонована напруга не є критичною, бо струм раз по раз переривається. Попри це дзвінок не варто вмикати довше, ніж потрібно, щоб місце дотику контактного гвинта до пластинчастої пружини (пружини-контакту із запізненням на якорі) не надто окалинилося. Остання частина досліду не є обов'язковою для розуміння роботи електричного дзвінка. Її запропоновано тому, що на практиці переважають дзвінки, які живляться змінним струмом.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія (1/2)
Електричний дзвінок створює періодичний звуковий сигнал, щойно замкнути коло постійного струму. Дзвінок складається із залізної котушки, якоря з биленем і контактною пружиною, регулювального гвинта та дзвона. Домашні дзвінки живляться постійним струмом низької напруги. Коли натиснути кнопку дзвінка, коло котушки замикається. Магнітне поле котушок притягує якір до осердя котушки. Цей процес спричиняє два рухи: билень ударяє по дзвону і створює сигнальний звук, водночас контактна пружина відходить від регулювального гвинта й тим самим розриває коло. Поле котушки зникає, і контактна пружина разом із биленем повертаються у вихідне положення. Тим самим коло знову замкнене. Описаний перебіг може початися знову. За допомогою різьби на регулювальному гвинті можна відрегулювати його положення відносно контактної пружини і так забезпечити оптимальний контакт між обома деталями.
Теорія (2/2)
Принцип роботи дзвінка полягає в тому, що постійний струм «розсікається». Без дзвона дзвінок був би просто періодичним переривником струму. Самодіяльний переривник струму називають також молоточком Вагнера. Молоточок Вагнера винайшов 1837 року Й. Вагнер (1799-1879). Крім дзвінка, він застосовується і в різних інших вузлах, зокрема його частково використовують для перетворення постійного струму на змінний.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 6 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 1 |
| 5 | З'єднувальний, з роз'ємом, модуль DB | 09401-10 | 2 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль DB | 09402-01 | 1 |
| 7 | Котушка 400 витків, модуль DB | 09472-01 | 1 |
| 8 | Універсальний тримач, модуль DB | 09403-00 | 1 |
| 9 | Ярмо | 07833-00 | 1 |
| 10 | Контактна пружина з якорем, модуль DB | 09473-00 | 1 |
| 11 | Контактний елемент, модуль DB | 09473-01 | 1 |
| 12 | Чашка дзвінка, модуль SB | 05673-02 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 1 |
| 14 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 1 |
| 15 | PHYWE Блок живлення, універсальний, аналоговий дисплей DC: 18 В, 5 А / AC: 15 В, 5 А | 13503-93 | 1 |
| 16 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Збери установку за рисунком ліворуч.
- Затисни якір в універсальному тримачі й насади контактний елемент і чашку дзвінка кожен на свій з'єднувальний модуль із роз'ємом.
- Відрегулюй накатний гвинт на контактному елементі так, щоб був добрий контакт із пластинчастою пружиною.
- Посувай ярмо в котушці доти, доки його відстань до якоря становитиме близько .
Виконання
- За розімкненого вимикача встанови постійну напругу близько .
- Кілька разів замкни й розімкни вимикач. За потреби підрегулюй відстань ярма від контактної пружини.
- Запиши своє спостереження (1).
- За розімкненого вимикача подай змінну напругу від до . Знову кілька разів замкни й розімкни вимикач.
- Запиши своє спостереження (2).
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
(1) Поки вимикач замкнений, якір рухається туди-сюди, і билень щоразу вдаряє по чашці дзвінка.
(2) Електричний дзвінок працює й на змінному струмі.
Опрацювання результатів
Коли коло замкнене, якір притягується котушкою і билень ударяє по чашці дзвінка. При цьому коло розривається. Котушка більше не діє як магніт і відпускає якір, який може повернутися у вихідне положення й знову замкнути коло. Процес повторюється доти, доки коло не буде розірване вимикачем.
Пристрій, який самочинно розмикає й замикає коло, називається молоточком Вагнера. При використанні змінного струму полюси електромагніту міняються місцями відповідно до частоти змінного струму. Проте напрямок струму не має значення для роботи електричного дзвінка.