Загальна інформація
Застосування
Вітрова електростанція як приклад використання генератора
1831 року Майкл Фарадей відкрив електрогустину магнітного потоку, яка мала обернути дію електромагніту. Цей зв'язок є одним із чотирьох рівнянь Максвелла.
Технічно індуктивні ефекти використовують передусім в електричних машинах - генераторах, двигунах і трансформаторах. У цих застосуваннях завжди наявні змінні напруги.
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
За допомогою електромагніту напругу можна індукувати навіть без механічного руху.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні мають сформувати розуміння того, як виникає індукційна напруга.
Завдання
Слід продемонструвати, що за допомогою електромагніту напругу можна індукувати навіть без механічного руху.
Інша інформація (3/3)
Є дві можливості індукувати напругу: поле, охоплене індукційною котушкою, змінюють або відносним рухом магніту (постійного магніту чи електромагніту) та індукційної котушки, або зміною напруженості поля електромагніту.
Обидві можливості містить закон індукції
де - густина магнітного потоку, - дійсна площа поперечного перерізу, а - кількість витків індукційної котушки. можна змінювати зміною напруженості поля, - наприклад, обертанням індукційної котушки в (однорідному) магнітному полі. Технічно першу з названих можливостей застосовують у трансформаторі, другу - у генераторі. ADM2 дуже по-різному реагує на вмикання і вимикання струму збудження. Причина - різні швидкості зміни магнітного потоку при вмиканні й вимиканні.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
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 | 3 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 6 |
| 4 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, кутовий з гніздом, модуль DB | 09401-12 | 2 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль DB | 09402-01 | 1 |
| 7 | Котушка 400 витків, модуль DB | 09472-01 | 2 |
| 8 | U-подібний сердечник | 07832-00 | 1 |
| 9 | Ярмо | 07833-00 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 2 |
| 12 | PHYWE Блок живлення, універсальний, аналоговий дисплей DC: 18 В, 5 А / AC: 15 В, 5 А | 13503-93 | 1 |
| 13 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 1 |
| 14 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 15 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
Збери дослід відповідно до рисунка.
Оснасти котушку в колі збудження I-подібним осердям (ярмом).
Вибери діапазон вимірювання .
При розімкнутому вимикачі встанови на блоці живлення напругу і обмеження струму .
Виконання
Кілька разів замкни й розімкни коло з електромагнітом (коло збудження). Спостерігай при цьому за вимірювальним приладом (1).
При замкнутому вимикачі кілька разів зміни напругу на блоці живлення в межах , а отже й силу струму збудження електромагніту. Спостерігай при цьому за вимірювальним приладом (1).
При розімкнутому колі заміни I-подібний осердя U-подібним так, щоб він заповнював середину і котушки збудження, і індукційної котушки.
Знову кілька разів замкни й розімкни коло збудження. Потім, як і раніше, зміни силу струму збудження, змінюючи напругу, і спостерігай за вимірювальним приладом (2).
При розімкнутому вимикачі поклади I-подібний осердя на U-подібний. Дій, як раніше, і спостерігай за вимірювальним приладом (3).
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Вимірювальний прилад для індукційної напруги відхиляється праворуч або ліворуч - але лише трохи, - коли струм електромагніту вмикають або вимикають. Це справджується й тоді, коли силу струму електромагніту неперервно збільшують або зменшують, причому індукційні напруги тоді ще менші, ніж при вмиканні й вимиканні.
Якщо котушка електромагніту та індукційна котушка мають спільний залізний осердя, то досягнуті індукційні напруги більші, ніж при використанні в електромагніті лише I-подібного осердя.
Якщо спільний залізний осердя котушки поля та індукційної котушки замкнений, то досяжні індукційні напруги найбільші.
Опрацювання результатів
У цьому досліді індукційна котушка охоплює частину магнітного поля електромагніту. Тому при кожній зміні напруженості поля електромагніту виникає індукційна напруга, і вона тим більша, чим більша за інших однакових умов та частка магнітного поля, яку охоплює індукційна котушка. Ця частка найбільша при замкненому залізному осердю; тому індукційна напруга тоді досягає максимуму.
Отже, індукційну напругу можна одержати й без відносного руху котушки та магніту.
Тому загалом справджується: у котушці індукується напруга доти, доки змінюється магнітне поле, охоплене котушкою.