Загальна інформація
Застосування
Зазвичай автомобільний акумулятор дає постійну напругу . Однак для запалювання в двигуні потрібна напруга . Це реалізують за допомогою явища самоіндукції. При цьому автомобільний акумулятор через вимикач з'єднаний із первинною котушкою котушки запалювання. Навпроти неї міститься друге електричне коло з вторинної котушки, приєднане до свічки запалювання.
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
Одразу після замикання електричного кола струм починає текти і створює в котушках змінне магнітне поле, яке значно підсилює осердя. Зміна напруженості магнітного поля від нуля до найбільшого значення спричиняє напругу індукції, яка за законом Ленца протидіє своїй причині - наростанню магнітного поля - і тому затримує зростання струму в котушці доти, доки не буде досягнуто його найбільшого значення.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Учні мають зрозуміти явище самоіндукції котушки під час вмикання.
Завдання
За допомогою паралельного з'єднання омічного опору і котушки з великою індуктивністю треба продемонструвати, що ця котушка затримує зростання струму під час вмикання.
Інша інформація (3/3)
Котушки водночас працюють і як польові, і як індукційні котушки. Напругу, що виникає внаслідок зміни струму в котушці й спричиненої нею зміни магнітного поля в котушці, називають напругою самоіндукції. За законом Ленца вона протидіє своїй причині, і для неї справджується:
.
називають коефіцієнтом самоіндукції, або індуктивністю, і вимірюють у генрі (Гн). Котушки, застосовані в досліді, без осердя мають індуктивність та а із замкненим осердям - індуктивність порядку та .
Оскільки різниця в часі між спалахуванням обох ламп розжарювання і не дуже велика, учнів варто попросити спостерігати за обома лампами одночасно. Кількаразове повторення допоможе точніше сприйняти цей ефект. Ефект стає виразнішим, якщо замість опору взяти опір . Але тоді обидві лампи розжарювання світяться вже не однаково яскраво.
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 | 1 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 6 |
| 4 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль DB | 09401-03 | 2 |
| 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 1 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль DB | 09402-01 | 1 |
| 7 | Патрон для лампи розжарювання E10, модуль DB | 09404-00 | 2 |
| 8 | Опір 50 Ом, модуль DB | 09412-50 | 1 |
| 9 | Котушка 400 витків, модуль DB | 09472-01 | 1 |
| 10 | Котушка 1600 витків, модуль DB | 09472-02 | 1 |
| 11 | U-подібний сердечник | 07832-00 | 1 |
| 12 | Ярмо | 07833-00 | 1 |
| 13 | Затискний штифт | 07834-00 | 1 |
| 14 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 1 |
| 15 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 1 |
| 16 | PHYWE Блок живлення, універсальний, аналоговий дисплей DC: 18 В, 5 А / AC: 15 В, 5 А | 13503-93 | 1 |
| 17 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 18 | Лампи розжарювання 4 В/ 0,04 A, E10, 10 шт. | 06154-03 | 1 |
| 19 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Склади дослід відповідно до рисунка.
- Щільно притисни U-подібний осердя і ярмо одне до одного за допомогою затискного штифта.
- Спочатку вимикач розімкнений.
Виконання
За розімкненого вимикача увімкни блок живлення і встанови напругу .
Замикай і розмикай вимикач, спостерігаючи водночас за спалахуванням і згасанням обох ламп розжарювання і .
Кілька разів замкни й розімкни вимикач із короткою паузою щоразу і так підтверди спостереження (1).
Відпусти затискний штифт і вийми осердя із котушок.
Знову кілька разів замкни й розімкни вимикач і спостерігай при цьому за і (2).
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Коли електричне коло замикають, лампа розжарювання спалахує трохи пізніше, ніж лампа розжарювання . Коли коло розмикають, і згасають одночасно.
Після виймання осердя обидві лампи розжарювання спалахують під час замикання кола одночасно і так само одночасно згасають.
Опрацювання результатів
Одразу після замикання електричного кола струм починає текти і створює в котушках змінне магнітне поле, яке значно підсилює осердя. Зміна напруженості магнітного поля від нуля до найбільшого значення спричиняє напругу індукції, яка за законом Ленца протидіє своїй причині - наростанню магнітного поля - і тому затримує зростання струму в котушці доти, доки не буде досягнуто його найбільшого значення. Тому лампа розжарювання у вітці кола з котушкою спалахує пізніше, ніж .
Якщо котушка не має осердя, то магнітне поле, яке виникає, а отже і його зміна, значно менші, а разом з тим менша й напруга самоіндукції. Тому обидві лампи розжарювання спалахують без помітної затримки.
Те, що обидві лампи розжарювання згасають одночасно, коли коло розривають, пояснюється тим, що тоді вони з'єднані послідовно. Індукційний струм, який виникає під час вимикання через спад магнітного поля, отже, має текти через обидві лампи розжарювання.