Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Котушки вбудовані в багато електронних пристроїв. Вони використовуються, наприклад, у трансформаторах, електродвигунах або гучномовцях.
Котушки генерують магнітне поле лише тоді, коли вони підключені до джерела живлення. Напруженість магнітного поля залежить від відстані до центру котушки. Всередині котушки напруженість магнітного поля майже постійна, тоді як зовні вона швидко слабшає.
Додаткова інформація для викладачів (1/3)
попередні знання
Студенти мають бути знайомі з поняттям густини магнітного потоку і знати, що струм, який протікає через котушку, генерує магнітне поле.
Принцип
Магнітна індукція (густина магнітного потоку) майже постійна всередині довгої тонкої котушки і швидко падає за її межами. Для циліндричної котушки з радіусом і довжиною магнітна індукція всередині котушки вздовж осі дорівнює:
де - магнітна проникність, - сила струму і кількість витків, - центр котушки, а - кінці котушок.
Додаткова інформація для викладачів (2/3)
Мета навчання
У цьому експерименті густина магнітного потоку досліджується в залежності від відстані до центру струмопровідної котушки і від кількості витків котушки.
Завдання
1. Виміряйте густину магнітного потоку котушки діаметром 26 мм і з 75 витками вздовж поздовжньої осі () котушки.
2. Виміряйте густину магнітного потоку котушки діаметром 26 мм і з 300 витками вздовж поздовжньої осі () котушки.
Додаткова інформація для викладачів (3/3)
Примітка. Під час вимірювання магнітного поля котушки переконайтеся, що густина магнітного потоку вимірюється на кінці датчика магнітного поля. Крім того, необхідно звернути увагу на точку вимірювання, в якій наконечник датчика виходить з котушки.
Котушка (75 витків)
Котушка (300 витків)
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках під час викладання природничих наук.
Інформація для студентів
Мотивація
Електромагніт в екскаваторі
Котушки вбудовані в електромагніти, наприклад, в екскаваторах, трансформаторах або гучномовцях. Котушка генерує магнітне поле, коли вона підключена до струму. Напруженість магнітного поля найбільша в центрі котушки і швидко зменшується при збільшенні відстані від центру котушки. Особливий випадок - довгі й тонкі котушки, оскільки напруженість магнітного поля всередині котушки практично постійна по всій довжині.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся, як індукція (напруженість) магнітного поля котушки залежить від відстані до її центру.
Завдання
1. Виміряйте густину магнітного потоку котушки діаметром 26 мм і з 75 витками вздовж поздовжньої осі () котушки.
2. Виміряйте густину магнітного потоку котушки діаметром 26 мм і з 300 витками вздовж поздовжньої осі () котушки.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense 3-Axis Magnetic field - Датчик для вимірювання магнітного поля по 3 осях ±130 мТл / ±5 мТл (Bluetooth + USB) | 12947-00 | 1 |
| 2 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 3 | Індукційна котушка, 300 витків, d=25 мм | 11007-03 | 1 |
| 4 | Індукційна котушка, 75 витків, d=25 мм | 11007-07 | 1 |
| 5 | Лінійка, пластмасова, l = 30 см | 09851-40 | 1 |
| 6 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 7 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 8 | measureAPP - безкоштовне програмне забезпечення для вимірювання для всіх кінцевих пристроїв | 14581-61 | 1 |
Підготовка (1/4)
Для вимірювання за допомогою датчиків Cobra SMARTsense необхідне додаток PHYWE measureAPP. Цей застосунок можна безкоштовно завантажити з відповідного магазину додатків (QR-коди дивіться нижче). Перед запуском додатка, будь ласка переконайтеся, що на Вашому пристрої (смартфоні, планшеті, персональному комп'ютері) активовано Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Підготовка (2/4)
Зберіть установку як показано на рисунку зліва: Підключіть джерело живлення (постійного струму) послідовно з котушкою ( витків).
Встановіть блок живлення на 0 А при напрузі 12 В ( вправо до упору). Тепер силу струму можна регулювати за допомогою ввімкненого при цьому обмеження струму.
Увімкніть джерело живлення.
Підготовка (3/4)
Запустіть застосунок measureAPP на планшеті та увімкніть датчик Cobra SMARTsense - Магнітне поле (Cobra SMARTsense magnetic field) (утримуйте кнопку вводу/виводу приблизно 3 с).
Виберіть датчик у застосунку measureAPP і підключіть його до програми. Необхідно виконати такі налаштування:
- Точний діапазон вимірювання (- 5 мТл ... + 5 мТл)
- Частота вимірювання: 200 Гц
Також виберіть: вимірювання одним натисканням кнопки.
Підготовка (4/4)
У розділі "Вимірювальний канал" виберіть тільки поздовжній напрямок датчика, щоб вимірювати тільки густину магнітного потоку в напрямку поздовжньої осі датчика.
Розташуйте датчик у котушці так, щоб наконечник знаходився в центрі котушки. Відкалібруйте датчик на нуль: "Налаштування" > "Встановити на нуль".
Виконання роботи (1/2)
Встановітьна блоці живлення силу струму приблизно 1,2 А. Розмістіть датчик магнітного поля в котушці так, щоб його наконечник знаходився точно в центрі котушки.
1. Збільшуйте відстань до центру котушки з кроком 1 см і запишіть точку вимірювання для кожного положення, натискаючи кнопку. Таким чином, вісь відповідає вимірюванню: .
2. Після останнього виміряного значення (за кілька сантиметрів від котушки) встановіть силу струму на нуль і вимкніть живлення. Збережіть свої показання.
Виконання роботи (2/2)
1. Замініть встановлену котушку на котушку з кількістю витків , знову розташуйте датчик в центрі котушки і знову увімкніть джерело живлення.
2. Збільшуйте відстань до центру котушки з кроком 1 см і запишіть точку вимірювання для кожного положення, натискаючи кнопку.
3. Після отримання останнього виміряного значення вимкніть джерело живлення і збережіть результати вимірювань.
Протокол
Завдання 1
Яка густина магнітного потоку в центрі котушки? Знайдіть значення цих величин. Потім знайдіть відношення індукцій магнітного поля.
.
n = 300: B(x=0) [mT]:
B_75 / B_300:
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Вставте слова в пробіли. ____ магнітного потоку ____ котушки менша, ніж ____ котушки.
Завдання 5
Питання