Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Котушки вбудовані в багато електронних пристроїв. Вони використовуються, наприклад, у трансформаторах, електродвигунах або гучномовцях.
Котушки створюють магнітне поле тільки в разі під'єднання до джерела живлення. Індукція магнітного поля всередині котушки пропорційна силі струму.
Додаткова інформація для викладачів (1/2)
попередні знання
Принцип
Студенти мають бути знайомі з поняттям густини магнітного потоку, магнітної індукції всередині котушки і знати, що струм, який протікає через котушку, генерує магнітне поле.
Магнітна індукція (густина магнітного потоку) майже постійна всередині довгої тонкої котушки і швидко зменшується за її межами. Магнітна індукція B всередині довгої котушки дорівнює:
де - магнітна проникність, - сила струму, - кількість витків і - довжина котушки або так звана щільність намотування котушок.
Додаткова інформація для викладачів (2/2)
Мета навчання
У цьому експерименті визначається величина магнітної індукції котушки в залежності від сили струму. Використовуються і порівнюються дві котушки з різною щільністю обмотки.
Завдання
1. Виміряйте густину магнітного потоку (магнітну індукцію) в котушці діаметром 26 мм (75 витків) при збільшенні сили струму.
2. Виміряйте густину магнітного потоку (магнітну індукцію) в котушці діаметром 26 мм (300 витків) при збільшенні сили струму.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках під час викладання природничих наук.
Примітки
Не слід перевищувати максимальну силу струму 1,2 А для котушки з 300 витками, інакше котушки можуть перегрітися.
Інформація для студентів
Мотивація
Електромагніт на екскаваторі
Котушки вбудовані в електромагніти, наприклад, в екскаваторах, трансформаторах або гучномовцях. Котушка генерує магнітне поле, коли вона підключена до електричного струму. Напруженість (індукція) магнітного поля тим більша, чим більша сила струму. Окрім сили струму, на напруженість магнітного поля також впливає кількість витків.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся, як напруженість (індукція) магнітного поля котушки залежить від кількості витків котушки і сили струму.
Завдання
Виміряйте густину магнітного потоку всередині довгих котушок в залежності від сили струму з кроком 0,1 А.
Використовуйте дві котушки діаметром 26 мм і різною кількістю витків 75 и 300 відповідно.
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 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 6 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 7 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 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 експериментальну установку як показано на рисунку зліва: для цього послідовно підключіть джерело живлення (постійний струм), амперметр і котушку (75 витків).
Виберіть досить великий діапазон вимірювання сили струму на амперметрі. 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)
1. 1. Збільшуйте силу струму з кроком 0,1 А і запишіть точку вимірювання для кожної сили струму, натискаючи кнопку.
Таким чином, вісь відповідає вимірюванню: .
2. Після останнього вимірювання встановіть силу струму на нуль і вимкніть джерело живлення. Збережіть виміряні значення.
Виконання роботи (2/2)
1. Замініть встановлену котушку на котушку з кількістю витків 300, 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.
Примітка: Максимально допустимий струм для цієї котушки становить 1,2 A.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання