Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Котушки, якими тече струм, мають магнітне поле, яке після замикання кола постійного струму спершу має наростити, а після розмикання кола - зникнути. Через це щоразу виникає напруга самоіндукції.
За законом Ленца напруга самоіндукції завжди протидіє своїй причині. Справджується: з індуктивністю , яку подають в одиницях генрі .
Цей принцип застосовують, наприклад, як демпфер в електричній вимірювальній техніці. Інші приклади застосування індукції - зарядні станції або індукційні плити.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають уміти скласти просте електричне коло і розібратися в ньому. Вони мають знати, що в котушці індукується напруга доти, доки змінюється магнітне поле, яке охоплює котушка. Вони мають знати електромагніти й тому також знати, що котушка, якою тече струм, має магнітне поле, і від чого залежить сила цього магнітного поля.
Принцип
Самоіндукція - це властивість електричних кіл або елементів, насамперед котушок. Індуктивність кола пов'язує швидкість зміни електричного струму з електричною напругою. Як під час вмикання, так і під час вимикання зміні протидіє, і тому зміна відбувається із затримкою.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
У передбаченому досліді учні мають помітити, що під час вмикання виникає напруга самоіндукції, яка протидіє зростанню струму.
Завдання
Дослід виконують із котушками з різною кількістю витків. Напругу під час вмикання вимірюють для різної кількості витків. Учні мають помітити, що більша кількість витків затримує процес вмикання.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Рис. 1 Індукційна плита
Індукція - це принцип, який різнобічно застосовують в електричних приладах. Тому з цим явищем часто стикаються в побуті, навіть не усвідомлюючи цього.
Найочевидніший приклад індукції в побуті - індукційна плита. Тут за допомогою вихрових струмів нагрівається дно каструлі, що стоїть на плиті. Ще один приклад, де індукція відіграє роль, - бездротове заряджання. Тут змінне з часом магнітне поле індукує електричне поле, яке своєю чергою створює струм.
У цьому досліді ти дізнаєшся, що таке самоіндукція котушки і як вона впливає на електричне коло.
Завдання
Як діє котушка під час замикання кола постійного струму?
Досліди напругу на резисторі, з'єднаному послідовно з котушкою.
Рис. 2 схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense Voltage - Датчик для вимірювання електричної напруги ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-01 | 1 |
| 2 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 3 | Монтажна плита з гніздами 4 мм | 06033-00 | 1 |
| 4 | Котушка, 400 витків | 07829-01 | 1 |
| 5 | Котушка, 800 витків | 07829-03 | 1 |
| 6 | U-подібний сердечник | 07832-00 | 1 |
| 7 | Ярмо | 07833-00 | 1 |
| 8 | Затискний штифт | 07834-00 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 13 | Плівковий резистор 100 Ом, 1 Вт, корпус G1 | 39104-63 | 1 |
| 14 | З'єднувальний модуль, корпус G1 | 39120-00 | 2 |
| 15 | Вимикач вкл./викл., корпус G1 | 39139-00 | 1 |
| 16 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Складання (1/2)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/2)
Рис. 3 Експериментальна установка
Щоб зібрати котушку, надінь її на U-подібне осердя. Щільно стисни U-подібне осердя і ярмо натяжним гвинтом. Тепер склади електричне коло згідно з рисунками 3 і 4. Візьми для цього резистор і котушку з витками. Як вольтметр використовують Cobra SMARTsense Voltage.
Рис. 4 Електричне коло досліду
Виконання (1/5)
Cobra SMARTsense Voltage
Увімкни свій датчик Cobra SMARTsense Voltage, утримуючи кнопку на датчику 3 секунди.
Відкрий MeasureAPP на своєму планшеті чи смартфоні і переконайся, що пристрій може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.
Обери датчик "Cobra SMARTsense Voltage".
Встанови в MeasureAPP у розділі «Конфігурація» частоту опитування 1.000 Гц. (Рис. 5)
Виконання (2/5)
Рис. 5 З'єднання з Cobra SMARTsense
- Тепер додай тригер кнопкою «плюс». Тригер має запускати вимірювання, тож обери відповідне значення в полі «Дія».
- Як вимірювальний канал обери напругу. Як порогове значення обери . Під час вмикання напруга зростатиме, тож обери як умову спрацювання «наростаючий фронт». Натисни «Зберегти». (Рис. 6)
Виконання (3/5)
- Подібними кроками додай ще один тригер, який автоматично припиняє вимірювання приблизно через 50-100 мілісекунд. (Рис. 7)
Рис. 6
Рис. 7
Виконання (4/5)
- Після кожного з наступних вимірювань вимірювання можна зберегти і будь-коли знову відкрити в розділі «Мої вимірювання».
- Встанови на блоці живлення і обмеження струму .
- Запусти вимірювання, тепер увімкни коло вимикачем і запиши при цьому виміряні значення.
- Лінія вимірювання має виглядати подібно до рисунка ліворуч. Запиши час, за який досягнуто напруги .
Виконання (5/5)
Котушка без осердя
- Зупини вимірювання і вимкни блок живлення. Тепер вийми осердя і повтори вимірювання. Запиши й тут час, за який досягнуто напруги .
- Знову зупини вимірювання, вимкни блок живлення і виконай нові вимірювання з котушкою на витків. В одному вимірюванні котушка має мати осердя, у другому - ні. Запиши й тут час, потрібний для досягнення максимальної напруги.
Протокол
Завдання 1
Питання
Питання
Питання
Завдання 2
Як можна пояснити поведінку котушки під час вмикання? Після замикання кола струм починає текти і створює в котушках змінне (дедалі сильніше) ____. Воно спричиняє в котушках ____, яка діє ____ прикладеної робочої напруги і затримує ____ струму доти, доки не буде досягнуто його найбільшого значення. Затримка ____ в котушці з більшою кількістю витків. Не потрібні: ____ (прикметник), ____ (іменник)