УНИВЕРСАЛЬНАЯ УЧЕБНАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
UNIVERSAL TEACHING MODEL FOR STUDYING ELECTROMAGNETIC INDUCTION

Изобретение относится к лабораторным приборам и наглядным пособиям, используемых при проведении фронтальных лабораторных работ по разделу физики магнетизм и проверке экспериментальных умений учащихся по изучению законов электромагнитной индукции и преобразованию переменного тока.
Известно техническое решение по патенту РФ №2051424, кл. G09B 23/18, 1992 г., в котором учебная модель трансформатора содержит П-образный сердечник с загнутыми друг к другу свободными концами, первичную и вторичную обмотки и подвижное ярмо. Когда концы сердечника и ярма выходят из взаимодействия, магнитная индукция и ток во вторичной обмотке минимальны, а по мере увеличения площади взаимодействия концов сердечника и ярма, магнитная индукция и ток во вторичной обмотке увеличивается. Недостатком этого устройства является демонстрация одного опыта, а именно уменьшение или увеличение магнитной индукции и тока во вторичной обмотке.
Задачей настоящего изобретения является создание универсального прибора, обеспечивающего проведение ряда опытов по преобразованию переменного тока в модели трансформатора без сердечника, с незамкнутым и замкнутым магнитопроводящим сердечником, а так же изучение работы электромагнита.
Технический результат, который может быть получен от использования предложенного изобретения, заключается в наглядности проведения опытов, в многофункциональности узлов прибора, упрощении конструкции, простоте изготовления и удобстве использовании при составлении различных электросхем, возможности использовании составляющих учебной модели в других экспериментах.
Поставленная задача достигается тем, что универсальная учебная модель пдля изучения электромагнитной индукции, содержащая первичную и вторичную обмотки, сердечник, источник тока, амперметр, ключ, характеризуется тем, что она дополнительно снабжена металлическим стержнем, миллиамперметром, соединительными проводами со штекерами на концах, катушкой - мотком, а сердечник выполнен составным из двух автономных элементов, каждый из которых выполнен в виде металлической пластины с закрепленным на ней вертикальным стержнем, одна из пластин закреплена на прямоугольной плате с электрогнездами, первичная обмотка выполнена в виде катушки - мотка, закрепленной на свободном конце пластины, а вторичная катушка выполнена в виде автономной катушки - мотка, выводы которой снабжены штекерами, и установлена на вертикальный стержень закрепленной пластины, при этом вторая пластина с вертикальным стержнем является замыкающей и установлена стержнем в закрепленную катушку-моток, а свободным концом пластина взаимодействует с вертикальным стержнем закрепленной пластины, при этом выводы намоточного провода закрепленной катушки - мотка соединены с контактными лепестками электрогнезд, образованных в плате, которые соединительными проводами соединены либо с гнездами источника постоянного ток, либо с ключом, либо с источником переменного тока.
На фиг.1 представлена учебная модель, общий вид, на фиг.2 - схема опыта по преобразованию переменного тока.
Универсальная учебная модель для изучения электромагнитной индукции содержит плату 1 выполненную в виде короба с патрубками 2 и перегородками 3 в полости короба. На лицевой поверхности платы закреплена металлическая пластина 4 с вертикальным стержнем 5, закрепленным в зоне одного конца пластины 4. На противоположном конце пластины 4 закреплена катушка - моток 6, а выводы 7 намоточного провода катушки - мотка 6 соединены с контактными лепестками 8 электрогнезд 9, закрепленных винтами 10 в патрубках 2 платы 1, электрогнезда платы соединительными проводами соединяются либо с гнездами источника постоянного тока 11, либо с ключом 12, либо с источником переменного тока 13, при сборе электросхемы по фиг.2. Для закрепления катушки - мотка 6 на пластине 4 в нижней ограничительной шайбе 14 катушки - мотка 6 выполнен фигурный продольный паз (на чертеже не показано), для получения надежного закрепления катушки - мотка 6 на пластине 4. На вертикальный стержень 5 может быть установлена автономная катушка - моток 15, для проведения опытов по преобразованию переменного тока, а концы намоточного провода катушки - мотка 15 снабжены удлинительными проводами 16 со штекерами, при этом намоточный провод снабжен маркером намотки. Учебная модель дополнительно снабжена металлическим стержнем 17, миллиамперметром 20, ключом 12, и катушкой - мотком 19.
Универсальная учебная модель для изучения электроиндукции работает следующим образом.
При проведении опытов по изучению свойств электромагнита, т.е. притягивания различных металлических предметов, используют схему на фиг.1, при пропускании тока через закрепленную катушку - моток 6, возникает магнитное поле, которое притягивает металлические предметы, а при вводе в катушку 6 сердечника - металлического стержня 17, увеличивается магнитная индукция, а, следовательно, и сила магнитного поля. Это опыт при незамкнутом контуре сердечника. Проводят опыт для сравнению сил притяжения при использовании второй пластины 4 с вертикальным стержнем, который вставляют в закрепленную катушку - моток 6, а свободный конец пластины взаимодействуете вертикальным стержнем закрепленной пластины, т.е. когда образован замкнутый контур сердечника. Все показания фиксируются амперметром 18.
При проведении опытов по преобразованию переменного тока используют схему фиг.2, при этом также проводят опыты без сердечника в катушке - мотке 6, с сердечником - металлическим стержнем 17, с коаксиальной установкой дополнительной катушки -мотка 19 на закрепленную катушку - моток 6, без сердечника, с использованием металлического стержня 17, вставленного в закрепленную катушку 6, т.е. незамкнутого сердечника, и при использовании второй пластины 4 с вертикальным стержнем, при этом вертикальный стержень 5 вставлен в закрепленную катушку - моток 6, а свободным концом пластина взаимодействует с вертикальным стержнем 5 закрепленной пластины 4, т.е. при замкнутом сердечнике.
При проведении опытов по преобразованию переменного тока можно проводить опыты при расположении катушки - мотка 15 на вертикальном стержне закрепленной пластины 4 (как показано пунктиром на фиг.2)
Используя различные комбинации узлов универсальной учебной модели для изучения электроиндукции можно проводить опыты по наведению э.д.с. во вторичной катушке в зависимости от скорости введения металлического стержня в первичную катушку.
Таким образом, предложенная универсальная учебная модель позволяет провести целый ряд опытов, как по электромагнетизму, так и по трансформации переменного тока.
Предложенная универсальная учебная модель для изучения электромагнитной индукции изготовлена и нашла широкое применение в учебном процессе на уроках физики по разделам магнетизма и трансформации переменного тока.