УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Полезная модель относится к средствам обучения учащихся в учебных заведениях различного уровня, а именно к техническим средствам, предназначенным для демонстрации электромагнитной индукции при изучении физики.
Известно устройство для демонстрации электромагнитной индукции [Патент РФ №2058049, Майер Р.В. Прибор для демонстрации электромагнитной индукции. Опубликовано 10.04.1996 г.], представленное на фиг. 1, содержащее привод вращения 1, обмотку 2, сердечник 3, два светодиода 4, 5, магнит 6.
Данное устройство имеет следующие недостатки:
- эксплуатация данного устройства не безопасна, так как в качестве привода вращения используется электродрель, а электромагнит подключен к источнику переменного тока;
- невысокая наглядность, так как данное устройство не позволяет продемонстрировать зависимость ЭДС индукции от различных параметров, а также не позволяет продемонстрировать явление самоиндукции;
- высокая стоимость, обусловленная наличием в составе устройства электродрели.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для демонстрации свойств магнитного поля [Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Физика: учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. - М.: «Просвещение», 2004, С. 28-29.], представленное на фиг. 2, содержащее постоянный магнит 1, катушку обмотки 2, электроизмерительный прибор (гальванометр) 3.
Данное устройство имеет невысокую наглядность, так как:
- устройство не позволяет продемонстрировать зависимость ЭДС индукции от различных параметров;
- устройство не позволяет продемонстрировать явление самоиндукции.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение набора функций устройства, повышение наглядности устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство, содержащее катушку обмотки, постоянный магнит, движущийся относительно катушки обмотки, электроизмерительный прибор подключенный к катушке обмотки, снабжено корпусом, изготовленным из немагнитного материала, маховиком, расположенным на стальном валу, который установлен на подшипниках, дополнительной катушкой обмотки, съемными сердечниками катушек обмотки, выключателем, лампой накаливания и клеммной колодкой, при этом лампа накаливания, выключатель соединяются последовательно с одной или двумя катушками обмотки в электрическую цепь, а в качестве электроизмерительного прибора используют вольтметр.
На фиг. 3 изображено предлагаемое устройство для демонстрации электромагнитной индукции.
Устройство содержит постоянный магнит 1, катушку обмотки 2, со съемным сердечником 3, расположенную в магнитном поле, корпус 4, изготовленный из немагнитного материала, маховик 5, расположенный на стальном валу 6, который установлен на подшипниках 7, дополнительную катушку обмотку 8 со съемным сердечником 9, выключатель 10, электроизмерительный прибор (вольтметр) 11, лампу накаливания 12 и клеммную колодку 13.
Устройство используют следующим образом.
С помощью маховика 5, расположенного на стальном валу 6, который установлен на подшипниках 7 в корпусе 4, изготовленном из немагнитного материала, вращают постоянный магнит 1 при разомкнутом выключателе 10. При этом в обмотках 2 и 8 индуцируется ЭДС. Ее измеряют с помощью вольтметра 11. Затем замыкают выключатель 10, при этом загорается лампа накаливания 12, так как обмотки 2 и 8, выключатель 10, вольтметр 11 и лампа накаливания 12 соединены последовательно через клеммную колодку 13 в электрическую цепь. При этом показание вольтметра снижается, так как в цепи происходит падение напряжения. Таким образом, демонстрируют явление электромагнитной индукции и применение ее в электротехнике.
Далее с помощью данного устройства учащимся наглядно демонстрируют, как электромагнитная индукция зависит от скорости вращения магнитного поля, величины магнитной индукции и длины проводника.
Это демонстрируют с помощью следующих примеров:
Пример 1. Замыкают выключатель 10 и изменяют скорость вращения постоянного магнита 1 с помощью маховика 5, при этом наблюдают изменение яркости лампы накаливания 12 и показаний вольтметра 11. Таким образом, демонстрируют зависимость ЭДС от скорости вращения магнитного поля (см. фиг. 3).
Пример 2. Вынимают стальные съемные сердечники 3 и 9 из катушек обмоток 2 и 8 (см. фиг. 4), и снова вращают маховик 5 с максимальной скоростью, лампа накаливания 12 при этом не загорается, так как удаление стальных съемных сердечников 3 и 9 приводит к значительному снижению величины магнитной индукции и, следовательно, к снижению ЭДС. В результате опыта делают вывод о том, что ЭДС зависит от величины магнитной индукции.
Пример 3. С помощью клеммной колодки 13 отключают катушку обмотки 8 и таким образом уменьшают длину проводника (см. фиг. 5). Замыкают выключатель 10 и вращают постоянный магнит 1 с максимальной скоростью, при этом наблюдают снижение яркости лампы накаливания 12 и снижение показаний вольтметра 11. Из этого делают вывод, что важным параметром, влияющим на величину ЭДС, является длина активной части проводника.
Пример 4. Повторяют пример 3. При этом размыкают выключатель 10 и на вольтметре 11 отмечают увеличение значения напряжения. Эта разница в показаниях вольтметра 11 обусловлена явлением электромагнитной самоиндукции, возникающей при размыкании электрической цепи содержащей катушку обмотки 2 со съемным сердечником 3.
Таким образом, использование предлагаемого устройства обеспечивает расширение набора функций устройства и повышение наглядности устройства, так как данное устройство позволяет продемонстрировать зависимость ЭДС индукции от различных параметров, а также позволяет продемонстрировать явление самоиндукции.