TANULÓI KÍSÉRLET (45 perc) Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció)

Átírás

1 TANULÓI KÍSÉRLET (45 perc) Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) A kísérlet, mérés megnevezése, célkitűzései : Elektromágneses jelenségek: Az elektromágneses jelenségek két alapfajtáját különböztethetjük meg. 1. Az egyik, amikor az elektromos mező (áram) maga körül mágneses mezőt hoz létre, gerjeszt. Ezeket a jelenségeket az ún. gerjesztési törvények ( -t%c3%b6rv%c3%a9ny) írják le. Az elektromágnes ( is ezen elv alapján működik. Az analóg VA-mérő ( ek ) egy forgótekercses VA-mérő, amelyben az állandó mágnes a spirálrugón lévő elektromágnest az áramerősségtől függően elfordítja, majd az elfordulás mértékét, azaz a feszültség (vagy áramerősség) értékét olvashatom le a skáláról. 1.ábra: Analóg VA-mérőműszer 2. Az elektromágneses indukció során a változó mágneses mező indukál maga körül elektromos mezőt. Ennek két fajtája ismer. A, A mozgási elektromágneses indukció, amely során mechanikai mozgással biztosított a mágneses mező változása. Erre példa a mágnesrúd mozgatása a tekercsben. B, A nyugalmi elektromágneses indukció, amely során nincs mechanikai mozgás, de a mágneses mező erőssége változik. Erre példa a Faraday-kísérlet 1. oldal / 8

2 ( ) és a transzformátor ( 2.ábra. Michael Faraday 3.ábra: A transzformátor A vizsgálat célja: A legalapvetőbb elektromágneses jelenségek megismerése: a gerjesztési törvényre vonatkozóan : vezeték körüli mágneses tér, az analóg VA-mérő működésének megismerése a mozgási (Faraday-kísérlet) és a nyugalmi (transzformátor) elektromágneses indukció jelenségének megértése a transzformátorra vonatkozó matematikai összefüggés igazolása Eszközszükséglet: 1 db nagy tálca, 1 db 12V-os tápegység, 1 db analóg VA-mérő, 1 db digitális muliméter, 4 db vezeték, 4 db tekercs: 2db 300 menetszámú, 1 db 600 menetszámú, 1 db 1200 menetszámú, 1 db mágnesrúd, 1 db iránytű ( műanyag talp + fémtű), 1 db transzformátortalp (közös vasmag + talpazat) 2. oldal / 8

3 Eszközismertető, kísérletismertető: Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Először a gerjesztési törvényt igazoló jelenségeket vizsgáljuk meg: vezeték körüli mágneses teret és az analóg VA-mérő működési elvét. Másodszor a mozgási (Faraday-kísérlet) és a nyugalmi (transzformátor) elektromágneses indukció jelenségét vizsgáljuk meg. Harmadszor a transzformátorra igaz matematikai összefüggést próbáljuk igazolni. A mérés, kísérlet, megfigyelés menete: 1. feladat: Vezeték körüli mágneses tér (elektromágneses gerjesztés jelensége) Kapcsold össze a 12V-os tápegységet az analóg VA-mérővel! A tápegységből 12V-ot biztosíts, a VA-mérő ennek megfelelő méréshatáron legyen! FIGYELEM! A mérőműszer használatánál fontos tudnivaló: o Dugd az egyik vezetéket a V-A pontba! o A műszeren lévő patkó alakú vezeték a feszültskála felöl legyen bedugva!!! o Dugd a másik vezetéket az egyik feszültséghatárt jelölő pontba! FIGYELEM! A mérést mindig a legnagyobb méréshatáron kezd, s majd utána csökkentsd, mert a túláram/túlfeszültség a mérőműszert tönkreteszi!!! A tápegységet dugd az asztali feszültségforrásra (220V)! A vezetékek mellé helyezd oda az iránytűt! Kapcsold be a tápegységet! Mit tapasztalsz?miért? 3. oldal / 8

4 2. feladat: Az analóg VA-mérő működési elve (elektromágneses gerjesztés) Az előbbi összeállítást vizsgáld tovább! Nézd meg az analóg VA-mérő működési elvét: ez egy forgótekercses VA-mérő, amelyben az állandó mágnes a spirálrugón lévő elektromágnest az áramerősségtől függően elfordítja. 4. oldal / 8

5 Kapcsold tápegységet különböző értékekre: 2 V 4 V 6 V- 8 V- 10 V 12 V! Mit tapasztalsz? Miért? 3. feladat: Mozgási elektromágneses indukció Az alábbi kép segítségével kapcsold össze az 1200 menetszámú tekercset az analóg VA-mérővel! Először kapcsold a legnagyobb méréshatárra! Mozgasd ki-be a mágnesrudat a tekercsben határozottan és gyorsan! Mindegyik méréshatáron végezd ezt el! Mit tapasztalsz? Miért? 4. feladat: Nyugalmi elektromágneses indukció - Faraday-kísérlete Az alábbi kép segítségével kapcsolj össze egy 300 és egy 600 menetszámú tekercset! Helyezd az iránytűt a 600 menetszámú tekercs mellé! Kapcsold a 300 menetszámú tekercset 3V egyenfeszültségre! 5. oldal / 8

6 Mit tapasztalsz? Miért? 5. feladat: Nyugalmi elektromágneses indukció a transzformátor Állíts össze egy transzformátort 2 tekercs segítségével, majd a primer tekercset VÁLTÓÁRAMRA ( AC) kapcsold! A szekunder tekercsre kapcsold rá az analóg VA -mérőt, s olvasd le a keletkezett feszültség értékét! (Ezt digitális multiméterrel is ellenőrizheted! Vigyázz! A készülék váltófeszültségre legyen állítva! FIGYELEM! A digitális multiméter használatának lépései: o Dugd a fekete mérőzsinórt a COM-pontra! o Dugd a piros mérőzsinórt a mérendő fizikai mennyiség mértékegységéhez mavω-pontra ( vagy 10A pontra)! FIGYELEM! A mérést mindig a legnagyobb méréshatáron kezd, s majd utána csökkentsd, mert a túláram/túlfeszültség a mérőműszert tönkreteszi!!! o Ha a mérés előtt már egy o-tól különböző érték jelenik meg, akkor a HOLD gombot nyomd meg, s lenullázódik! Cserélgesd a tekercseket a táblázatban megadott módon! FIGYELEM! A tekercsre előtt mindig kapcsold ki a tápegységet, ne legyen feszültség alatt a primer tekercs! 6. oldal / 8

7 N p N sz U p mért U sz számolt U sz V V v V U sz = N sz / N p * U p Mit tapasztalsz? 7. oldal / 8

8 A kísérlethez kapcsolódó megfigyelések leírása Egészítsd ki az alábbi szöveget! Az elektromágneses jelenségek két alapfajtáját különböztethetjük meg. Az egyik, amikor az elektromos mező (áram) maga körül mezőt hoz létre. Ezeket a jelenségeket az ún. törvények írják le. Az elektromágnes is ezen elv alapján működik. Az általam használt analóg VA -mérőz egy tekercses VA-mérő, amelyben az állandó mágnes a spirálrugón lévő t az áramerősségtől függően, majd az elfordulás mértékét, azaz a (vagy ) értékét olvashatom le a skáláról. Az elektromágneses indukció során a változó mágneses mez ő indukál maga körül mezőt. Ennek két fajtája ismer. 1. A elektromágneses indukció, amely során mechanikai mozgással biztosítom a mágneses mező változását. Erre példa a (kísérlet). 2. A elektromágneses indukció, amely során nincs mechanikai mozgás, de a mágneses mező változik. Erre példa a -kísérlet és a. Felhasznált szakirodalom: nyomtatott szakirodalom: o Dégen Elblinger Simon: Fizika 11. a középiskolák számára (Nemzedékek Tudása Tankönyvkiadó Zrt., Budapest, 2011.) internetes hivatkozás: o o o ( o o 8. oldal / 8