Elektromágneses indukció kísérleti vizsgálata

Átírás

1 A kísérlet célkitűzései: Kísérleti úton tapasztalja meg a diák, hogy mi a különbség a mozgási és a nyugalmi indukció között, ill. milyen tényezőktől függ az indukált feszültség nagysága. Eszközszükséglet: 50, 400 és 1600 menetes tekercsek demonstrációs A-V mérő különböző erősségű mágnesek tanulói tápegység vezetékek Bunsen állvány alumínium karikák (zárt és átvágott) Eszközismertető A demonstrációs A-V mérő működése nagyon hasonlít a tanulói A-V mérőhöz. Ez egy középállású műszer, tehát a mutató mindkét irányba ki tud térni. Az áramkörbe való bekötése is hasonló. Ha feszültséget akarunk vele mérni, akkor a műszer középső piros színű kivezetését kell csatlakoztatni a fogyasztó egyik kivezetéséhez, a másik kivezetést pedig a kapcsolótábla bal oldalán található méréshatárok közül választhatjuk ki. 1. ábra Demonstrációs A-V mérő 1. feladat Csatlakoztasd az 1600 menetes tekercset a műszer legkisebb 0,5 voltos méréshatárához! Told be, majd húzd ki a nagyobb mágnest a tekercs belsejéből! Mit tapasztalsz? oldal

2 Azt a jelenséget, amikor a mágneses mezőben mozgatott zárt vezetékben elektromos áram keletkezik, mozgási elektromágneses indukciónak, a keletkezett áramot pedig indukált áramnak nevezzük. 2. feladat Végezd el az előző kísérletet úgy, hogy most a mágnest lassan mozgasd a tekercs belsejében! Mit tapasztalsz? feladat Fogj össze két mágnest úgy, hogy azok megegyező pólusai essenek egymás mellé! Ismételd meg az előző kísérletet! Mit tapasztalsz?... Most fordítsd meg az egyik mágnest, így az ellenkező pólusok lesznek egymás mellett. Ekkor a két mágnes lerontja egymás hatását. Mozgasd ezeket a tekercs belsejében! Mit tapasztalsz? feladat Cseréld ki az 1600 menetes tekercset először 400, majd 50 menetesre. A nagyobb mágnessel kísérletezz, de figyelj oda, hogy körülbelül ugyanakkora sebességgel mozgasd azt a tekercsekben! Mit mondhatunk most az indukált feszültség nagyságáról? feladat Most helyezz az 50 menetes tekercsbe vasmagot, majd közelítsd hozzá a mágnest! Hogyan változott az indukált feszültség nagysága? oldal

3 A kísérleteinknél azt tapasztaltuk, hogy az indukált áram feszültsége függ: 1. a mozgatás a mágnes a tekercs a tekercsbe helyezett feladat 2. ábra Nyugalmi indukció Helyezz egymás mellé két tekercset! A 400 menetes tekercset csatlakoztasd a tanulói tápegység egyenáramú kivezetéséhez, az 1600 menetes tekercset pedig a mérőműszerhez (2. ábra)! Állítsd be a tápegységet először 4 V-ra, majd kapcsold be! Néhány másodperc elteltével kapcsold ki a tápegységet! Mit figyeltél meg? Az áramforrásra kapcsolt tekercset primer tekercsnek, azt amelyikben az áram indukálódott, szekunder tekercsnek nevezzük. Ez a jelenség eltér az előzőektől, mert itt nem mozgott a vezető a mágneshez képest. Ezért ezt a jelenséget nyugalmi indukciónak nevezzük. 7. feladat Végezd el az előző kísérletet úgy, hogy most a tápegységet 10 voltra állítod be! Milyen változást figyeltél meg az előző kísérlethez képest? feladat Ismételd meg az előző kísérletet úgy, hogy a tekercsek belsejébe közös vasmagot csúsztatsz (a tápegység 4 voltra legyen állítva)! 3. oldal

4 Mekkora most a mutató kitérése az előző kísérlethez képest?... Tapasztalataink szerint akkor indukálódik a szekunder tekercsben feszültség, ha a primer tekercsben az áramerősség... Ha a primer körben nincs áramerősség változás bármilyen erős áram is folyjék benne-, a szekunder körben nem folyik áram. Ez az áramerősség változás változó mágneses mezőt fog létrehozni a primer tekercsben, ami a vasmagon keresztül megjelenik a szekunder tekercsben is. A nyugalmi indukció lényege tehát a változó mágneses mezővel kapcsolatos. 9. feladat Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy a műszerünk mutatója mindkét irányba kitérhet. Ennek az a magyarázata, hogy az indukált áram iránya függ a kísérleti elrendezéstől. Végezd el az első kísérletet úgy, hogy első esetben a mágnes északi (kék), második esetben a déli (piros) pólusával közelítesz a tekercshez! Mit tapasztalsz? feladat Akaszd fel a két alumíniumból készült gyűrűt a Bunsen állványra. Közelítsd először a nyitott gyűrűhöz a mágnest. Mit tapasztalsz? Most közelítsd, majd távolítsd a mágnest a zárt gyűrűhöz. Mit tapasztalsz? ábra Lenz törvényének igazolása 4. oldal

5 A kísérlet magyarázata az, hogy a zárt gyűrűben a mágnes mozgatásakor áram indukálódik. Ennek az áramnak a mágneses mezeje fog kölcsön hatni az állandó mágnes mezejével. Az indukált áram iránya attól függ, hogy a tekercs belsejében melyik pólus körüli mágneses mező változott és az erősödött-e vagy gyengült. Az indukált áram irányát Lenz törvénye alapján határozhatjuk meg: Az indukált áram iránya olyan, hogy mágneses hatásával akadályozza az indukciót létrehozó mozgást, változást. Az ismeretek ellenőrzése: 1. Mit jelent az, hogy egy műszer középállású? 2. Mit jelent az, hogy a műszerünk méréshatára 5 V? 3. Hol találkozunk a mindennapi életben a mozgási indukció jelenségével? 4. Milyen tényezőktől függ az indukált feszültség nagysága mozgási indukció esetén? 5. Mit mond ki Lenz törvénye? Felhasznált szakirodalom: Fizika 8., Mozaik kiadó, 2012 Szeged 5. oldal