 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
| Przegląd prasy | Dla nauczycieli | Dla młodzieży | Przyroda | Video-fizyka | Fizyka współczesna | Projekt FCHGo | Innowacyjna fizyka | Projekt E4 |
Kiedy przewodnik umieścimy w zmiennym polu magnetycznym na jego końcach powstanie siła elektromotoryczna - różnica potencjału. Siła elektromotoryczna zgodnie z prawem Faraday'a to zmiana strumienia indukcji magnetycznej w czasie.
Zobaczmy to przy pomocy klasycznego doświadczenia. Zwojnica podłączona jest do miernika, który będzie pokazywał prąd indukowany na jej końcach. Do środka wprowadzamy magnes. Prąd indukuje się tylko, gdy magnes jest w ruchu - do powstania prądu musi być zmienny strumień pola magnetycznego. JW Player goes here
Skoro indukuje sie prąd, zamiast miernika możemy wstawić odbiornik np świecącą diodę. W poniższym doświadczeniu wokół końca rurki PCV nawinięta jest zwojnica, do której podłączona jest zielona dioda LED. Wewnątrz rurki przepuszczamy silny magnes. W chwili, kiedy magnes przelatuje przez rurkę w miejscu nawinięcia cewki, dioda na moment się zapala. JW Player goes here
Zobaczmy to samo doświadczenie powtórzone w ciemności. JW Player goes here
Przyjrzyjmy się dokładniej prądowi, który powstaje w przewodniku. Do dokładnego zmierzenia napięcia posłużyliśmy się konsolą pomiarową Pasco (interface, do którego można podłączyć czujniki mierzące wiele wielkości fizycznych/chemicznych, w tym napięcie i natężenie prądu).
Konsola (czarna skrzynka na zdjęciu powyżej) zebrała dane i wysłała do komputera, który w czasie rzeczywistym narysował wykres.
  Na rurkę PCV nawinęliśmy 7 cewek. Do każdej z nich podłączyliśmy po 2 diody wg schematu powyżej. Zobaczmy, jak to urządzenie działa. JW Player goes here
Na tym filmie (zwłaszcza w zwolnionym tempie) widać, że z każdej pary diód zapala sie najpierw górna, a potem dolna. Jak moglibyśmy to zmienić? Albo odwrócić diody albo.... wrzucić magnes drugą stroną. Spójrzmy jeszcze raz na wykres powyżej. Napięcie najpierw ma wartości ujemne, a potem dodatnie. Jeżeli puścilibyśmy magnes w rurce odwrotną stroną (tzn. z odwróconymi biegunami) napięcie miałoby wówczas najpierw wartości ujemne a potem dodatnie. Spójrzmy na drugi film z rurką diodową. JW Player goes here
W tym przypadku wrzuciliśmy magnes do rurki odwrotnie niż poprzednim. Przy zwolnionym tempie filmu wyraźnie widać, że z każdego zwoju najpierw zapala się dioda dolna, a później górna - zgodnie z oczekiwaniami. Oczywiście, sekwencja powstających napięć - dodatnie a później ujemne lub odwrotnie, zależy od kierunku nawinięcia cewek, biegunów magnesu (i kierunku przelotu magnesu - w dół czy w górę rurki). Poczytaj więcej: Discovering electromagnetic induction: interactive multimedia path (MPTL 14, G. Karwasz) Uwaga dydaktyczna (GK)
Tradycyjnie w polskim (ale nie tylko) programie nauczania wymagamy od ucznia określenia kierunku powstającego napięcia z reguły prawej/ lewej (?) dłoni. Jak to pokazuję w wykładzie (a szczególnie na rysunku znakomitego włoskiego fizyka jądrowego Bruna Touschka) nie ma to specjlanego znaczenia dydaktycznego.
Dużo cenniejsze dydaktycznie jest pokazanie:
- że powstaje napięcie w dwóch kierunkach - inne gdy magnes wpada (zmiana strumienia indukcji magnetycznej jest dodatnia/ ujemna) a przeciwne, gdy magnes wypada (zmiana strumienia jest ujemna/ dodatnia);
- że całkowita zmiana strumienia jest zerowa (innymi słowy napięcie scałkowane po czasie w trakcie impulsu ujemnego jest takie same jak w czasie impuslu dodatniego)
- że wypadający magnes leci szybciej niż wpadający
- że nie cała energia potencjalna (a później kinetyczna) pędącego magnesu zamienia się w energię prądu elektrycznego.
Ta ostatnia uwaga jest szczególnie istotna w doświadczeniach z magnesem spadającym w miedzianej rurce. Warto podkreślić, że magnes lewituje, czyli działa jakaś siła dokładnie przeciwna do spodziewanego kierunku spadku, niż próbować mierzyć, czas spadku (zob. artykuł GK w "Kognitywistyce" Nauczanie fizyki - trudności matematyczne czy nie-umiejętność komunikacji?)
Koncepcja ścieżki dydktycznej, doświadczenia, tekst, układ html: K. Służewski
Koncepcja rurki z podwójnymi diodami: G. Karwasz
Współpraca: A. Karbowski
|
|||
