Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Fizika11Elektromágnesesjelenségek Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Nánai László 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 (http://hu.wikipedia.org/wiki/Amp%C3%A8re -t%C3%B6rv%C3%A9ny) írják le. Az elektromágnes (http://hu.wikipedia.org/wiki/Elektrom%C3%A1gnes_%28fizika%29) is ezen elv alapján működik. Az analóg VA-mérő (http://hu.wikipedia.org/wiki/Anal%C3%B3g_elektromechanikus_m%C5%B1szer 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
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 1. oldal / 8
Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Fizika11Elektromágnesesjelenségek Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Nánai László (http://hu.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday ) és a transzformátor (http://hu.wikipedia.org/wiki/Transzform%C3%A1tor) .
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)
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 2. oldal / 8
Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Fizika11Elektromágnesesjelenségek Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Nánai László Eszközismertető, kísérletismertető: 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 mindi g 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? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 3. oldal / 8
Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Fizika11Elektromágnesesjelenségek Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Nánai László
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.
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 4. oldal / 8
Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Fizika11Elektromágnesesjelenségek Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Nánai László 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!
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 5. oldal / 8
Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Fizika11Elektromágnesesjelenségek Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Nánai László Mit tapasztalsz? Miért? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
5. feladat: Nyugalmi elektromágneses indukció – a transzformátor Állíts össze egy transzformátort 2 tekercs segítségével, majd a primer tekercset VÁLTÓÁRAMRA ( A C) 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!
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 6. oldal / 8
Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Fizika11Elektromágnesesjelenségek Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Nánai László
Np
N sz
Up
300 300 300 1200
300 600 1200 300
2V 2V 2v 2V
mért U sz
számolt U sz U sz = N s z / N p * U p
Mit tapasztalsz? __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 7. oldal / 8
Elektromágneses jelenségek (gerjesztési törvény, elektromágneses indukció) Fizika11Elektromágnesesjelenségek Összeállította: Törökné Török Ildikó Lektorálta: Dr. Nánai László 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 http://hu.wikipedia.org/wiki/Amp%C3%A8re-t%C3%B6rv%C3%A9ny o http://hu.wikipedia.org/wiki/Elektrom%C3%A1gnes_%28fizika%29 o (http://hu.wikipedia.org/wiki/Anal%C3%B3g_elektromechanikus_m%C5%B1szerek o http://hu.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday o http://hu.wikipedia.org/wiki/Transzform%C3%A1tor
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 8. oldal / 8
