TYÖN TAVOITE:

Tutustu laitteeseen ja galvanointilaitteen toimintaperiaatteeseen.

Määritä galvanointilaitteen sähköpiirin pääelementtien ominaisuudet.

LAITTEET:

galvanointilaitteet, elektroninen oskilloskooppi.

MENETELMÄN ARVOT

Lääketieteellisessä käytännössä tasavirran toimintaa käytetään laajalti. Galvanoinnin avulla ne vaikuttavat sekä yksittäisiin elimiin (maksa, sydän, kilpirauhanen jne.) että koko kehoon. Esimerkiksi "kaulusalueen" galvanisointi kohdunkaulan sympaattisten solmukkeiden ärsytyksen kautta stimuloi sydän- ja verisuonijärjestelmää, parantaa aineenvaihduntaprosesseja. Siksi menetelmää käytetään useiden sairauksien hoidossa:

ääreishermosto;

keskushermosto;

verenpainetauti ja peptinen haavauma;

hammaslääketieteessä - trofismin tai suuontelon kudosten tulehduksen vastaisesti jne.

Usein galvanisointi yhdistetään lääkeaineiden viemiseen kehon kudoksiin, jotka hajoavat ioneiksi liuoksissa. Tätä menettelyä kutsutaan terapeuttinen elektroforeesi tai lääkeaineiden elektroforeesi. Sähkökäsittely tasavirralla ja lääkkeiden vieminen kehon kudoksiin suoritetaan galvanointilaitteella.

TEOREETTINEN OSA

Terapeuttinen menetelmä, jossa käytetään pienen (jopa 50 milliampeerin) tasavirran vaikutusta kehon kudoksiin, on ns. galvanointi.

Galvanointi- ja terapeuttisten elektroforeesitoimenpiteiden suorittamiseen tarvitaan vakiojännitelähde, joka on varustettu potentiometrillä virran voimakkuuden säätämiseksi eri toimenpiteiden aikana ja mittauslaitteella. Tällaisena lähteenä käytetään pääsääntöisesti valaistusverkon puolijohde-AC-tasasuuntaajaa. Galvanointilaitteen kytkentäkaavio (kuva 1) sisältää muuntajan 3, tasasuuntaajan 5 kahdella diodilla, kahden vastuksen 7 ja kolmen kondensaattorin 6 tasoitussuodattimen, säätöpotentiometrin 8 ja milliammetrin 9 shuntilla ja kytkin 10 potilaan piirin virran mittaamiseksi.

Riisi. 1. Galvanointilaitteen sähköpiiri.

(1 - verkkokytkin, 2 - verkkojännitekytkin, 3 - muuntaja, 4 - merkkilamppu, 5 - diodit, 6 - kondensaattorit, 7 - vastukset, 8 - säätöpotentiometri, 9 - milliampeerimittari, 10 - milliammetrin shuntti, 11 - liittimet ulostulojännite).

Galvanointilaitteen muuntaja alentaa jännitettä verkosta (AB, kuva 1). Lisäksi sen läsnäolo on pakollista potilaan turvallisuuden vuoksi (3, kuva 1). Induktiivinen kytkentä muuntajan ensiö- ja toisiokäämien välillä sulkee pois mahdollisuuden muodostaa suora yhteys potilaan kehoon kiinnitetyt elektrodit sisältävän piirin ja vaihtojänniteverkon välillä, johon laite on kytketty. Muuten tietyissä olosuhteissa (esimerkiksi jos potilas on vahingossa maadoitettu) voi tapahtua sähkövamma.

Vaihtovirran tasasuuntaus (muuntaminen tasavirraksi) suoritetaan puolijohdediodeilla (5, kuva 1). Puolijohteet ovat kiinteitä kiteisiä aineita, joiden sähkönjohtavuus on johtimien ja eristeiden sähkönjohtavuuden välissä. Puolijohteiden sähkönjohtavuus riippuu suuresti ulkoisista olosuhteista (lämpötila, valaistus, ulkoiset sähkökentät, ionisoiva säteily jne.). Joten erittäin alhaisessa lämpötilassa, joka on lähellä absoluuttista nollaa (-273 С), puolijohteet käyttäytyvät kuin eristeet, toisin kuin useimmat suprajohtavaan tilaan siirtyvät johtimet. Lämpötilan noustessa johtimien sähkövirran vastus kasvaa ja puolijohteiden vastus pienenee.

Jopa huoneenlämpötilassa puhtaan puolijohteen sähkönjohtavuus, jota kutsutaan luontaiseksi, on pieni, mikä johtuu satunnaisesti muodostuneista reikistä (vapaista paikoista hilaatomeissa) ja vapaista elektroneista (päävarauksen kantajat) lähes yhtä suuressa määrin. Kun pieni osa epäpuhtautta lisätään puhtaaseen puolijohteeseen, sen sähkönjohtavuus kasvaa merkittävästi.

Puolijohdediodin toiminta perustuu ilmiöön, jossa syntyy kontaktipotentiaaliero kahden erityyppisen johtavuuden omaavan puolijohteen liitosalueella:

n-tyypin puolijohde (elektronit ovat tärkeimmät varauksen kantajat);

p-tyyppinen puolijohde (reiät ovat tärkeimmät varauksen kantajat).

Epäpuhtauksien avulla voidaan saada n- ja p-tyypin puolijohteita. Esimerkiksi kun epäpuhtausarseeniatomit, joissa on viisi valenssikerroksen (As) elektronia, viedään germaniumiin (Ge), jokainen epäpuhtausatomi korvaa germaniumatomin. Epäpuhtausatomin neljä elektronia muodostavat kovalenttisia sidoksia viereisten germaniumatomien valenssielektronien kanssa, kun taas viides elektroni pysyy vapaana ja siitä voi tulla virran kantaja. Epäpuhtauksia, joilla on korkeampi valenssi kuin pääalkuaineella, kutsutaan luovuttajiksi, koska ne tuovat ylimääräisiä elektroneja kiteeseen, ja kiteitä, joissa on tällaisia ​​epäpuhtausatomeja, kutsutaan n-tyypin kiteiksi. Ulkoisen vakiokentän vaikutuksesta vapaat elektronit liikkuvat kohti positiivista elektrodia.

Jos puhtaaseen germaniumiin lisätään epäpuhtausatomeja, joissa on kolme valenssikerroksen elektronia, esimerkiksi indiumatomeja, epäpuhtausatomi korvaa germaniumkidehilassa olevan atomin. Täydellisen kovalenttisen sidoksen muodostamiseksi epäpuhtausatomi varaa neljännen elektronin mistä tahansa viereisestä germaniumatomista. Tässä tapauksessa yksi naapuriatomin kovalenttisista sidoksista katkeaa. Täyttämätöntä kovalenttista sidosta kutsutaan aukoksi; sillä on positiivisen varauksen omaavan elektronin ominaisuus. Alhaisemman valenssin epäpuhtauksia kutsutaan akseptoreiksi. Germaniumia sisältävä akseptoriatomeja on p-tyypin kide. Vakiokentän lisääminen p-tyypin kiteeseen saa reiät liikkumaan kohti negatiivista elektrodia. Mitä tulee virrankulkuun, reikien virtauksella positiiviselta elektrodilta negatiiviseen elektrodille on sama vaikutus kuin elektronien virtauksella negatiiviselta elektrodilta positiiviseen.

P- ja n-tyypin puolijohteiden kosketusta kutsutaan elektronireikäliitokseksi.

Näiden puolijohteiden kosketusvyöhykkeellä reiät ja elektronit keskittyvät poispäin liitoksesta (kuva 2). Tämä selittyy luovuttaja- ja akseptoriatomien lähes täydellisellä liikkumattomuudella kidehilassa verrattuna reikien ja elektronien liikkuvuuteen. Luovuttajaatomien kokonaisvarauksen vaikutus ilmenee p-n-liitoksesta vasemmalla olevien reikien hylkimisessä, ja vastaanottajaatomien kokonaisvaraus vaikuttaa elektroneihin niin, että ne hylätään p-n-liitoksesta oikealle. Tällöin muodostuu ns. potentiaalisulku, joka estää reikien ja elektronien virtauksen. Siten rajakerros saa erittäin suuren vastuksen elektroneille n-p-suunnassa ja aukkoille p-n-suunnassa ja sitä kutsutaan sulkukerrokseksi.

Itse asiassa tämä kerros toimii kuin pieni akku, jonka kenttävoimakkuus on E" (näkyy kuvassa 2 katkoviivalla). P-n-liitoksen käyttämiseksi oikaisuun kytketään ulkoinen akku, joka joko auttaa tai auttaa tai estää potentiaalisuojaa vastaavan akun toiminnan.

Riisi. 2. Kontaktipotentiaalieron muodostuminen.

(- vastaanottajat, "+" - reiät, - luovuttajat, "-" - elektronit)

Puolijohteiden enemmistövarauksenkantajien lisäksi on vähemmistövarauksenkantajia:

p-tyypin puolijohteessa elektroneja;

n-tyypin puolijohteessa on reikiä.

Jos kytketään jännitelähteen positiivinen napa p-tyypin puolijohteeseen ja jännitelähteen negatiivinen napa n-tyypin puolijohteeseen (kuva 3a), niin ulkoinen kenttävoimakkuus E, joka on suunnattu vastakkain voimakkuuden E kanssa. ", siirtää kussakin puolijohteessa päävarauksen kantajia kontaktikerrosta kohti. Niiden pitoisuus kosketusalueella kasvaa merkittävästi ja kerroksen sähkönjohtavuus palautuu. Tämän seurauksena estokerros pienenee ja sen resistanssi laskee. Sähköinen virran tähän suuntaan tuottavat päävarauksen kantajat Tätä p-n-liitoksen suuntaa kutsutaan suoraksi tai läpimeneväksi.

Jos muutat käytetyn ulkoisen jännitteen napaisuutta (kuva 3b), ulkoisen kentän E intensiteetti, joka osuu suunnassa intensiteetin E " kanssa, aiheuttaa kussakin puolijohteessa päävarauksenkuljettajien liikkeen kontaktikerros vastakkaisiin suuntiin. Sulkukerros laajenee ja sen vastus kasvaa merkittävästi. Koskettimen läpi kulkeva virta pienenee jyrkästi. Se tapahtuu vain vähemmistövarauksenkantajien liikkeellä, joiden pitoisuus puolijohteissa on hyvin pieni.Tätä pn-liitoksen suuntaa kutsutaan estämiseksi.

Puolijohdediodin toiminta perustuu tähän periaatteeseen. Jos kuormitusresistanssi (esim. biologiset kudokset) kytketään sarjaan puolijohdediodin kanssa ja niihin syötetään vaihtojännite, virta kulkee kuormitusvastuksen läpi vain yhteen suuntaan. Tätä muuntamista kutsutaan AC-tasasuuntaamiseksi.

Riisi. Kuva 3. Virran kulku piirissä, joka sisältää elektroni-reikä-siirtymän (a – siirtotila, b – estotila).

P-n -siirtymän nykyinen tila, kun ulkoinen EMF-lähde on kytketty puolijohdediodiin, on esitetty kuvassa 1. 4.

positiivisella jännitearvolla (lähetystila) virta kasvaa jyrkästi;

negatiivisella jännitearvolla (lukitustila) virta muuttuu hyvin hitaasti diodin läpilyöntijännitteeseen U pr ja tasasuuntausominaisuuksien menetykseen asti.

Riisi. 4. Puolijohdediodin volttiampeeriominaisuus.

Vaihtojännitekäyrä on sinimuotoinen (kuva 5a). Jos se johdetaan yhden diodin läpi, niin yksipuolisen johtumisen vuoksi lähtösignaali tulee kuvan 5b mukaiseksi.

Galvanointilaitteistossa käytetään kahta puolijohdediodia (5, kuva 1), jotka on kytketty muuntajan (3) toisiokäämin liittimiin A ja B. Kun pisteen A potentiaali on suurempi kuin pisteen B potentiaali, virta kulkee ylimmän diodin läpi. Alempi diodi on tällä hetkellä lukittu. Seuraavalla puolijaksolla, kun pisteen B potentiaali on suurempi kuin pisteen A potentiaali, virta kulkee alemman diodin läpi. Tämän seurauksena pisteessä C potentiaaliarvo ei ota negatiivisia arvoja (suhteessa pisteeseen D), ja kun ulkoinen kuorma on kytketty näihin pisteisiin, virta kulkee vain yhteen suuntaan. Näin saadaan vaihtojännitteen täysaaltotasasuuntaus (kuva 5c).

Jännitteen aaltoilun tasoittamiseen käytetään sähkösuodatinta, joka koostuu yhdestä kondensaattorista tai kondensaattoreista ja vastuksista (6.7 kuvassa 1) tai muun tyyppisistä suodattimista.

Riisi. 5. Aikariippuvuuden kuvaajat: a) AC-jännite, b) yhdelle diodille tasasuunnattu jännite, c) kahdella diodilla tasasuunnattu jännite.

RC-suodattimen toiminta perustuu kapasitanssin X C sähköisen vastuksen riippuvuuteen taajuudesta ω:

X C = . (1)

Elementtejä valittaessa on täytyttävä seuraava ehto:

Aaltoilujännitteen noustessa suodatinkondensaattori (6) latautuu (sen varaus kasvaa, kunnes tämä jännite saavuttaa maksimiarvon). Jännitepulssien välisissä tauoissa kondensaattorit puretaan kuormaan (8, kuva 1), jolloin syntyy purkausvirta, joka kulkee suuntaan, joka on sama kuin sykkivän jännitteen suunta. Tämän seurauksena lähtöjännite saa tasaisen muodon (kuva 6).

Elektrodien kautta potilaaseen syötettävän jännitteen säätö suoritetaan potentiometrillä (8, kuva 1): laitteen lähdön maksimijännite on liikkuvan koskettimen yläasennossa ja nolla-arvo olla alemmassa asennossa.

Toimenpiteitä suoritettaessa on tarpeen valvoa potilaan läpi kulkevan virran määrää. Se suoritetaan milliampeerimittarilla (9, kuva 1). Shuntin (10, kuva 1) liittäminen mahdollistaa milliampeerimittarin asteikon suurentamisen.

Riisi. Kuva 6. Kaavio signaalista sen jälkeen, kun se on kulkenut sähkösuodattimen läpi (pisteviiva osoittaa sykkivän tulosignaalin).

Virta johdetaan potilaaseen elektrodeilla, joiden alle asetetaan vedellä tai suolaliuoksella kostutetut tyynyt. Tämä on välttämätöntä elektrolyysituotteiden aiheuttaman elektrodien alla olevien kudosten "kauterisoinnin" poistamiseksi. Itse asiassa kehon elävät kudokset sisältävät natriumkloridin - Na + ja Cl - -ionien elektrolyysituotteita. Kun ne ovat vuorovaikutuksessa ihon pinnalla nestefaasissa olevien vesi-ionien (H+, OH–) kanssa, ne muodostavat NaOH-emäksen negatiivisen elektrodin alle ja suolahappoa HCl:a positiivisen elektrodin alle. Siksi kaikissa tasavirtasovelluksissa metallielektrodeja ei voida kiinnittää suoraan kehon pintaan.

Kehon kudokset koostuvat soluista, joita ympäröi kudosneste. Tällainen järjestelmä koostuu kahdesta väliaineesta, jotka johtavat virtaa suhteellisen hyvin (kudosneste ja solusytoplasma), jotka erottaa huonosti johtava kerros - solukalvo (kalvo).

Tasavirran ensisijainen vaikutus kehon kudoksiin johtuu niissä olevien varautuneiden hiukkasten, pääasiassa kudoselektrolyyttien, sekä ioneja adsorboivien kolloidisten hiukkasten liikkeestä. Ulkoinen sähkökenttä aiheuttaa viivettä ja ionien kerääntymistä lähelle kalvoja kudoselementeissä (solujen sisällä ja solunulkoisessa nesteessä), mikä muuttaa niiden tavallista pitoisuutta (kuva 7). Tämän seurauksena kalvot on merkitty:

kaksinkertaisen sähkökerroksen muodostus;

polarisaatioilmiö;

diffuusiopotentiaalin luominen;

biopotentiaalin muutos jne.

Riisi. 7. Ionien jakautuminen solukalvoille galvanisoinnin aikana (E - elektrodit).

Aktiivisen altistuksen tulos tulee havaittavaksi makrotasolla: ihon punoitus (hyperemia) tapahtuu elektrodien alla vasodilataatiosta johtuen. Kaikki nämä prosessit vaikuttavat solujen toiminnalliseen tilaan. Kudosten uusiutuminen (perifeeriset hermosäikeet, lihakset, epiteeli) ja hermoston säätelytoiminta lisääntyvät. Nämä mekanismit määräävät galvanisoinnin käytön terapeuttisiin tarkoituksiin. On kuitenkin vielä kerran huomattava, että tasavirran ensisijainen vaikutus kehon kudoksiin perustuu polarisaatioilmiöitä biokalvon pinnalla.

Hoitoprosessin aikana elektrodit, joissa on pehmusteet, kiinnitetään sopiviin paikkoihin kehon pinnalle ("transicerebraalinen galvanointi", "galvaaninen kaulus" jne.).

On pidettävä mielessä, että kun elektrodien alla oleva iho- ja ihonalainen rasvakerros on voitettu, virta haarautuu ja kulkee syvälle sijaitsevien kudosten ja elinten läpi väliaineiden kautta, joilla on alhainen vastus (kudosneste, veri, imusolmukkeet, hermovaipat jne.). ). Tämän seurauksena useat potilaan elimet ja järjestelmät kärsivät samanaikaisesti.

KÄYTÄNNÖN OSA

Tässä työssä käytetään galvanointilaitetta, jonka sivupaneelissa näkyvät vaihtokytkimet, joiden avulla voit kytkeä sen lohkot erikseen. Sähköisten signaalien muodon tarkkailemiseksi laitteeseen on kytketty oskilloskooppi.

Materiaali on mukana fysiikan laboratoriotyössä 11. luokalla. Oppitunnin alussa opiskelijoille asetetaan tavoite ja teorian lyhyt toisto.

Sitten keskustellaan työn edistymisestä ja tehdään kokeita. Havaintojen tulokset kirjataan muistivihkoon selostusta vaativien piirustusten muodossa. Ja työn lopussa tehdään johtopäätökset.

Näytä asiakirjan sisältö
"Laboratoriotyö "Sähkömagneettisen induktion ilmiön tutkiminen""

Laboratoriotyöt

"Sähkömagneettisen induktion ilmiön tutkiminen"

Belyan L.F.,

fysiikan opettaja MBOU "Secondary School No. 46"

Bratsk

Tavoitteet:

• tutkia olosuhteita

induktion esiintyminen

virta suljetussa johtimessa;

• varmista, että se on reilua

Lenzin säännöt;

• Ota selvää niistä tekijöistä

riippuu indusoidun virran voimakkuudesta.

Laitteet:

• milliametri ( ma)

tai mikroampeeri ( μA ),

• kaarimagneetti,
• lanka kela.

Työskentelyprosessi

1. Kokoa piiri, joka koostuu kelasta ja milliampeerimittarista. Laske kestomagneetti kelan sisään, määritä tuloksena olevan induktiivisen virran suunta.

Työskentelyprosessi

2. Irrota magneetti kelasta. Onko indusoidun virran suunta muuttunut? Piirrä yksinkertaistettu kaavio kokeesta muistikirjoihisi.

3. Tuleeko induktiovirtaa, kun magneetti on levossa suhteessa kelaan?

Miten tämä voidaan todistaa?

Työraportin tekeminen:

Työraportin tekeminen:

Muotoile johtopäätökset jokaisesta työstä.

1. Miten kelaan tunkeutuva magneettivuo muuttuu (kasvaa, pienenee, ei muutu)?

2. Miten kestomagneettikentän magneettisen induktion linjat suunnataan?

3. Miten induktiovirran magneettikentän linjat on suunnattu?

4. Määritä kelan magneettikentän navat.

5. Määritä induktiovirran suunta oikean käden säännön mukaan.

Johtopäätös:

1. Mikä määrittää induktiovirran suunnan?

2. Mikä määrittää induktiivisen virran suuruuden?

Tuntisuunnitelma

Oppitunnin aihe: Laboratoriotyö: "Sähkömagneettisen induktion ilmiön tutkiminen"

Ammatin tyyppi - sekalainen.

Oppitunnin tyyppi yhdistetty.

Oppitunnin oppimistavoitteet: tutkia sähkömagneettisen induktion ilmiötä

Oppitunnin tavoitteet:

Koulutuksellinen:tutkia sähkömagneettisen induktion ilmiötä

Kehittyy. Kehittää kykyä tarkkailla, muodostaa käsitys tieteellisen tiedon prosessista.

Koulutuksellinen. Kehitä kognitiivista kiinnostusta aihetta kohtaan, kehitä kykyä kuunnella ja tulla kuulluksi.

Suunnitellut koulutustulokset: Vahvistaa fysiikan opetuksen käytännön perehtymistä, taitojen muodostumista soveltaa hankittua tietoa erilaisissa tilanteissa.

Luonne: kanssa edistää fyysisten esineiden emotionaalista havaintoa, kykyä kuunnella, ilmaista ajatuksiaan selkeästi ja tarkasti, kehittää aloitteellisuutta ja aktiivisuutta fyysisten ongelmien ratkaisemisessa, muodostaa kykyä työskennellä ryhmässä.

Metasubjekti: skehittää kykyä ymmärtää ja käyttää visuaalisia apuvälineitä (piirustukset, mallit, kaaviot). Algoritmisten ohjeiden olemuksen ymmärtämisen kehittäminen ja kyky toimia ehdotetun algoritmin mukaisesti.

aihe: noin osaa fyysistä kieltä, kykyä tunnistaa rinnakkais- ja sarjaliitännät, kyky navigoida sähköpiirissä, koota piirejä. Kyky yleistää ja tehdä johtopäätöksiä.

Oppitunnin edistyminen:

1. Oppitunnin alun organisointi (poissaolijoiden merkitseminen, oppilaiden valmiuden tarkistaminen oppitunnille, opiskelijoiden kotitehtäviin liittyviin kysymyksiin vastaaminen) - 2-5 minuuttia.

Opettaja kertoo oppilaille oppitunnin aiheen, muotoilee oppitunnin tavoitteet ja esittelee oppilaille tuntisuunnitelman. Oppilaat kirjoittavat oppitunnin aiheen vihkoonsa. Opettaja luo edellytykset oppimistoiminnan motivaatiolle.

Uuden materiaalin hallinta:

Teoria. Sähkömagneettisen induktion ilmiökoostuu sähkövirran esiintymisestä johtavassa piirissä, joka joko lepää vaihtuvassa magneettikentässä tai liikkuu vakiomagneettikentässä siten, että piiriin läpäisevien magneettisten induktiolinjojen lukumäärä muuttuu.

Magneettikenttää kussakin avaruuden pisteessä luonnehtii magneettinen induktiovektori B. Asetetaan suljettu johdin (piiri) tasaiseen magneettikenttään (katso kuva 1.)

Kuva 1.

Normaali muodostaa kulman johtimen tasoon nähdenmagneettisen induktiovektorin suunnan kanssa.

magneettinen virtausФ pinnan läpi, jonka pinta-ala on S, kutsutaan arvoksi, joka on yhtä suuri kuin magneettisen induktiovektorin B moduulin ja alueen S ja kulman kosinin tulovektorien välillä ja .

Ф=В S cos α (1)

Suljetussa piirissä esiintyvän induktiivisen virran suunta sen läpi kulkevan magneettivuon muuttuessa määräytyy Lenzin sääntö: suljetussa piirissä syntyvä induktiivinen virta vastustaa magneettikentällään sen aiheuttamaa muutosta magneettivuossa.

Käytä Lenzin sääntöä seuraavasti:

1. Aseta ulkoisen magneettikentän magneettisen induktion B linjojen suunta.

2. Selvitä, kasvaako tämän kentän magneettinen induktiovirta ääriviivan ( F 0) tai laskee ( F 0).

3. Aseta magneettisen induktion B "magneettikentän linjojen suunta

induktiivinen virta Ikäyttämällä gimlet-sääntöä.

Kun magneettivuo muuttuu ääriviivan rajoittaman pinnan läpi, jälkimmäiseen ilmaantuu ulkoisia voimia, joiden toimintaa luonnehtii EMF, ns. Induktion EMF.

Sähkömagneettisen induktion lain mukaan suljetun silmukan induktion EMF on itseisarvoltaan yhtä suuri kuin silmukan rajoittaman pinnan läpi kulkevan magneettivuon muutosnopeus:

Laitteet ja varusteet:galvanometri, virtalähde, ydinkelat, kaarimagneetti, avain, liitäntäjohdot, reostaatti.

Työmääräys:

1. Induktiovirran saaminen. Tätä varten tarvitset:

1.1. Kokoa kuvan 1.1 avulla piiri, joka koostuu kahdesta kelasta, joista toinen on kytketty tasavirtalähteeseen reostaatin ja avaimen kautta ja toinen, joka sijaitsee ensimmäisen yläpuolella, on kytketty herkkään galvanometriin. (katso kuva 1.1.)

Kuva 1.1.

1.2. Sulje ja avaa piiri.

1.3. Varmista, että induktiovirta esiintyy yhdessä käämistä käämin sähköpiirin sulkemishetkellä, joka on paikallaan ensimmäiseen nähden, samalla kun tarkkailet galvanometrin neulan poikkeaman suuntaa.

1.4. Laita galvanometriin kytketty käämi liikkeelle tasavirtalähteeseen kytkettyyn kelaan nähden.

1.5. Varmista, että galvanometri havaitsee sähkövirran esiintymisen toisessa kelassa sen liikkeen yhteydessä, kun taas galvanometrin nuolen suunta muuttuu.

1.6. Suorita koe galvanometriin kytketyllä kelalla (katso kuva 1.2.)

Kuva 1.2.

1.7. Varmista, että induktiovirta syntyy, kun kestomagneetti liikkuu kelaan nähden.

1.8. Tee johtopäätös induktiovirran syystä suoritetuissa kokeissa.

2. Lenzin säännön täyttymisen tarkistaminen.

2.1. Toista koe kohdasta 1.6. (Kuva 1.2.)

2.2. Piirrä jokaisesta tämän kokeen neljästä tapauksesta kaaviot (4 kaaviota).

Kuva 2.3.

2.3. Tarkista kussakin tapauksessa Lenzin säännön täyttyminen ja täytä taulukko 2.1 näiden tietojen mukaan.

Taulukko 2.1.

N kokemus	Menetelmä induktiovirran saamiseksi
	Magneetin pohjoisnavan lisääminen kelaan				lisääntyy
	Magneetin pohjoisnapa irrotetaan kelasta				vähenee
	Magneetin etelänavan asettaminen kelaan				lisääntyy
	Magneetin etelänavan poistaminen kelasta				vähenee

3. Tee johtopäätös tehdystä laboratoriotyöstä.

4. Vastaa turvakysymyksiin.

Testikysymykset:

1. Miten suljetun piirin tulisi liikkua tasaisessa magneettikentässä translaatio- tai rotaatiokentässä niin, että siihen syntyy induktiivinen virta?

2. Selitä, miksi piirin induktiivisella virralla on sellainen suunta, että sen magneettikenttä estää sen aiheuttaman magneettivuon muutoksen?

3. Miksi sähkömagneettisen induktion laissa on "-"-merkki?

4. Magnetoitu terästanko putoaa magnetoidun renkaan läpi akseliaan pitkin, jonka akseli on kohtisuorassa renkaan tasoon nähden. Miten virta kehässä muuttuu?

Pääsy laboratoriotöihin 11

1. Mikä on magneettikentän tehoominaisuuden nimi? Sen graafinen merkitys.

2. Miten magneettisen induktiovektorin moduuli määritetään?

3. Määritä magneettikentän induktion mittayksikkö.

4. Miten magneettisen induktiovektorin suunta määritetään?

5. Muotoile gimlet-sääntö.

6. Kirjoita muistiin magneettivuon laskentakaava. Mikä on sen graafinen merkitys?

7. Määritä magneettivuon mittayksikkö.

8. Mikä on sähkömagneettisen induktion ilmiö?

9. Mistä johtuu varausten erottuminen magneettikentässä liikkuvassa johtimessa?

10. Mikä on syynä varausten erottumiseen kiinteässä johtimessa vaihtuvassa magneettikentässä?

11. Muotoile sähkömagneettisen induktion laki. Kirjoita kaava muistiin.

12. Muotoile Lenzin sääntö.

13. Selitä Lenzin sääntö, joka perustuu energian säilymisen lakiin.

Tämä materiaali on kuvaus 9. ja 11. luokkien opiskelijoiden laboratoriotyöstä "Sähkömagneettisen induktion ilmiön tutkiminen". Työ sisältää sähkömagneettisen induktion ilmiön vaiheittaisen tutkimuksen. Työn aikana opiskelija selvittää, milloin induktiovirta syntyy, mikä määrää sen suuruuden.

Ladata:

Esikatselu:

Laboratoriotyöt

"Sähkömagneettisen induktion ilmiön tutkiminen"

Työn tarkoituksena on tutkia sähkömagneettisen induktion ilmiötä.

Laitteet: milliampeerimittari, kelakela, kaarimagneetti, liuskamagneetti.

Työmääräys

minä Induktiovirran esiintymisen edellytysten selvittäminen.

1. Liitä kela milliampeerimittarin puristimiin.

2. Tarkkailemalla milliampeerimittarin lukemia, pane merkille, tapahtuiko induktiovirta, jos:

1. Aseta magneetti kiinteään kelaan
2. poista magneetti kiinteästä kelasta,
3. aseta magneetti kelan sisään jättäen sen liikkumatta.

3. Selvitä, kuinka kelaan läpäisevä magneettivuo Ф muuttui kussakin tapauksessa. Tee johtopäätös olosuhteista, joissa induktiivinen virta ilmaantui kelaan.

II. Induktiovirran suunnan tutkimus.

1. Kelan virran suunta voidaan arvioida suunnan perusteella, jossa milliampeerimetrin neula poikkeaa nollajaosta.

Tarkista, onko induktiovirran suunta sama, jos:

1. aseta kelaan ja poista magneetti pohjoisnavalla;
2. aseta magneetti magneettikelaan pohjoisnavan ja etelänavan kanssa.

2. Ota selvää, mikä kussakin tapauksessa muuttui. Tee johtopäätös siitä, mikä määrittää induktiovirran suunnan.

III. Induktiovirran suuruuden tutkimus.

1. Lähesty magneettia kiinteään kelaan hitaasti ja suuremmalla nopeudella huomioimalla kuinka monta jakoa (N 1, N 2 ) milliammetrin neula poikkeaa.

2. Tuo magneetti lähemmäksi käämiä pohjoisnavan kanssa. Huomaa kuinka monta divisioonaa N 1 milliammetrin nuoli poikkeaa.

Kiinnitä tankomagneetin pohjoisnapa kaarevan magneetin pohjoisnapaan. Selvitä kuinka monta divisioonaa N 2 milliampeerimittarin nuoli poikkeaa, kun kaksi magneettia lähestyy samanaikaisesti.

3. Selvitä, kuinka magneettivuo muuttui kussakin tapauksessa. Tee johtopäätös siitä, mistä induktiovirran suuruus riippuu.

Vastaa kysymyksiin:

1. Ensin nopeasti ja sitten hitaasti työnnä magneetti kuparilangan kelaan. Siirtyykö sama sähkövaraus käämin lankaosan läpi?

• " onclick="window.open(this.href,"win2","status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,hakemistot =ei,sijainti=ei"); return false;" > Tulosta
• Sähköposti

Lab #9

Sähkömagneettisen induktion ilmiön tutkiminen

Tavoite: tutkia olosuhteita induktiovirran, induktio-EMF:n esiintymiselle.

Laitteet: kela, kaksi tankomagneettia, milliametri.

Teoria

Merkittävä englantilainen fyysikko M. Faraday loi sähkö- ja magneettikenttien keskinäisen yhteyden vuonna 1831. Hän löysi ilmiön. elektromagneettinen induktio.

Lukuisat Faradayn kokeet osoittavat, että magneettikentän avulla on mahdollista saada sähkövirta johtimeen.

Sähkömagneettisen induktion ilmiötarkoittaa sähkövirran esiintymistä suljetussa piirissä, kun piiriin tunkeutuva magneettivuo muuttuu.

Sähkömagneettisen induktion ilmiön aikana esiintyvää virtaa kutsutaan induktio.

Sähköpiirissä (kuva 1) tapahtuu induktiovirtaa, jos magneetti liikkuu kelaan nähden tai päinvastoin. Induktiovirran suunta riippuu sekä magneetin liikesuunnasta että sen napojen sijainnista. Induktiovirtaa ei ole, jos kelan ja magneetin suhteellista liikettä ei ole.

Kuva 1.

Tarkkaan ottaen, kun piiri liikkuu magneettikentässä, ei synny tiettyä virtaa, vaan tiettyä e. d.s.

Kuva 2.

Faraday löysi sen kokeellisesti kun magneettivuo muuttuu johtavassa piirissä, syntyy induktion E ind EMF, joka on yhtä suuri kuin piirin rajaaman pinnan läpi kulkevan magneettivuon muutosnopeus miinusmerkillä otettuna:

Tämä kaava ilmaisee Faradayn laki:e. d.s. induktio on yhtä suuri kuin ääriviivan rajoittaman pinnan läpi kulkevan magneettivuon muutosnopeus.

Kaavan miinusmerkki heijastaa Lenzin sääntö.

Vuonna 1833 Lenz osoitti kokeellisesti lausunnon nimeltä Lenzin sääntö: magneettivuon muuttuessa suljetussa piirissä virittynyt induktiovirta on aina suunnattu siten, että sen luoma magneettikenttä estää induktiovirran aiheuttavan magneettivuon muutoksen.

Magneettivuon lisääntyessäФ>0 ja ε ind< 0, т.е. э. д. с. индукции вызывает ток такого направления, при котором его маг­нитное поле уменьшает магнитный поток через контур.

Pienenevällä magneettivuolla F<0, а ε инд >0 eli induktiivisen virran magneettikenttä lisää pienenevää magneettivuoa piirin läpi.

Lenzin sääntö on syvä fyysinen merkitys – se ilmaisee energian säilymisen lakia: jos piirin läpi kulkeva magneettikenttä kasvaa, virta piirissä suunnataan siten, että sen magneettikenttä on suunnattu ulkoista magneettikenttää vasten, ja jos ulkoinen magneettikenttä piirin läpi pienenee, niin virta suunnataan niin, että sen magneettikenttä kenttä tukee tätä pienenevää magneettikenttää.

Induktio-emf riippuu useista syistä. Jos kelaan työnnetään kerran vahva magneetti ja toisen kerran heikko, niin laitteen lukemat ovat ensimmäisessä tapauksessa korkeammat. Ne ovat myös korkeammat, kun magneetti liikkuu nopeasti. Jokaisessa tässä työssä tehdyssä kokeessa induktiovirran suunta määräytyy Lenzin säännön mukaan. Menettely induktiovirran suunnan määrittämiseksi on esitetty kuvassa 2.

Kuvassa kestomagneetin magneettikentän voimalinjat ja induktiovirran magneettikentän linjat on merkitty sinisellä. Magneettikenttäviivat on aina suunnattu N:stä S - magneetin pohjoisnavasta etelänapaan.

Lenzin säännön mukaan johtimessa oleva induktiivinen sähkövirta, joka syntyy magneettivuon muuttuessa, on suunnattu siten, että sen magneettikenttä vastustaa magneettivuon muutosta. Siksi kelassa magneettikentän voimalinjojen suunta on vastakkainen kestomagneetin voimalinjojen kanssa, koska magneetti liikkuu käämiä kohti. Löydämme virran suunnan kierteen säännön mukaan: jos gimletti (oikealla kierteellä) ruuvataan sisään niin, että sen translaatioliike osuu yhteen kelan induktiolinjojen suunnan kanssa, niin kiinnityskahva osuu yhteen induktiovirran suunnan kanssa.

Siksi virta milliampeerimittarin läpi kulkee vasemmalta oikealle, kuten kuvassa 1 näkyy punaisella nuolella. Siinä tapauksessa, että magneetti siirtyy pois kelasta, induktiivisen virran magneettikenttälinjat osuvat kestomagneetin voimalinjojen suuntaan ja virta kulkee oikealta vasemmalle.

Työskentelyprosessi.

Valmistele raportille taulukko ja täytä se kokeiden aikana.

	Toimii magneetilla ja kelalla	Indikaatioita milliampeerimetri,	Milliampeerimittarin neulan taipumasuunnat (oikea, vasen tai ei jousta)	Induktiovirran suunta (Lenzin säännön mukaan)
	Aseta magneetti nopeasti kelaan pohjoisnavan kanssa
	Jätä magneetti kelaan paikallaan kokemuksen jälkeen 1
	Vedä magneetti nopeasti ulos kelasta
	Siirrä kela nopeasti magneetin pohjoisnapaan
	Jätä kela liikkumatta kokeen 4 jälkeen
	Vedä kela nopeasti pois magneetin pohjoisnavasta
	Työnnä pohjoisnapamagneetti hitaasti kelaan