Cívka a magnetické pole Mgr. Milan Hampl EU OPVK ICT2-1/ICT16 Základní škola Olomouc, Heyrovského 33 Určeno pouze pro výuku Žádná část ani celek nesmí být použit pro komerční účely

Identifikátor materiálu: EU OPVK ICT2-1/ICT16 ŠkolaZákladní škola Olomouc, Heyrovského 33 Číslo projektuCZ.1.07/1.4.00/ Název projektuMáme šanci číst, zkoumat a tvořit AnotaceŽáci si upevní a prohloubí znalosti při samostatné práci AutorMgr. Milan Hampl NázevCívka a magnetické pole Očekávaný výstup Procvičení a prohloubení znalostí s využitím digitální technologie, Vzdělávací oblast - oborVolitelné předměty - Informatika Klíčová slovaMagnetické pole, cívka, Druh učebního materiáluPrezentace Druhy interaktivity Měření fyzikálních veličin s pomocí počítače, motivace, procvičení a ověření znalostí využití počítače v technické praxi. Cílová skupinaŽáci Stupeň a typ vzděláváníZákladní škola II. stupeň Typická věková skupina8. a 9. ročník ZŠ Datum / období vzniku VMKvěten 2013

Ovládání Doplnění učiva, zajímavosti - externí odkaz (nutné aktivní připojení) Pro zobrazení průběhu měření je nutný nainstalovaný Adobe Flash Player Možno nainstalovat zde: / / V tomto typu prezentace jsou odkazy na externí internetové stránky, odkazy je nutno občas aktualizovat. Proto se stejné prezentace mohou vyskytovat v různých verzích. Kompletní dynamický záznam měření je součástí prezentace. Toto řešení není zrovna obvykle, ale v tomto případě má informační i metodický význam. Pokud by záznam měření nefungoval korektně (problém s flashplayer) jsou přiloženy i statické záznamy měření. Verze 1.2

Obsah Metodické poznámky Teorie Senzor Postup Ukázky naměřených grafů Záznam měření

Metodické poznámky Cílem této práce je umožnit žákům seznámení se značně opomíjeným využití výpočetní techniky v technické praxi. Žáci většinou dobře znají využití počítačů pro komunikaci, hry, zpracování textových a grafických souborů. Chápou vytváření webových stránek, vyhledávání informací i používání komunitních sítí. Opomíjená však často zůstává velká oblast využití počítačů pro měření fyzikálních a technických veličin i řízení procesů. Zde se žáci mohou prakticky nezmámit s tímto aspektem využití počítačů. Dalším vedlejším efektem je posílení mezipředmětových vztahu mezi informatikou, fyzikou, matematikou a pracovními činnostmi. Přírodovědnému a technickému vzdělání se v poslední době začíná znovu věnovat větší pozornost. Žáci jsou vedeni k samostatné práci, řešení problémů a skupinové práci. Učitel zde zastává funkcí vedoucího experimentu a dbá na bezpečnost žáků i správné použití měřící techniky. Podle interaktivního návodu žáci většinou zvládnou získat požadované výsledky samostatně (případně ve skupině) jen s minimální pomocí učitele. Připojení senzorů někdy vyžaduje radu učitele, měřící software žáci zvládají většinou dobře, ovládání je intuitivní a standardní.

Trocha teorie na úvod Odkazy na webové stránky Znalost externích odkanu není nutná pro úspěšné provedení měření, ale tyto informace jsou vybrány pro rozšíření znalostí a mají mnohdy charakter zajímavostí související s tématem měření. Některé stránky obsahují informace značně přesahující učivo základních škol, ale přesto jsou částečně pochopitelné a vhodné i pro tu věkovou skupinu. Cívka v elektrickém obvodu je často používaná součástka. Je vyrobena z vodiče (obvykle měděného) navinutého na izolační kostru s dutinou. Elektromagnetické vlastnosti cívky ovlivňuje velkost proudu procházející cívkou, počet závitů cívky (hustota závitů cívky a její geometrie) a magnetické vlastnosti jádra cívky. Chování cívky v obvodu stejnosměrného proudu se popisuje poměrně snadno. Chování cívky v obvodu střídavého proudu je podstatně složitější. Záleží především na frekvenci střídavého proudu, ale i na vlastnostech cívky. Magnetická indukce je udávána v jednotkách Tesla (případně mT). Prochází li proud cívkou vzniká v jejím okolí magnetické pole. Této skutečnosti se využívá v mnoha zařízení, elektromagnet, transformátor, elektrický zvonek, jističe, reproduktor, mikrofon, elektromagnetické relé a jiné.

Senzor Teslametr Čidlo magnetického pole Tento senzor měří hodnoty magnetického pole, k tomu má dva rozsahy (± 0,3 mT a ± 6,4 mT). Jednotka magnetické indukce je Tesla (značka T). Citlivější rozsah je vhodný k měření magnetického pole Země. Větší rozsah pak k měření polí trvalých magnetů, nebo elektromagnetů.

Senzor Ampérmetr Ampérmetr je vhodní pro měření stejnosměrného i střídavého proudu. Maximální vstupní napětí 10 V a maximální proud 600 mA ! Citlivost přibližně 0,3 mA.

Rozhraní LabQuest Mini je jednodušší verze LabQuest. LabQuest Mini je rozhraní připojené k počítači pomocí USB kabelu. Počítač zajišťuje pomocí software vlastní výpočetní výkon, ovládání i zobrazení na monitoru. Toto rozhraní má lepší parametry než rozhraní Go!Link. Rozhraní LabQuest Mini má 3 analogové porty a 2 digitální porty. Nevyžaduje samostatný napájecí zdroj, je napájeno pomocí USB kabelu. LabQuest Mini

Postup měření Sestavíme obvod podle následující fotografie. Obvod obsahuje zdroj napětí (dvě 4,5V baterie zapojené sériově = 9V). Cívka se 600 závity, reostat a ampérmetr. K dutině cívky přiblížíme teslametr. Při prvním měření ponecháme dutinu cívky prázdnou (vzduchové jádro). Uzavřeme obvod a pomalu zvyšujeme proud v obvodu. Dbáme na to, aby proud nepřekročil hodnotu 600mA! Doba měření je nastavena na 30 sekund. Tato doba je dostatečná pro provedení měření. Ve druhém pokusu nahradíme vzduchové jádro cívky jádrem z feromagnetického materiálu (zasuneme do dutiny cívky ocelové jádro). Znovu uzavřeme obvod a zopakujeme měření. Proud v obou obvodech je přibližně stejný. Pokusíme se napodobit i křivku nárůstu proudu. Na druhé křivce, kde je zaznamenána magnetická indukce cívky, pozorujeme značný nárůst při měření s feromagnetickým jádrem. Pokusně jsem ověřili závislost magnetické indukce cívky, která závisí na velikosti proudu, magnetických vlastnostech jádra a na počtech závitů cívky. Závislost na počtech závitů se nepodařilo ověřit. Cívky s výrazně rozdílným počtem závitu jsem neměli k dispozici.

Zdroj napětí Reostat Rozhrání LabQuest mini Ampérmetr Cívka 600 z Feromagnetické jádro Tesla metr

Oscilace proudu při zapojení obvodu Cívka se vzduchovým jádrem Cívka s ocelovým jádrem Zasunutí jádra do cívky