Elektryczność Nr 23100

Transkrypt

1 Instrukcja ćwiczeniowa Elektryczność Nr

2 1.Ilustrowany spis rzeczy 2

3 2.Lista pojedynczych części Nr Nr zamówienia Ilość Opis Igła magnetyczna Podparcie na igłę z wtyczką, wysoki Wahadło Gumka do tarcia, wełniana Gumka do tarcia, jedwabna Kondensator 4700 μf Pałeczka magnetyczna Alcomax Płaska tabliczka magnesu z łożyskiem Podkładka Kwas cytrynowy, 25 g Siarczan miedzi, 50 g Elektrody węglowe Elektroda cynkowa Elektroda miedziana Elektroda żelazna Pojemnik plastikowy, 100 ml Papierek lakmusowy, bezbarwny Pałeczka PVC Pałeczka akrylowa Termometr z metalową skalą Elektroskop z wtyczką Pojemnik metalowy z wtyczką Bela podtrzymująca z wtyczką Kompas Cukierniczka z metalowym pyłem Ciężarki z zaczepami, 25 g Krótko obwodowy pierścień Zwój wtyczek łączących Zacisk z wtyczką Oś Folia plastikowa Bimetaliczny pasek na wtyczce Para płyt kontaktowych z wtyczkami Przewód, czerwony, 25 cm Przewód, czerwony, 50 cm Przewód, niebieski, 25 cm Przewód, niebieski, 50 cm Przewód, czerwony, 10 cm Zwój z rdzeniem i wtyczkami 41a U rdzeń 41b I rdzeń 41c Śruba do U rdzenia (E 43) Zwój 600/1200 obrotów 3

4 Nr Nr zamówienia Ilość Opis Zwój 300/600 obrotów Silnik elektryczny z wtyczkami Kabel przewodzący z izolacją Kabel ogrzewający Kabel ni chromowy Kabel żelazny i miedziany Potencjometr, 47 Ω z wtyczkami Lampa żarzeniowa 1,5/0,15 A, MES Lampa żarzeniowa 6,0/0,3 A, MES Lampa płomieniowa 70/90 V, przestrajana Lampa płomieniowa 110 V, MES Twornik z wolframowymi łączeniami i wtyczkami Ramię z wtyczką Kontakt z wtyczką Zestaw próbek materiałów (15) Wtyczki pomostowe Uchwyt na lampę NTC opornik PTC opornik Opornik 50 Ω Opornik 100 Ω LED, zielony Lampa żarzeniowa 3,8/0,07 A, MES Polecane akcesoria: Doświadczenia przeprowadzane są na tablicy obwodowej (nr 20401), która wymagana jest dodatkowo. Jednostka dostarczająca prąd (nr 68535) polecana jest jako napięcie DC a transformator, 12 V AC, (nr 55215) polecany jest jako źródło prądu AC. Miernik (nr 54891) jest odpowiedni do wykonywania pomiarów. Niektóre doświadczenia wymagają użycia dwóch mierników. 4

5 3.Informacje niezbędne do pracy ze sprzętem doświadczalnym Tablica obwodowa (nr 20401) jest podstawą do usytuowania wszystkich obwodów elektrycznych. Tylko w wyjątkach pojedyncze części będą umiejscowione poza tablicą obwodową. Każda część, którą można połączyć do prądu, wyposażona jest w 4mm wtyczki, które pasują do 4mm gniazdek tablicy obwodowej. Przewody mogą być wsadzone do gniazdek, by ustalić połączenie w metrach. Białe wtyczki pomostowe służą jako połączenia elektryczne na tablicy obwodowej i równocześnie ukazują układ obwodu. Do instalacji doświadczeń elektrochemicznych i kilku innych potrzebna jest kulka wspierająca, która może być także włożona do tablicy obwodowej tak, jak pokazano to na rysunku obok Instalacja wtyczek odbywa się na tablicy obwodowej przy pomocy ramienia i kontaktu. Zgodnie z instalacją wtyczki mogą być tak zbudowane tak jak wtyczki zmieniające się. Zwoje przyłączone są do tablicy obwodowej przy pomocy wtyczek łączeniowych. Odległość pomiędzy zwojami a tablicą obwodową jest konieczna by stworzyć połączenia poniżej zwoju, ale wciąż osiągalne przez wtyczki pomostowe. 5

6 Podparcia na igły, które występują w dwóch rozmiarach, służą do instalacji połączenia przegubowego i igły magnetycznej. Mogą być umiejscowione w odpowiednim miejscu na tablicy obwodowej przy pomocy 4mm wtyczek. Do konstrukcji kontaktów (przekaźników, bimetalicznych przełączników) potrzebne będą dwie płyty kontaktowe i jeden twornik. Sprężyny płyt kontaktowych są odmiennie zawieszone, tak by mógł być stworzony jeden kontakt operacyjny. Jako źródło prądu do dyspozycji jest specjalna jednostka dostarczająca prąd (nr 68535), która zapewnia napięcie 6,8 V do większości doświadczeń. Jeśli używane jest inne źródło prądu powinno dostarczać napięcie DC 6 V o wartości co najmniej 1,5 A. Do niektórych doświadczeń wymagane jest napięcie AC o wartości około 6 V. Może być ono dostarczone przez transformator (nr 55215). Mierniki, ze skala napięcia sięgającą do minimum 20 V i skalą prądu sięgającą minimum do 2 A, mogą zostać z powodzeniem użyte w doświadczeniach. Polecany jest miernik o numerze

7 4.Lista doświadczeń Część A Magnetyzm A1 Działanie magnetyczne...10 A2 Pole magnetyczne...11 A3 Działanie siły pomiędzy magnesami...12 A4 Indukcja magnetyczna...13 A5 Geomagnetyzm/ kompas...14 Część B Elektrostatyka B1 Elektryczność tarcia...15 B2 Siła działająca pomiędzy dwoma naładowanymi ciałami...16 B3 Model elektroskopu...17 B4 Elektroskop...18 B5 Polaryzacja/indukcja...19 B6 Indukcja w elektroskopie...20 B7 Przechowywane ładunki...21 B8 Pojemnik Faraday`a...22 B9 Kondensator...23 Część C Podstawy elektryczności C1 Obwód elektryczny...24 C2 Przewodnik/nie przewodnik...25 C3 Przewodzenie prądu w cieczach...26 C4 Napięcie...27 C5 Natężenie...28 C6 Opór elektryczny...29 C7 Prawo Ohm`a...30 C8 Połączenie szeregowe lampy żarzeniowej...32 C9 Połączenie szeregowe oporników...33 C10 Połączenie równoległe lampy żarzeniowej...34 C11 Połączenie równoległe oporników...35 C12 Oporniki...36 C13 Separator napięcia...37 C14 Specyficzny opór...38 C15 Opór i temperatura...39 C16 Oporniki o wpływie termicznym...40 C17 Obwód pomostowy...41 C18 Pomiar oporu...42 C19 Moc...43 C20 Praca elektryczna

8 Elektryczność energia cieplna C21 Zamiana w energię cieplną...45 C22 Działanie światła...46 C23 Przewodnik i kabel oporowy...47 C24 Bezpiecznik...48 C25 Przełącznik bimetaliczny...49 C26 Cieplno kablowy amperomierz...50 Elektryczność elektromagnetyzm C27 Pole magnetyczne przewodnika...51 C28 Pole magnetyczne zwoju...52 C29 Elektromagnes...53 C30 Przekaźnik...54 C31 Automatyczny zakłócacz...55 C32 Siła Lorentz`a...56 C33 Zasada silnika elektrycznego...57 C34 Silnik elektryczny...58 Elektryczność indukcja elektromagnetyczna C 35 Indukcja...59 C36 Indukcja z DC napięciem...60 C37 Samoindukcja...61 C38 Zasada generatora...62 C39 Alternator...63 C40 Prawo Lenz`a...64 C41 Silnik AC...65 C42 Transformator...66 C43 Impedancja (oporność pozorna)...68 C44 Impedancja kondensatora...69 Część D Elektrochemia D1 Elektroliza...70 D2 Galwanizowanie...71 D3 Pierwiastek elektrochemiczny...72 D4 Potencjał elektrochemiczny

9 A1 Działanie magnesu Materiały: Podparcie do igły 2 Elektroda żelazna 16 Pałeczka magnetyczna 7 Oś 31 Elektroda cynkowa Elektroda miedziana 15 Tablica obwodowa Doświadczenie: Zbliż do magnesu elektrodę żelazną, miedzianą, cynkową (po kolei, jedna po drugiej). Obserwuj efekt. Włóż podparcie igły do tablicy obwodowej i połóż na nie oś. Zbliż do niej magnes i obserwuj reakcję. Powtórz tą samą procedurę z drugiej strony, ale obróć magnes. Rezultaty badania: Magnes powoduje działanie siły, która przyciąga żelazo. Nikiel, kobalt i niektóre stopy są także przyciągane przez magnes. Materiały takie nazywa się ferromagnetykami. 9

10 B 9 Kondensator LED2: rozładowywanie, LED1: ładowanie, S1: ładowanie, S2: rozładowywanie Materiały: Kondensator 4700 μf 6 LED, zielony, 2x 65 Ramię z wtyczką Kontakt z wtyczką 56 Tablica obwodowa Wtyczka pomostowa, 10x 59 Jednostka dostarczająca prąd Doświadczenie: Ustaw materiały i przyłącz źródło prądu zgodnie z diagramem obwodowym. Zamykaj kolejno przełączniki S1 i S2 i obserwuj LED1 i LED2. Przerysuj diagram obwodowy na kartkę i zaznacz strzałkami kierunek prądu podczas ładowania i rozładowywania kondensatora. Rezultaty badania: Jeśli napięcie dostarczane jest do kondensatora ładowany jest on wolnymi ładunkami. Ładowanie to może zostać zwolnione. Prąd przepływa gdy ładowanie i rozładowywanie jest przeciwne w czasie. Ilość przechowywanych ładunków zależy od pojemności kondensatora. 22

11 C1 Przewodnik/ nie przewodnik Materiały: Zacisk z wtyczką, 2x 30 Wtyczka pomostowa, 5x 59 Lampa żarzeniowa, 6V 51 Uchwyt na lampę 60 Ramię z wtyczką Kontakt z wtyczką 56 Tablica obwodowa Zestaw próbek materiałów 58 Jednostka dostarczająca prąd Doświadczenie: Ustaw materiały i przyłącz źródło prądu zgodnie z diagramem obwodowym. Użyj zacisków, by przyłączyć próbki materiałów do obwodu. Dowodem na przepływ prądu jest lampa żarzeniowa. Zbadaj przewodnictwo następujących materiałów: Materiał Drewno Węgiel Miedź Szkło Żelazo Aluminium Przewodnik Nie przewodnik Rezultaty badania: Ciała stałe mogą być zakwalifikowane jako przewodniki i jako nie przewodniki. Materiały, które zawierają dużą ilość wolnych elektronów są przewodnikami. Materiały, które nie przewodzą prądu nazywane są izolatorami. 24

12 C5 Natężenie Materiały: Przewód, 50 cm, czerwony 36 Uchwyt na lampę, 2x 60 Przewód, 50 cm, niebieski 38 Opornik 100Ω 64 Lampa żarzeniowa, 6 V Ramię z wtyczką 55 Tablica obwodowa Kontakt z wtyczką 56 Jednostka dostarczająca prąd Wtyczka pomostowa, 5x 59 Miernik Doświadczenie: Ustaw materiały i przyłącz źródło prądu zgodnie z diagramem obwodowym. Zamknij przełącznik S1, otwórz przełącznik S2 i ustal natężenie przy pomocy amperomierza. Zamknij S2, by przyłączyć równolegle opornik do lampy żarzeniowej. Odczytaj ponownie natężenie. Zamień amperomierz i wtyczkę pomostową KS i powtórz doświadczenie. Porównaj zmierzone wartości. Rezultaty badania: Natężenie obwodu elektrycznego zależy od dostarczanego napięcia i od oporu elementów obwodu. Jeśli przyłączonych jest więcej elementów równolegle, natężenie wzrasta odpowiednio. 27

13 C 31 Automatyczny zakłócacz Materiały: Kondensator 4700 μf 6 Kontakt z wtyczką 56 Płyty kontaktowe 34 Wtyczki pomostowe, 11x 59 Zwój z otworem Twornik 54 Tablica obwodowa Ramię z wtyczką 55 Doświadczenie: Ustaw materiały i przyłącz źródło prądu zgodnie z diagramem obwodowym. Umieść płyty kontaktowe w taki sposób, żeby kontakt był zamknięty w normalnej pozycji. Zamknij przełącznik i obserwuj twornik. Rezultaty badania: Twornik jest przyciągany przez siłę magnetyczną zwoju. Przez to obwód zostaje zakłócony i twornik ponownie spada. Proces rozpoczyna się od początku. Kondensator używany jest, by absorbować napięcie, które pojawia się poprzez samoindukcję zwoju, gdy przepływ prądu jest zakłócany. 54

14 C 39 Alternator Materiały: Podparcie na igłę 2 Zwój 600/1200 obrotów 42 Płaska tabliczka magnesu 8 Zwój 300/600 obrotów 43 Zwój wtyczek łączących, 2x 29 Wtyczka pomostowa, 14x 59 Przewód, czerwony, 25 cm Przewód, niebieski, 25 cm 37 Tablica obwodowa U-rdzeń z I-rdzeniem 41 Miernik Doświadczenie: Ustaw materiały i przyłącz je zgodnie z diagramem obwodowym. Włóż rdzenie do zwojów. Połącz dwa zwoje z 600 obrotami. Woltomierz powinien posiadać skalę mv. Połóż płaską tabliczkę magnesu na dużym podparciu na igłę i pozwól jej obracać się poprzez powolne popchnięcie. Obserwuj monitor woltomierza. Poprzez szybsze popychanie magnesu zwiększ jego obroty i ponownie obserwuj miernik. Rezultaty badania: Jeśli pole magnetyczne obraca się pomiędzy dwoma zwojami, w zwojach pojawia się napięcie. Przez kierunek i siłę tymczasowych zmian pola magnetycznego pojawia się prąd zmienny. 62

15 C 42 Transformator 65

16 Materiały: Przewód, czerwony, 25 cm, 2x 35 Ramię z wtyczką, 2x 55 Przewód, czerwony, 50 cm 36 Kontakt z wtyczką, 2x 56 Przewód, niebieski, 25 cm, 2x 37 Wtyczka pomostowa, 3x 59 Przewód, niebieski, 50 cm 38 Uchwyt na lampę, 2x 60 U-rdzeń z I-rdzeniem Zwój 600/1200 obrotów 42 Tablica obwodowa Zwój 300/600 obrotów 43 Miernik Lampa żarzeniowa 1.5 V 50 AC jednostka dostarczająca prąd 6V Lampa żarzeniowa 6 V 51 Doświadczenie: W tym doświadczeniu wymagane jest AC napięcie 6 V (Transformator nr 55215). Zmiana 1: Połącz zwój 1 z AC napięciem i zwój 2 z woltomierzem. Połóż dwa zwoje na stole w odległości około 15 cm i zbliżaj je do siebie. Zmiana 2: Połóż zwoje tak, jak pokazuje to rysunek na U-rdzeniu i zamknij je przy pomocy I- rdzenia i śruby. Jeśli dysponujesz tylko jednym woltomierzem, pomiary muszą być dokonane osobno dla każdego zwoju. Ustal napięcie wejściowe zwoje 1 i obydwa napięcie wyjściowe w wyjściach zwoju 2. Zmiana 3: Przyłącz transformator i inne elementy do tablicy obwodowej tak, jak pokazano to na rysunku. Zamknij przełącznik S1 i obserwuj lampę żarzeniową. Następnie zamknij przełącznik S2 i obserwuj efekty. Zastąp każdą z wtyczek A i B amperomierzami i powtórz doświadczenie. Rezultaty badania: Poprzez zmienne pole magnetyczne zwoju 1 (podstawowy zwój), wytwarzane jest zmienne napięcie w zwoju 2 (drugorzędny zwój). Układ dwóch połączonych zwojów w zamkniętym pierścieniu tworzy transformator. Ilość wytwarzanego napięcia zależy od współczynnika ilości obrotów dwóch zwojów. Napięcie drugorzędne może zostać zwiększone lub zmniejszone relatywnie do napięcie podstawowego. Jeśli drugorzędny obwód ładowany jest przez lampę żarzeniową, zużycie obwodu podstawowego także wzrasta. Lampa żarzeniowa świeci tylko wtedy, gdy transformator jest naładowany. 66

17 D 4 Potencjał elektrochemiczny Materiały: Kwas cytrynowy 10 Belka podtrzymująca, 2x 24 Elektroda cynkowa 14 Wtyczka pomostowa, 7x 59 Elektroda miedziana Elektroda żelazna 16 Tablica obwodowa Plastikowy pojemnik 17 Miernik Doświadczenie: Ustaw materiały i przyłącz je zgodnie z diagramem obwodowym. Dodaj do wody niewielką ilość siarczanu miedzi i roztwór wlej roztwór do pojemnika. Zawieś kombinacje dwóch elektrod, które podane są w tabeli, na belce podtrzymującej. Ustal przy pomocy woltomierza napięcie i biegunowość elektrod. Wartości zapisz w tabeli. Elektroda 1 Elektroda 2 Napięcie [V] Biegunowość E1 Biegunowość E2 Miedź Cynk Miedź Żelazo Cynk Żelazo Rezultaty badania: Jeśli dwie różne metalowe elektrody znajdują się w jednym elektrolicie, produkowane jest napięcie elektryczne, które zależy od materiałów elektrod. Zasada potencjału elektrochemicznego używana jest np. w bateriach. 72