Презентация к уроку физики в 8-м классе по теме «Магнитное поле катушки с током»

План – конспект урока по физике в 8 классе на тему:

«Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение

Учитель: Хайрутдинова  А.

План – конспект урока по физике в 8 классе по теме:

«Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение

—        обучающая: изучить способы усиления и ослабления магнитного поля катушки с током; научить определять магнитные полюса катушки с током; рассмотреть принцип действия электромагнита и области его применения; научить собирать электромагнит изготовых деталей и опытным путём проверять, от чего зависит его магнитное действие;

—        развивающая: развивать умение обобщать знания, применятьзнания в конкретных ситуациях; развивать навыки работы с приборами; развивать познавательный интерес к учебному предмету;

—        воспитательная: воспитание усидчивости, трудолюбия, аккуратности при выполнении практической работы.

Тип урока: комбинированный (с использованием ИКТ).

Оборудование урока: компьютеры, авторская презентация «Электромагниты».

Оборудование для лабораторной работы: электромагнит разборный с деталями (предназначен для проведения фронтальных лабораторных работ по электричеству и магнетизму), источник тока, реостат, ключ, соединительные провода, компас.

1) действие проводника, по которому протекает постоянный

ток, на магнитную стрелку;

2) действие соленоида (катушка без сердечника), по которому протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;

• действие соленоида (катушка с сердечником), по которомупротекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
• притяжение железных опилок гвоздем, на который намотан провод, подключенный к источнику постоянноготока.

Организационный момент.

Объявление темы урока.

Актуализация опорных знаний (6 мин).

• Вещества, которые притягивают железные предметы, называются…
• Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелкивпервые обнаружил датский учёный …

• Между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые называются …
• Места магнита, у которых сильнее всех проявляются магнитное действие, называются…
• Вокруг проводника с электрическим током существует …
• Источником магнитного поля служит

Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются осималеньких магнитных стрелок, называют. (силовыми магнитными линиями).

• Магнитное поле вокруг проводника с током можно обнаружить, например, …(с помощью магнитной стрелки или с помощью железных опилок).
• Если магнит разломали пополам, то первый кусок и второй кусок магнита имеют полюса…(северные -N и южные — S).

Тела, длительное время сохраняющие свою намагниченность, называются. (постоянными магнитами).

Одноименные полюса магнита. , а разноименные -. (отталкиваются, притягиваются).

III. Основная часть. Изучение нового материала (20 мин).

• Почему для изучения магнитного поля можно использоватьжелезные опилки?(В магнитном поле опилки  намагничиваются и становятся магнитными стрелками)
• Что называют магнитной линией магнитного поля?(Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок)
• Для чего вводят понятие магнитной линии поля?(С поиощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически)
• Как на опыте показать, что направление магнитных линийсвязано с направлением тока?(При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180

Что объединяет эти рисунки (см. слайд) и чем они отличаются?

Можно ли сделать магнит, у которого был бы только северный полюс? А только южный полюс? (Невозможно сделать магнит, у которого отсутствовал бы один из полюсов).

Если разломить магнит на две части, будут ли эти части магнитами? (Если разломить магнит на части, то все его части будут магнитами).

Какие вещества могут намагничиваться? (Железо, кобальт, никель, сплавы из этих элементов).

Магниты, прикрепляющиеся на холодильник, стали настолько популярны, что являются объектом коллекционирования. Так на текущий момент рекорд по числу собранных магнитов принадлежит Луизе Гринфарб (США). В настоящий момент в Книге рекордов Гиннеса за ней зарегистрирован рекорд в 35 000 магнитов.

— Можно ли намагнитить железный гвоздь, стальную отвертку, алюминиевую проволоку, медную катушку, стальной болт? (Железный гвоздь, стальной болт и отвертку из стали можно намагнитить, а вот алюминиевую проволоку и медную катушку намагнитить нельзя, но если по ним пустить электрический ток, то они будут создавать магнитное поле

— Объясните опыт, изображенный на рисунках (см. слайд).

Андре Мари Ампер, проводя опыты с катушкой (соленоидом), показал эквивалентность ее магнитного поля полю постоянного магнита Соленоид (от греч. solen — трубка и eidos — вид) — проволочная спираль, по которой пропускают электрический ток для создания магнитного поля.

Исследования магнитного поля кругового тока привели Ампера к мысли, что постоянный магнетизм объясняется существованием элементарных круговых токов, обтекающих частицы, из которых состоят магниты.

Учитель: Магнетизм — одно из проявлений электричества. Как создать магнитное поле внутри катушки? Можно ли изменять это поле?

Демонстрации, выполняемые учителем:

• действие проводника, по которому протекает постоянныйток, на магнитную стрелку;
• действие соленоида (катушка без сердечника), по которому протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
• действие соленоида (катушка с сердечником), по которомупротекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
• притяжение железных опилок гвоздем, на который намотан провод, подключенный к источнику постоянного тока.

Учитель: Катушка состоит из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к ее концам, при отключении тока они отпадают.

Включим в цепь, содержащую катушку, реостат и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабевает.

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом. Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов.

По окончании опытов делаются выводы:

• если по катушке проходит электрический ток, то катушкастановится магнитом;
• магнитное действие катушки можно усилить или ослабить:изменяя число витков катушки;
• изменяя силу тока, проходящую по катушке;
• вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник.

Учитель: Обмотки электромагнитов изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопровода изготавливают из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов.

Электромагнит — устройство, магнитное поле которого создаётся только при протекании электрического тока.

Подумай и ответь

• Можно ли намотанную на гвоздь проволоку назвать электромагнитом?
• От чего зависят магнитные свойства электромагнита?(Отсилы тока, от количества витков, от магнитных свойств сердечника, от формы и размеров катушки.)

По электромагниту пустили ток, а затем уменьшили его вдва раза. Как изменились магнитные свойства электромагнита? (Уменьшились в 2 раза

1-й ученик: Вильям Стержен (1783-1850) — английский инженер-электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса (200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа).

Электромагнит, продемонстрированный Стерженом 23 мая 1825 г. , выглядел как согнутый в подкову, лакированный, железный стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы.

Джоуль, экспериментируя с самым первым магнитом Стержена, сумел довести его подъемную силу до 20 кг. Это было в том же 1825 г.

Джозеф Генри (1797-1878) — американский физик, усовершенствовал электромагнит.

В 1827 г. Генри стал изолировать уже не сердечник, а саму проволоку. Только тогда появилась возможность наматывать витки в несколько слоев. Генри исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита. Создал магнит в 29 кг, удерживающий гигантский по тем временам вес — 936 кг.

2-й ученик: На заводах применяются электромагнитные подъемные краны, которые могут переносить огромные грузы без креплений. Как они это делают?

Дугообразный электромагнит удерживает якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом. Прямоугольные электромагниты предназначены для захвата и удержания при транспортировании листов, рельсов и других длинномерных грузов.

Пока в обмотке электромагнита есть ток, ни одна «железяка» не упадет. Но если ток в обмотке почему-либо прервется, авария неизбежна. И такие случаи бывали.

На одном американском заводе электромагнит поднимал железные болванки.

Внезапно на электростанции Ниагарского водопада, подающей ток, что-то случилось, ток в обмотке электромагнита пропал; масса металла сорвалась с электромагнита и всей своей тяжестью обрушилась на голову рабочего.

Чтобы избежать повторения подобных несчастных случаев, а также с целью сэкономить потребление электрической энергии, при электромагнитах стали устраивать особые приспособления: после того как переносимые предметы подняты магнитом, сбоку опускаются и плотно закрываются прочные стальные подхватки, которые затем сами поддерживают груз, ток же во время транспортировки прерывается.

Электромагнитные траверсы используются для перемещения длинномерных грузов.

В морских портах для перегрузки металлолома используются, наверное, самые мощные круглые грузоподъемные электромагниты. Их масса достигает 10 тонн, грузоподъемность — до 64 тонн, а отрывное усилие — до 128 тонн.

3-й ученик: В основном, область применения электромагнитов — электрические машины и аппараты, входящие в системы промышленной автоматики, в аппаратуру защиты электротехнических установок. Полезные свойства электромагнитов:

• быстро размагничиваются при выключении тока,
• возможно изготовление электромагнитов любых размеров,
• при работе можно регулировать магнитное действие, меняя силу тока в цепи.

Электромагниты используют в подъемных устройствах, для очищения угля от металла, для сортировки разных сортов семян, для формовки железных деталей, в магнитофонах.

Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам.

Электромагниты однофазные переменного тока предназначены для дистанционного управления исполнительными механизмами различного промышленного и бытового назначения. Электромагниты, обладающие большой подъемной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков.

Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппарате, в электрическом звонке, электродвигателе, трансформаторе, электромагнитном реле и во многих других устройствах.

В составе различных механизмов электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы. Это электромагниты грузоподъёмных машин, электромагниты муфт сцепления и тормозов, электромагниты, применяемые в различных пускателях, контакторах, выключателях, электроизмерительных приборах и так далее.

4-й ученик: Брайан Твейтс, генеральный директор компании Walker Magnetics, с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит. Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя «Книги рекордов Гиннеса» из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн.

Крупнейший в мире электромагнит используется в Швейцарии. Электромагнит 8-угольной формы состоит из сердечника, изготовленного из 6400 т низкоуглеродистой стали, и алюминиевой катушки весом 1100 т. Катушка состоит из 168 витков, закреплённых электросваркой на раме. Ток силой 30 тыс. А, проходящий по катушке, создает магнитное поле мощностью 5 килогауссов. Размеры электромагнита, превосходящие высоту 4-этажного здания, составляют 12x12x12 м, а общий вес равен 7810 т. На его изготовление ушло больше металла, чем на постройку Эйфелевой башни.

Самый тяжёлый в мире магнит имеет диаметр 60 м и весит 36 тыс. Он был сделан для синхрофазотрона мощностью 10 ТэВ, установленного в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, Московская область.

Демонстрация: Электромагнитный телеграф.

3 человека на компьютерах выполняют работу «Решалкин» по теме «Электромагнит» с сайта Fizika. ruСлайд №24

• Что называют электромагнитом?(Катушку с железным сердечником)
• Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с

током? (магнитное действие катушки можно усилить:изменяя число витков катушки, изменяя силу тока, проходящую по катушке, вводя внутрь катушки железный или стальной сердечник

Для каких целей используют на заводах электромагниты?

Лабораторная работа.

Выполнение учениками самостоятельно лабораторной работы №8 «Сборка электромагнита и испытание его действия», стр. 175 учебника «Физика-8» (автор A3. Пёрышкин, «Дрофа», 2009 г.

Подведение итогов и выставление оценок.

Домашнее задание.

Учебник «Физика-8», автор А. Пёрышкин, изд. «Дрофа», §58, стр. 133-136; стр. 136, упр. 28 (1,2). Задание 9 (1, устно).

Выполнить домашний исследовательский проект «Мотор заминут» (инструкция выдаётся каждому ученику для работыдома, см. Приложение).

Проект «Мотор за 10 минут»

Всегда интересно наблюдать за изменяющимися явлениями, особенно если сам участвуешь в создании этих явлений. Сейчас мы соберем простейший (но реально работающий) электродвигатель, состоящий из источника питания, магнита и небольшой катушки провода, которую мы тоже сделаем сами. Существует секрет, который заставит этот набор предметов стать электродвигателем;  секрет, который одновременно умен и изумительно прост. Вот что нам нужно:

• батарея 1,5 В или аккумулятор;
• держатель с контактами для батареи;

1 метр провода с эмалевой изоляцией (диаметр 0,8-1 мм);

0,3 метра неизолированного провода (диаметр 0,8-1 мм).

Мы начнем с намотки катушки, той части электродвигателя, которая будет вращаться. Чтобы сделать катушку достаточной ровной и круглой, намотаем ее на подходящем цилиндрическом каркасе, например, на батарейке АА.

Оставляя свободными по 5 см провода с каждого конца, намотаем 15-20 витков на цилиндрическом каркасе. Не старайтесь особенно плотно и ровно наматывать катушку, небольшая степень свободы поможет катушке лучше сохранить свою форму.

Теперь аккуратно снимите катушку с каркаса, стараясь сохранить полученную форму.

Затем оберните несколько раз свободные концы провода вокруг витков для сохранения формы, наблюдая за тем, чтобы новые скрепляющие витки были точно напротив друг друга.

Катушка должна выглядеть так:

Сейчас настало время секрета, той особенности, которая заставит мотор работать. Это изысканный и неочевидный прием, и его очень сложно обнаружить, когда мотор работает. Даже люди, много знающие о работе двигателей, могут быть удивлены, обнаружив этот секрет.

Держа катушку вертикально, положите один из свободных концов катушки на край стола. Острым ножом удалите верхнюю половину изоляции с одного свободного конца катушки (держателя), оставляя нетронутой нижнюю половину. Проделайте то же самое со вторым концом катушки, наблюдая за тем, чтобы неизолированные концы провода были направлены вверх у двух свободных концов катушки.

В чем смысл этого приема? Катушка будет лежать на двух держателях, изготовленных из неизолированного провода. Эти держатели будут присоединены к разным концам батареи так, чтобы электрический ток мог проходить от одного держателя через катушку к другому держателю. Но это будет происходить только тогда, когда неизолированные половины провода будут опущены вниз, касаясь держателей.

Теперь необходимо изготовить поддержку для катушки. Этопросто витки провода, которые поддерживают катушку и позволяют ей вращаться. Они сделаны из неизолированного провода, таккак, кроме поддержки катушки, они должны доставлять ей электрический ток. Просто оберните каждый кусок неизолированного провода вокруг небольшого гвоздя — получите нужную часть нашегодвигателя.

Основанием нашего первого мотора будет держатель батареи. Это будет подходящая база еще и потому что при установленной батарее она будет достаточно тяжелой для того, чтобы мотор не дрожал. Соберите пять частей вместе, как показано на снимке (вначале без магнита). Положите сверху батарейки магнит и аккуратно подтолкните катушку…

Если все сделано правильно, катушка начнет быстро вращаться!

Надеюсь, что у вас все заработает с первого раза. Если все-таки мотор не заработал, тщательно проверьте все электрические соединения. Вращается ли катушка свободно? Достаточно ли близко расположен магнит? Если недостаточно, установите дополнительные магниты или подрежьте проволочные держатели.

Когда мотор заработает, единственное, на что нужно обратить внимание — чтобы не перегрелся аккумулятор, так как ток достаточно большой. Просто снимите катушку — и цепь будет разорвана.

«Сборка электромагнита и испытание его действия»

Цель работы: собрать электромагнит из готовых деталей и на опыте проверить, от чего зависит его магнитное действие.

Приборы и материалы: батарея из трех элементов (или аккумуляторов), реостат, ключ, соединительные провода, компас, детали для сборки электромагнита.

Указания к работе

Составьте электрическую цепь из батареи, катушки, реостата и ключа, соединив все последовательно. Замкните цепь и с помощью компаса определите магнитные полюсы у катушки.

История электромагнитного телеграфа

В мире электромагнитный телеграф был изобретён русским учёным и дипломатом Павлом Львовичем Шиллингом в 1832 г. Находясь в командировке в Китае и других странах, он остро ощущал потребность в быстродействующем средстве связи. В телеграфном аппарате им использовано свойство магнитной стрелки отклоняться в ту или другую сторону в зависимости от направления тока, проходящего по проводу.

Аппарат Шиллинга состоял из двух частей: передатчика и приёмника. Два телеграфных аппарата проводниками соединялись между собой и с электрической батареей. Передатчик имел 16 клавиш. Если нажимали на белые клавиши, ток шёл в одну сторону, если на чёрные — в другую. Эти импульсы тока достигали по проводам приёмника, который имел шесть катушек; возле каждой катушки на нити подвешивали две магнитные стрелки и небольшой диск (см. левый рис. Одну сторону диска окрашивали чёрной краской, другую – белой.

В зависимости от направления тока в катушках магнитные стрелки поворачивались в ту или другую сторону, и телеграфист, принимающий сигнал, видел чёрные или белые кружки. Если ток в катушку не поступал, то диск был виден ребром. Для своего аппарата Шиллинг разработал азбуку. Аппараты Шиллинга работали на первой в мире телеграфной линии, построенной изобретателем в Петербурге в 1832 г, между Зимним дворцом и кабинетами некоторых министров.

В 1837 г. американец Самуил Морзе сконструировал телеграфный аппарат, записывающий сигналы (см. правый рис. В 1844 г. была открыта первая телеграфная линия, оборудованная аппаратами Морзе между Вашингтоном и Балтимором.

Электромагнитный телеграф Морзе и разработанная им система записи сигналов в виде точек и тире получили широкое распространение. Однако аппарат Морзе имел серьезные недостатки: переданную телеграмму необходимо расшифровать, а затем записать; мала скорость передачи.

Первый в мире буквопечатающий аппарат изобрёл в 1850 г. русский учёный Борис Семенович Якоби. В этом аппарате имелось печатающее колесо, которое вращалось с такой же скоростью, как и колесо другого аппарата, установленного на соседней станции (см. нижний рис. На ободах обоих колес были выгравированы буквы, цифры и знаки, смачиваемые краской. Под колёсами аппаратов располагали электромагниты, а между якорями электромагнитов и колёсами протягивали бумажные ленты.

Например, надо передать букву «А». Когда на обоих колёсах буква А располагалась внизу, на одном из аппаратов нажимали ключ и замыкали цепь. Якоря электромагнитов притягивались к сердечникам и прижимали к колёсам обоих аппаратов бумажные ленты. На лентах одновременно отпечатывалась буква А. Для передачи любой другой буквы надо «поймать» момент, когда нужная буква будет находиться на колесах обоих аппаратов внизу, и нажать ключ.

Какие необходимы условия для правильной передачи в аппарате Якоби? Первое – колёса должны вращаться с одинаковой скоростью; второе – на колёсах обоих аппаратов одинаковые буквы должны занимать в любой момент одинаковые положения в пространстве. Эти принципы использовались и в телеграфных аппаратах последних моделей.

Над усовершенствованием телеграфной связи работали многие изобретатели. Были телеграфные аппараты, которые передавали и принимали десятки тысяч слов в час, но они сложны и громоздки. Большое распространение в своё время получили телетайпы – буквопечатающие телеграфные аппараты с клавиатурой как у пишущей машинки. В настоящее время телеграфные аппараты не используются, их вытеснила телефонная, сотовая и интернет-связь.

ТЕХНОЛОГИЯ

Каждый из вас, конечно, встречался с явлением магнетизма. Почему же магнит — кусок железной руды — притягивает гвозди, булавки и другие стальные предметы? Из физики вы знаете, что это происходит потому, что в пространстве вокруг магнита имеется особое силовое поле, называемое магнитным.

Магнитное поле существует не только вокруг природных магнитов. Его можно создать и при помощи электрического тока. Так, если по проводнику пропускать электрический ток, вокруг него тоже возникает магнитное поле. Если электрический ток выключить, то магнитное поле сразу же исчезнет.

Магнитное поле, возникающее в проводе при прохождении по нему тока, очень слабое. Чтобы значительно усилить его, провод наматывают на полый каркас в виде катушки из диэлектрика и получают электромагнит. Электромагниты различных размеров и форм применяют в электродвигателях, подъёмных кранах, в телеграфном и телефонном аппаратах, для изготовления реле, автоматических устройств, электрических звонков и др.

Электромагнит на практике представляет собой катушку изолированной медной проволоки, по которой протекает электрический ток, сообщая катушке свойства магнита. Для ещё большего усиления магнитных свойств в катушку вставляется стальной сердечник (рис. 74).

Рис. Электромагнит: а — катушка с сердечником, б — схематическое изображение

На рисунке 75 показано условное обозначение электромагнита на электрических схемах и схема включения электромагнита в электрическую цепь.

Рис. Условное обозначение (а) и схема включения (б) электромагнита в электрическую цепь

Для изготовления катушек, или обмоток, электромагнитов применяют специальное приспособление — намоточный станок (рис. 76). Каркас 1 закрепляют на валу 3 резиновыми кольцами 2, а катушку 5, с которой сматывают провод, — на металлическом вертикальном стержне 4. Конец провода пропускают в отверстие щеки 6 каркаса и закрепляют. Наматывают провод слоями, плотно укладывая витки и одновременно направляя их рукой.

Рис. Намотка провода электромагнита: 1 — каркас обмотки, 2 — резиновые кольца, 3 — вал, 4 — стержень, 5 — катушка, 6 — отверстие для закрепления провода

После того как намотано нужное количество витков, провод отрезают, конец пропускают через отверстие в щеке каркаса и закрепляют. Поверхность обмотки изолируют несколькими слоями бумаги, на катушке указывают количество витков в обмотке и сечение провода, которым она выполнена.

В обмотках электромагнитов, которые используются для лабораторно-практических работ, выводы (концы) изготовляют из монтажного (гибкого) провода. Монтажный провод к обмоточному присоединяют пайкой, а место пайки изолируют и закрепляют.

Многочисленные опыты показали, что для усиления магнитного поля электромагнита нужно либо увеличить число витков при одном и том же сердечнике, либо усилить ток в катушке, либо увеличить размер сердечника.

Электромагнит, как и постоянный магнит, имеет два магнитных полюса. Но в отличие от постоянного магнита электромагнитом можно управлять. Электромагнит притягивает к себе материалы только тогда, когда ток проходит по его обмотке. Если же ток выключен, электромагнит теряет магнитные свойства.

В электромагнитах, применяемых в различных приборах, обмотка изготовляется из изолированной медной проволоки. В зависимости от назначения она имеет различное сечение и число витков. Обмотка наматывается на каркас, который может быть изготовлен из картона, текстолита, пластмассы и других изоляционных материалов. Он удерживает обмотку и изолирует её от сердечника.

Рис. Электромагнит с дугообразным сердечником и притяжным якорем

Сердечники, или магнитопроводы, электромагнита могут быть разной конструкции. Широко применяются электромагниты с протяжным (рис. 77) и втяжным сердечником — якорем (рис. 78).

Рис. Электромагнит с втяжным якорем

Если к полюсам электромагнита притягивается специальная железная пластинка (якорь), — это притяжная конструкция. Она используется в технике для выполнения какого-либо действия, например для замыкания или размыкания электрических контактов. После выключения электрического тока в катушке сердечник и якорь практически полностью размагничиваются, т. притяжение якоря к полюсам электромагнита прекращается.

Электромагниты с втяжным якорем, или тяговые электромагниты, используются в электротехнике в качестве привода. С помощью такого электромагнита можно привести в движение, например, стрелку электроизмерительного устройства. Втяжной якорь находится в состоянии устойчивого равновесия, если его концы одинаково удалены от середины катушки. Если же сердечник выведен из этого положения, то сила F, действующая на него со стороны магнитного поля катушки, стремится направить его обратно (см. рис. 78).

Рассмотрим применение электромагнитов на примере электромагнитного реле и электрического звонка.

Электромагнитное реле (рис. 79) — это прибор, с помощью которого управляют какими-либо другими электроприборами на расстоянии.

Рис. Электромагнитное реле: а — устройство: 1,2 — контактные пластины, 3 — верхнее плечо якоря, 4 — обмотка, 5 — нижнее плечо якоря; б — условные обозначения

Под действием магнитного поля, создаваемого обмоткой катушки 4, верхнее плечо якоря 3 притягивается к сердечнику. Нижнее плечо якоря 5 отклоняет контактную пластину 2, пока она не соприкоснется с контактной пластиной 1. Соприкоснувшиеся контакты замыкают электрическую цепь, в которую включён какой-либо потребитель. При отключении тока якорь с контактной пластиной 2 отходит от сердечника, и электрические контакты 1, 2 расходятся, размыкая цепь.

В электромагнитных реле могут быть установлены контакты: замыкающие, размыкающие и переключающие. Условные обозначения обмотки и контактов реле на принципиальных электрических схемах показаны на рисунке 79, б.

Электрический звонок (рис. 80) применяют для звуковой сигнализации, в устройствах автоматического контроля, защиты в быту и на производстве.

Рис. Электрический звонок: 1,2 — контакты, 3 — обмотка электромагнита, 4 — якорь с молоточком, 5 — чашечка звонка

Основной частью электрического звонка является электромагнит. При нажатии на кнопку (в устройствах защиты и контроля это контакты реле или выключателей) электрическая цепь замыкается. Ток, проходя по обмотке электромагнита 3, намагничивает сердечник, который притягивает к себе якорь с молоточком 4 и контактом 2, при этом молоточек ударяет по чашечке звонка 5, контакты 2 и 1 размыкаются, и электрическая цепь разрывается. В результате сердечник размагничивается и отпускает якорь, контакт 2 вследствие упругости снова соединяется с контактом 1, и всё повторяется сначала.

В зависимости от конструкции электрические звонки могут работать как от батарейки, так и от электрической сети.

Новые слова и понятия

Магнит, магнитное поле, электромагнит, сердечник, реле, обмотка, намоточный станок, якорь.

Проверяем свои знания

• Что такое электромагнит?
• Каково назначение сердечника в электромагните?
• Как усилить магнитное поле электромагнита?
• Какое применение имеют электромагниты в технике?
• От чего зависит сила притяжения электромагнита?
• Как выполняют монтаж обмоток электромагнита?
• Назовите основные части электромагнитного реле, электрозвонка.
• Где применяются электромагнитные реле? электрозвонки?

Правила безопасной работы с электроприборами

• Электрический ток, протекающий через тело человека, опасен для жизни. Нельзя собирать электрические схемы, устранять возникшие неисправности и прикасаться к оголённым проводам и токопроводящим деталям при включённом источнике тока!
• При сборке электрической цепи следите за тем, чтобы изоляция проводов была исправна, а соединения надёжно изолированы.
• Собранную схему можно подключать к источнику тока с напряжением не более 4 В.
• Собранную цепь подключайте к источнику питания только после проверки и с разрешения учителя.
• По окончании работы отключите источник электропитания и разберите цепь.

Инструменты и материалы: катушка электромагнита, прямой и дугообразный сердечники, «пробник», выключатель, источник постоянного тока с напряжением 4 В.

Задание 1. Собрать электромагнит из деталей конструктора.

Рис. Подключение электромагнита к источнику питания: 1, 2, 3 — обмотки электромагнита

• Подключите катушку электромагнита через выключатель к источнику питания в соответствии со схемой на рисунке 81.
• После проверки правильности сборки электрической схемы учителем замкните электрическую цепь.

Задание 2. Исследовать зависимость силы притяжения электромагнита от величины сердечника.

• С помощью специального «пробника» измерьте величину притяжения полюса катушки. Измерение проведите три раза и результаты занесите в таблицу.
• Соберите простейший электромагнит, вставив в отверстие катушки прямой сердечник.
• С помощью «пробника» измерьте величину притяжения полюсов электромагнита с прямым сердечником. Измерение проведите три раза и результаты занесите в таблицу.
• С помощью «пробника» измерьте величину притяжения полюсов электромагнита с дугообразным сердечником. Измерение проведите три раза и данные занесите в таблицу.
• По результатам опытов сделайте выводы и запишите их.
• Отключите источник электропитания.
• Разберите схему.

Задание 3. Исследовать зависимость величины магнитного поля электромагнита от числа витков обмотки.

• Изучите схему подключения обмоток электромагнита к источнику питания, приведённую на рисунке 81.
• К источнику питания напряжением 4 В через переключатель подключите обмотку № 1.
• С помощью «пробника» измерьте величину притяжения полюсов электромагнита. Измерение проведите три раза и результаты занесите в таблицу.
• К источнику питания напряжением 4 В через переключатель к секции № 1 обмотки подключите секцию № 2. «Пробником» трижды измерьте силу притяжения полюсов магнита и данные занесите в таблицу.
• К источнику питания напряжением 4 В через переключатель к секциям № 1 и 2 подключите секцию № 3. Измерьте силу притяжения полюсов (3 раза) и результаты занесите в таблицу.
• Отключите источник питания.
• Разберите схему.
• По результатам опытов сделайте вывод и запишите в отчёт.
• Приведите в порядок рабочее место.

Инструменты и материалы: каркас катушки электромагнита; сердечник из отожжённой стали; 1 м обмоточного медного провода в эмалевой изоляции (ПЭЛ); кусок тонкого многожильного провода в полихлорвиниловой изоляции; электромонтажные инструменты; электрический паяльник; оловянный припой; флюс (канифоль); изоляционная лента; источник переменного тока с напряжением 42 В для питания электропаяльника; монтажный нож.

Задание 1. Познакомиться с разными конструкциями электромагнитов по учебнику и представленным образцам. Выявить их особенности и области применения.

Задание 2. Изготовить электромагнит.

• Выберите заготовки — каркас катушки и сердечник — так, чтобы сердечник был выше катушки на 2—3 мм (каркасом катушки может служить деревянная катушка из-под ниток). Подготовьте конец обмоточного провода длиной 1 м, два куска тонкого многожильного провода в полихлор-виниловой изоляции длиной 100—120 мм.
• В одном из бортиков каркаса катушки ручной дрелью просверлите два отверстия диаметром 0,5 мм для выводов обмотки.
• К концу обмоточного провода припаяйте 80—100 мм тонкого многожильного провода в полихлорвиниловой изоляции. Это необходимо сделать, чтобы избежать обрывов при последующем использовании катушки электромагнита в изделиях. При этом соблюдайте технологию пайки. Выполняемые операции описаны в инструкционной карте № 2.
• Намотайте на каркас катушки вручную несколько витков, чтобы 60—80 мм изолированного мягкого провода было выведено наружу.
• Намотайте на каркас катушки 150—160 витков обмоточного провода диаметром 0,3—0,35 мм — вручную или с использованием моталки (инструкционная карта № 7). При намотке вручную равномерно перемещайте провод вдоль каркаса катушки, стараясь плотно укладывать виток к витку в несколько рядов.

Инструкционная карта № 7. Намотка катушки

• Соберите электромагнит, поместив в отверстие катушки железный сердечник.
• Испытайте электромагнит, подключив его к источнику постоянного тока напряжением 4 В (см. практическую работу № 32) и измерив силу притяжения полюсов «пробником».
• Оцените качество изготовленного электромагнита. Выводы о проделанной работе запишите.
• Приведите в порядок рабочее место.

1 При намотке катушки любым способом следите, чтобы не было резких изгибов и скручивания обмоточного провода, так как при этом нарушается его изоляция.

ФИЗИКА

Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. На рисунке 97 изображена катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к её концам, при отключении тока они отпадают.

Рис. Притяжение железных опилок катушкой с током

Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой — к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный (рис. 98).

Рис. Полюсы катушки с током

Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок (рис. 99). Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (см. рис. 99).

Рис. Магнитные линии катушки с током

Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.

На рисунке 97 изображён опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током. Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.

Включим в цепь, содержащую катушку, реостат (рис. 100) и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется.

Рис. 100. Действие магнитного поля катушки

Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки (рис. 101).

Рис. 101. Действие магнитного поля катушки с железным сердечником

Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов. На рисунке 102 изображён дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.

Рис. 102. Дугообразный электромагнит

Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, в зависимости от назначения их можно изготавливать самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.

Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков (рис. 103).

Рис. 103. Применение электромагнитов

На рисунке 104 показан в разрезе магнитный сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков. Зёрна 1 высыпаются из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри барабана находится сильный электромагнит 5. Притягивая железные частицы 4, он извлекает зёрна сорняков из потока зерна 3 и таким путём очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.

Рис. 104. Магнитный сепаратор

Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппаратах и во многих других устройствах.

Вопросы

• В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных тонких проводниках? Какое сходство имеется у неё с магнитной стрелкой?
• Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с током?
• Что называют электромагнитом?
• Для каких целей используют на заводах электромагниты?
• Как устроен магнитный сепаратор для зерна?

Упражнение 41

• Нужно построить электромагнит, подъёмную силу которого можно регулировать, не изменяя конструкции. Как это сделать?
• Что надо сделать, чтобы изменить магнитные полюсы катушки с током на противоположные?
• Как построить сильный электромагнит, если конструктору дано условие, чтобы ток в электромагните был сравнительно малым?
• Используемые в подъёмном кране электромагниты обладают громадной мощностью. Электромагниты, при помощи которых удаляют из глаз случайно попавшие железные опилки, очень слабы. Какими способами достигают такого различия?

Задание

• На рисунке 105 дана схема устройства электрического звонка. На ней буквами обозначено: ЭМ — дугообразный электромагнит, Я — железная пластинка — якорь, М — молоточек, 3 — звонковая чаша, К — контактная пружина, касающаяся винта С. Рассмотрите схему звонка и объясните, как он действует.
• На рисунке 106 показана схема простейшей телеграфной установки, позволяющей передавать телеграммы со станции А на станцию В. На схеме цифрами обозначено: 1 — ключ, 2 — электромагнит, 3 — якорь, 4 — пружина, 5 — колесико, смазанное краской.

  По схеме объясните работу установки.

• В мощных электрических двигателях, применяемых в прокатных станах, шахтных подъёмниках, насосах, сила тока достигает нескольких тысяч ампер. Так как в последовательно соединённых проводниках сила тока одинакова, то такая же сила тока будет во всех соединительных проводах этой цепи. Это очень неудобно, особенно если потребитель тока находится на большом расстоянии от пульта управления, где включается ток. Такие цепи можно включать при помощи специального устройства — электромагнитного реле (рис. 107), приводя его в действие малой силой тока. На схеме обозначено: 1 — электромагнит, 2 — якорь, 3 — контакты рабочей цепи, 4 — пружина, 5 — электродвигатель, 6 — контакты цепи электродвигателя. Объясните, как действует этот прибор.

Предварительный просмотр:

Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. На рисунке 97 изображена катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к её концам, при отключении тока они отпадают.

Рис. Притяжение железных опилок катушкой с током

Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой — к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный (рис. 98).

Рис. Полюсы катушки с током

Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок (рис. 99). Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (см. рис. 99).

Рис. Магнитные линии катушки с током

Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.

На рисунке 97 изображён опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током. Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.

Включим в цепь, содержащую катушку, реостат (рис. 100) и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется.

Рис. 100. Действие магнитного поля катушки

Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки (рис. 101).

Рис. 101. Действие магнитного поля катушки с железным сердечником

Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов. На рисунке 102 изображён дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.

Рис. 102. Дугообразный электромагнит

Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, в зависимости от назначения их можно изготавливать самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.

Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков (рис. 103).

Рис. 103. Применение электромагнитов

На рисунке 104 показан в разрезе магнитный сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков. Зёрна 1 высыпаются из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри барабана находится сильный электромагнит 5. Притягивая железные частицы 4, он извлекает зёрна сорняков из потока зерна 3 и таким путём очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.

Рис. 104. Магнитный сепаратор

Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппаратах и во многих других устройствах.

Вопросы

• В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных тонких проводниках? Какое сходство имеется у неё с магнитной стрелкой?
• Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с током?
• Что называют электромагнитом?
• Для каких целей используют на заводах электромагниты?
• Как устроен магнитный сепаратор для зерна?

Упражнение 41

• Нужно построить электромагнит, подъёмную силу которого можно регулировать, не изменяя конструкции. Как это сделать?
• Что надо сделать, чтобы изменить магнитные полюсы катушки с током на противоположные?
• Как построить сильный электромагнит, если конструктору дано условие, чтобы ток в электромагните был сравнительно малым?
• Используемые в подъёмном кране электромагниты обладают громадной мощностью. Электромагниты, при помощи которых удаляют из глаз случайно попавшие железные опилки, очень слабы. Какими способами достигают такого различия?

Задание

• На рисунке 105 дана схема устройства электрического звонка. На ней буквами обозначено: ЭМ — дугообразный электромагнит, Я — железная пластинка — якорь, М — молоточек, 3 — звонковая чаша, К — контактная пружина, касающаяся винта С. Рассмотрите схему звонка и объясните, как он действует.
• На рисунке 106 показана схема простейшей телеграфной установки, позволяющей передавать телеграммы со станции А на станцию В. На схеме цифрами обозначено: 1 — ключ, 2 — электромагнит, 3 — якорь, 4 — пружина, 5 — колесико, смазанное краской.

  По схеме объясните работу установки.

• В мощных электрических двигателях, применяемых в прокатных станах, шахтных подъёмниках, насосах, сила тока достигает нескольких тысяч ампер. Так как в последовательно соединённых проводниках сила тока одинакова, то такая же сила тока будет во всех соединительных проводах этой цепи. Это очень неудобно, особенно если потребитель тока находится на большом расстоянии от пульта управления, где включается ток. Такие цепи можно включать при помощи специального устройства — электромагнитного реле (рис. 107), приводя его в действие малой силой тока. На схеме обозначено: 1 — электромагнит, 2 — якорь, 3 — контакты рабочей цепи, 4 — пружина, 5 — электродвигатель, 6 — контакты цепи электродвигателя. Объясните, как действует этот прибор.