Temat

Elektromagnesy i ich zastosowanie

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VII. Magnetyzm. Uczeń:

5) opisuje budowę i działanie elektromagnesu; opisuje wzajemne oddziaływanie elektromagnesów i magnesów; wymienia przykłady zastosowania elektromagnesów.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Opisuje i prezentuje działanie elektromagnesu.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Buduje prosty elektromagnes.

2. Identyfikuje własności elektromagnesu.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- wyjaśnia i prezentuje działanie elektromagnesu,

- bada wzajemne oddziaływanie elektromagnesów i magnesów,

- wymienia zastosowania elektromagnesów.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Doświadczenie.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Odpowiedz na pytania wprowadzające do lekcji:

1. Czy przewodnik z prądem jest źródłem pola magnetycznego?

2. Jak można sprawdzić czy przewodnik z prądem jest źródłem pola magnetycznego?

Pod lub nad przewodnikiem ustawiono igłę magnetyczną równolegle do przewodnika. Co się stanie z igłą magnetyczną w momencie włączenia prądu?

Realizacja lekcji

Nauczyciel wprowadza pojęcie elektromagnesu.

Elektromagnes – urządzenie wytwarzające pole magnetyczne w wyniku przepływu przez nie prądu elektrycznego. Pole magnetyczne wokół elektromagnesu istnieje tak długo, jak długo płynie prąd. Elektromagnesy składają się zwykle z żelaznego rdzenia i drutu nawiniętego w postaci zwojów wokół tego rdzenia.

Prosty elektromagnes może być utworzony za pomocą cewki z drutu nawiniętego wokół żelaznego rdzenia, np. dużego gwoździa.

[Grafika interaktywna]

Eksperyment:
Własności elektromagnesu.

Problem: 
Jakie własności ma prosty elektromagnes?

Hipoteza: 
Siła elektromagnesu zależy od jego pola magnetycznego.

Materiały: 
- bateria 4,5 V, 
- cienki izolowany drut miedziany, 
- gwóźdź, 
- kompas, 
- opiłki żelaza, 
- spinacze.

Przebieg:

1. Nawiń 50 zwojów izolowanego drutu wokół żelaznego gwoździa. Pozostaw wystarczającą długość przewodów na obu końcach, aby móc połączyć je z baterią.

2. Podłącz końce przewodów do baterii.

3. Aby sprawdzić, czy gwóźdź stał się magnesem, przetestuj go za pomocą żelaznych opiłków. Co się stanie, jeśli odłączysz baterię?

4. Umieść igłę kompasu blisko elektromagnesu. Określ jego bieguny.

5. Sprawdź, ile spinaczy przyciąga twój elektromagnes.

6. Nawiń teraz 100 zwojów izolowanego drutu wokół żelaznego gwoździa. Sprawdź, ile spinaczy może teraz przyciągnąć elektromagnes.

Wniosek: 
Jeśli bateria jest odłączona, wokół gwoździa nie ma już pola magnetycznego. Im więcej drutów jest nawiniętych na gwóźdź, tym silniejsze jest pole magnetyczne.

Jak działają elektromagnesy:

Aby elektromagnes działał, należy przyłożyć napięcie do cewki. Prąd elektryczny zaczyna płynąć i tworzy pole magnetyczne wokół drutu. Jeden koniec cewki to biegun północny, a drugi koniec to biegun południowy. Żelazny rdzeń wzmacnia pole magnetyczne.

Kształt linii pola magnetycznego wokół elektromagnesu jest taki sam jak linii pola wokół magnesu sztabkowego. Położenie biegunów, a tym samym kierunek pola magnetycznego, można odwrócić, podłączając odwrotnie bieguny baterii.

Elektromagnes nie jest magnesem trwałym. Jeśli napięcie zasilania jest wyłączone, nie ma już pola magnetycznego.

Właściwości elektromagnesu:

Elektromagnes może być silniejszy, jeśli:

- do cewki włożymy żelazny rdzeń,
- dodamy więcej zwojów do cewki,
- zwiększymy natężenie prądu płynącego przez cewkę.

[Ilustracja 1]

Elektromagnesy a magnesy trwałe:

Zarówno elektromagnesy, jak i magnesy stałe mają ze sobą wiele wspólnego. Są to obiekty generujące pola magnetyczne. Oba są dipolami, oznacza to, że mają biegun północny i południowy, ale tylko elektromagnesom można zamieniać bieguny, odwracając przyłożone napięcie. Siła elektromagnesu może się zmieniać, podczas gdy w przypadku magnesu trwałego pozostaje taka sama.

Zastosowanie elektromagnesów:

Obecnie istnieje wiele różnych zastosowań elektromagnesów. Są stosowane w niezliczonej liczbie urządzeń elektrycznych, w tym w silnikach, generatorach, przekaźnikach itp. Są one szeroko stosowane w przemyśle, np. na złomowiskach do podnoszenia ciężkich samochodów, w medycynie np. urządzenia MRI, w nauce, np. akceleratory oraz w urządzeniach, z których korzystamy w codziennym życiu, np. dyski twarde, dzwonki do drzwi, głośniki, kuchnia indukcyjna, odtwarzacze CD.

Podsumowanie lekcji

Pole magnetyczne wokół elektromagnesu zależy od natężenia prądu płynącego przez cewkę, od ilości zwojów a także od tego czy posiada żelazny rdzeń. Pole magnetyczne wokół elektromagnesu zanika, gdy prąd jest wyłączony.