Zjawisko indukcji elektromagnetycznej i jego związek ze względnym ruchem elektromagnesu i cewki.

Trzyczęściowy eksperyment w wirtualnym laboratorium.

Zapoznaj się z zestawem doświadczalnym i z instrukcją wykonania eksperymentu, którego ogólnym celem jest zbadanie wpływu różnych czynników na przepływ prądu w zjawisku indukcji elektromagnetycznej. 
Zapoznaj się także ze strukturą Dziennika badań, wspólnego dla całego eksperymentu. Znajdziesz go w części poświęconej doświadczeniu 1.
Przeprowadź kolejno trzy doświadczenia, zwracając uwagę na szczegółowe cele zapisane dla każdego z nich. Możesz wykorzystać postępowanie zaproponowane w instrukcji laboratorium lub w poleceniach.
Przebieg każdego eksperymentu i wyniki obserwacji zapisz w Dzienniku badań w formie dostosowanej do każdego z sześciu poleceń.

Problem dodatkowy - alternatywne wyposażenie laboratorium.

Źródłem pola magnetycznego w laboratorium jest elektromagnes, w którym prąd może być wyłączony albo włączany w każdym z dwóch kierunków.

Prowadząc obserwacje miej na uwadze, czy można każdą z nich przeprowadzić z wykorzystaniem zwyczajnego magnesu sztabkowego zamiast elektromagnesu. Swoje rozstrzygnięcia przedstaw poprzez wykonanie ćwiczeń. Uzasadnienia rozstrzygnięć zapisz w odpowiedniej sekcji Dziennika badawczego.

Doświadczenie 1
Problem badawczy

Od czego zależą kierunek oraz natężenie prądu wyindukowanego w cewce pod wpływem poruszającego się elektromagnesu?

Hipoteza
  1. Natężenie prądu indukcyjnego zależy od prędkości ruchu elektromagnesu względem cewki.

  2. Kierunek prądu indukcyjnego ulega zmianie po zmianie kierunku przepływu prądu zasilającego elektromagnes.

Instrukcja
Polecenie 1

Na początek ustaw cewkę indukcyjną na środku ekranu i włącz elektromagnes w pozycję ON, w lewą stronę. Chwyć elektromagnes i przesuń go powoli przez cewkę. Następnie wykonaj to samo szybszym ruchem. Obserwuj zachowanie wskazówki amperomierza.

Rq0uZKmuvQlsv
Kiedy porusza się elektromagnes, to wzrost szybkości zmian pola magnetycznego przechodzącego przez cewkę indukcyjną 1. nie wpływa na natężenie, 2. powoduje wzrost natężenia, 3. powoduje spadek natężenia wyindukowanego w niej prądu.
Polecenie 2

Następnie ustaw włączony elektromagnes w środku cewki. Wypróbuj kilka innych pozycji nieruchomego elektromagnesu i obserwuj zachowanie wskazówki amperomierza.

R1dhOCgzxe0kt
W sytuacji, gdy pole magnetyczne przechodzące przez cewkę indukcyjną się nie zmienia, natężenie wyindukowanego w niej prądu 1. jest różne od zera, ale nie zależy od odległości elektromagnesu, 2. jest równe zero, 3. jest tym większe, im bliżej niej znajduje się elektromagnes.
Polecenie 3

Ustaw przełącznik w pozycję ON, po prawej stronie. Przeprowadź ponownie obserwacje z poleceń 1 i 2.

RaSjo59iYc9Jq
Kiedy porusza się elektromagnes, to wzrost szybkości zmian pola magnetycznego przechodzącego przez cewkę indukcyjną 1. nie wpływa na natężenie, 2. powoduje wzrost natężenia, 3. powoduje spadek natężenia wyindukowanego w niej prądu.
R1PPbH68TtzL4
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
RZwdlolJWXhtX
Data. Doświadczenie 1. Polecenia 1, 2, 3; ćwiczenie 1. Przebieg obserwacji. Wnioski, konkluzje, spostrzeżenia. (Uzupełnij). Doświadczenie 2. Polecenia 4.1, 4.2, 5; ćwiczenie 2. Przebieg obserwacji. Wnioski, konkluzje, spostrzeżenia. (Uzupełnij). Doświadczenie 3. Polecenie 5; ćwiczenie 3. Przebieg obserwacji. Wnioski, konkluzje, spostrzeżenia. (Uzupełnij).
Podsumowanie
Ćwiczenie 1
RVFSa1LOvzsgv
Wskaż obserwacje z Doświadczenia 1, które są możliwe do przeprowadzenia z wykorzystaniem magnesu sztabkowego w miejsce elektromagnesu. Możliwe odpowiedzi: 1. Obserwacja w poleceniu 1., 2. Obserwacja w poleceniu 2., 3. Obserwacja w poleceniu 3.

Zapisz uzasadnienie swojego poglądu oraz, ewentualnie, właściwego rozstrzygnięcia, w odpowiedniej sekcji Dziennika badawczego.

Doświadczenie 2
Problem badawczy

Jak zmienia się natężenie wyindukowanego prądu w zależności od tego, czy porusza się cewka czy elektromagnes?

Hipoteza

Natężenie i kierunek prądu pozostają jednakowe, niezależnie, czy w układzie laboratoryjnym porusza się elektromagnes czy cewka.

Instrukcja
Polecenie 4

4.1. Ustaw cewkę w środku ekranu, a elektromagnes z jego prawej strony. Włącz elektromagnes i kliknij przycisk „Nadaj prędkość”. Nadaj elektromagnesowi wybraną prędkość i pozwól mu „przelecieć” przez cewkę. Obserwuj wskazówkę amperomierza i odnotuj maksymalne natężenie prądu przez niego pokazane.

4.2. Ustaw cewkę po lewej stronie ekranu, a włączony elektromagnes w środku. (pozostaw przełącznik w tej samej pozycji, co w 4.1). Kliknij przycisk „Nadaj prędkość”. Nadaj cewce tę samą szybkość, którą wcześniej miał elektromagnes. Pozwól cewce „przelecieć” dookoła elektromagnesu. Obserwuj wskazówkę amperomierza i odnotuj maksymalne natężenie prądu przez niego pokazane.

Porównaj wyniki tych obserwacji i zapisz w Dzienniku badań, w postaci wniosku, interpretację tego porównania.
Przedstaw rozstrzygnięcie hipotezy badawczej.

Polecenie 5

Powtórz obie obserwacje 4.1 i 4.2 z inną szybkością nadaną cewce i elektromagnesowi. Oczywiście także tym razem szybkości te powinny być jednakowe.
Sformułuj pomocniczą hipotezę badawczą i zapisz, czy Twoja obserwacja ją potwierdziła czy obaliła.

R1PPbH68TtzL4
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Podsumowanie
Ćwiczenie 2
RqgUjXbsKYrib
Wskaż obserwacje z Doświadczenia 2, które są możliwe do przeprowadzenia z wykorzystaniem magnesu sztabkowego w miejsce elektromagnesu. Możliwe odpowiedzi: 1. Żadna z obserwacji z poleceń 4.1 i 4.2., 2. Tylko obserwacja z polecenia 4.1., 3. Tylko obserwacja z polecenia 4.2., 4. Obie obserwacje z poleceń 4.1 i 4.2.

Zapisz uzasadnienie swojego poglądu oraz, ewentualnie, właściwego rozstrzygnięcia, w odpowiedniej sekcji Dziennika badawczego.

Doświadczenie 3
Problem badawczy

Czy można uzyskać przepływ prądu indukcyjnego w cewce gdy jest ona nieruchoma względem elektromagnesu?

Hipoteza

Sformułuj samodzielnie hipotezę powiązaną z celem badania. Uwzględnij przy tym wyniki poprzednich dwóch doświadczeń.

Instrukcja
Polecenie 6

Wykorzystaj możliwości wirtualnego laboratorium i zweryfikuj postawioną hipotezę. Wynik obserwacji i rozstrzygnięcie problemu badawczego zapisz w Dzienniku badań.

R1PPbH68TtzL4
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Podsumowanie
Ćwiczenie 3

Rozstrzygnij, czy obserwację niezbędną do zweryfikowania postawionej przez Ciebie hipotezy można byłoby przeprowadzić z wykorzystaniem magnesu sztabkowego zamiast elektromagnesu. Zapisz swój pogląd, wraz z uzasadnieniem, w odpowiedniej sekcji Dziennika badawczego. Zapoznaj się z wyjaśnieniem i, jeśli jest ono niezgodne z Twoim poglądem, podaj argumenty za jego trafnością.

Pole magnetyczne wytwarzane jest przez elektromagnes, czyli zwojnicę z rdzeniem ferromagnetycznym w środku. Elektromagnes umieszczono wewnątrz cewki nawiniętej na cylinder o średnicy większej niż średnica elektromagnesu. Cewka połączona jest z amperomierzem, wskazującym przepływ prądu w cewce.

RgG5uPdLQO5ry
Ćwiczenie 1
Uzupełnij zdania wybierając poprawną odpowiedź: Gdy cewka i elektromagnes są nieruchome, prąd indukcyjny w cewce płynie / nie płynie. Gdy cewka zbliża się do nieruchomego elektromagnesu, prąd indukcyjne w cewce płynie / nie płynie. Gdy cewka oddala się od nieruchomego elektromagnesu, prąd indukcyjne w cewce płynie / nie płynie. Gdy elektromagnes oddala się od nieruchomej cewki, prąd indukcyjne w cewce płynie / nie płynie. Gdy elektromagnes zbliża się do nieruchomej cewki, prąd indukcyjne w cewce płynie / nie płynie.
R1Sb4Eqak6bcc
Ćwiczenie 2
Elektromagnes i cewka są nieruchome. Wybierz wszystkie prawdziwe stwierdzenia: Możliwe odpowiedzi: 1. Gdy elektromagnes jest wyłączony, prąd w cewce nie płynie., 2. Gdy elektromagnes jest włączony, prąd w cewce płynie., 3. Podczas włączania elektromagnesu prąd w cewce płynie, a następnie szybko zanika., 4. Podczas włączania elektromagnesu prąd w cewce zaczyna płynąć i stan ten trwa przez cały czas, gdy elektromagnes jest włączony., 5. Podczas wyłączania elektromagnesu prąd w cewce płynie, a następnie szybko zanika.
1
Ćwiczenie 3

Skorzystaj z dostępnych Ci źródeł i poszukaj informacji, kto i gdzie czerpie korzyści z indukcji elektromagnetycznej.

uzupełnij treść