Лабораторна робота з фізики – 9 клас; «Складання та випробовування електромагніту»  

   Для проведення лабораторної роботи досить виготовити найпростіші електромагніти описані в (2). 

Для виготовлення одного електромагніту знадобляться:

•              якір від реле типу РПН - 1 шт;

•              емальований дріт ПЭВ-2 діаметром 0,38…0,5 мм.- 8 м;

•              батарейка (елемент) на 1,5 В типу АА – 1 шт; ;

•              два провідника ізольованих довжиною по 10…15 см;

•              кнопка на замикання; 

•              металеві (залізо) скріпки канцелярські – 11 шт ; 

•              ізоляційна стрічка; 

•              касета з контактами для батарейки;  • кусачки.

   Більше 200 років тому звернули увагу на те, коли обмотати залізний стержень ізольованим дротом і пропустити струм по обмотці, то стержень стає магнітом. Значно кращий результат отримаємо якщо використати магнітом’ягке залізо, тобто залізо яке не залишається намагніченим після відключення струму. Зазвичай таке залізо використовують як осердя  в трансформаторах, реле, або якір в реле. Для виготовлення реле взято якір від «телефонного» реле типу РПН, зазвичай такі реле використовують на телефонних станціях; хоча взамін можливо використати і осердя від цього реле, або від іншого типу реле. Виготовити електромагніт досить просто. Посередині пластину якоря обмотуємо ізоляційною стрічкою і на неї хаотично намотуємо 150 витків дроту ПЭВ-2 діаметром 0,38 мм. Кінці обмотки зачистимо і підпаюємо ізольовані провідники з більшим перерізом. Якщо немає можливості підпаяти, то просто ретельно з’єднуємо провідники. З’єднання провідників бажано обмотати ізоляційною стрічкою. Виготовлення такого електромагніту займе 10…12 хвилин (намотка котушки займе – 3…4 хвилини). Під’єднавши до котушки електромагніту батарейку і піднісши електромагніт до скріпок побачимо, що врони притягнуться до якоря. Відключивши батарею від електромагніту – скріпки впадуть. Опір обмотки електромагніту малий, тому струм в колі буде великий (близько 3 А) і зумовлений внутрішнім опором елемента. Слід мати на увазі, що елемент живлення (типу АА) повинен бути «свіжим», інакше він не забезпечить великого струму в зв’язку з тим, що в елементів, які довго працювали буде великий внутрішній опір.  Схема підключення електромагніту  приведена на рис. 1. На фото 1 показано саморобний електромагніт, батарейку в касеті і канцелярські скріпки. На фото 2 показано електромагніт в роботі – утримує 11-ть канцелярських скріпок. При знятті напруги з електромагніту скріпки опали (фото 3). Цікаво також провести експеримент – при збільшенні кількості витків до 200, або 300 – електромагніт утримує більшу кількість канцелярських скріпок. За допомогою компаса можливо побачити, що з однієї сторони електромагніту утворюється південний полюс, а з другої – північний. Якщо поміняти полярність підключення батареї, то полюса міняються місцями. Якщо паралельно ввімкнути два елементи, то струм в обмотці буде в два рази більший і електромагніт також буде утримувати більшу кількість канцелярських скріпок.

                            Фото 1

       Фото 2                                                              Фото 3         

   В принципі, можливо подати на електромагніт напругу від блока живлення але в ланцюг живлення необхідно послідовно ввімкнути електролампу розжарення на 12 В, 40 Вт (автомобільна) – для обмеження струму через електромагніт, як це показано на рис. 2; або дротяний резистор на 3 Ом, замість електролампи розжарення .   

     Після проведення лабораторної роботи доцільно продемонструвати учням роботу більш потужного електромагніту.

       Демонстрація роботи потужного електромагніту з живленням 42 В

    Для демонстрації більш потужного електромагніту можливо скористатись також саморобним електромагнітом, описаним в (1).   Змайструвати електромагніт своїми руками досить просто. Найпростіше, це використати для електромагніту готовий дросель від радіоелектронної апаратури, реконструювавши його. Як відомо, трансформаторне залізо в дроселях має ш-образне залізо і замикаючі пластини (набір пластинок трансформаторного заліза). Якщо в дроселя вилучити замикаючі пластини, то зразу ж отримаємо електромагніт. Чим потужніший був дросель, то потужніший буде електромагніт. Для потужного електромагніту необхідно, щоб він був намотаний дротом якомога товстішим. Один з варіантів електромагніту, виготовленого з дроселя показано на фото. 4. 

                    Фото 4. Зовнішній вигляд саморобного електромагніту

   Обмотка дроселя намотана ізольованим дротом ПЭВ-2  ø  0,73 мм. і  має

  Подавши на електромагніт змінний струм можливо також провести цікаві

•                    Якщо піднести до електромагніту викрутку, виготовлену з заліза і             раптово припинити подачу змінного    струму, то викрутка             намагнітиться і буде притягувати дрібні залізні вироби: гайки, гвинтики            та інше, тобто стане постійним магнітом. 

•                    Якщо намагнічену викрутку піднести до електромагніту і забрати            подалі від нього, то викрутка розмагнітиться.

•                    Якщо до електромагніту піднести консервну банку, то отримаємо 

           «ревун», який чути і за 100 м.

•                    Демонстрація самоіндукції- піднести до електромагніту котушку  з             ізольованим дротом(100 витків дроту ПЭВ-2  ø  0,43 мм., намотана на           оправці діаметром 50 мм) з підключеною електролампочкою на 

          1 В ×   0,068 А.

Від струму індукції електролампочка буде яскраво світити, що показано на фото 8.  

                       Фото 8

Слід зауважити, що при проведенні дослідів з електромагнітом – магнітофонні стрічки, годинники, картки для банкомату необхідно тримати подалі від ввімкненого електромагніту, щоб уникнути виводу їх з ладу. 

Література: 

1.  Співавтори: Дмитро Бабин, Святослав Бабин, Електромагніт на 42 В, 

        Саморобні прилади з фізики, Інтернет https://radio-ur5ydn.jimdofree.com/  

2.  Автор: Дмитро Бабин, Саморобний електромагніт, Прості досліди з             фізики в домашніх умовах, Інтернет          https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/  

   Автор: Бабин Дмитро Святославович