Демонстраційні досліди - см. Т. II, §§ 2 і 50. Спрощені прилади - см. Т. III, § 49. Малюнки та креслення на уроках - см. Т. IV, § 68.
2. Методичні зауваження. для зв'язку з попереднім відділом на початку вивчення теми слід поставити питання, приблизно, в тому вигляді, в якому він виник у М. Фарадея [1]. Якщо провідник зі струмом в магнітному полі починає рухатися, то, в свою чергу, не може чи рух провідника в поле повісті до виникнення струму? Іншими словами, ставиться питання про можливість перетворення механічної енергії в електричну.
Методичні труднощі при вивченні, явища електромагнітної індукції та принципу пристрою і дії динамо-машини викликаються тими ж причинами, які були вказані в § 101, 2. Однак, їх легше подолати, оскільки подібні питання вже розглядалися в попередньому при вивченні електромотора. З метою спрощення викладу і забезпечення доступності матеріалу для учнів доводиться вдаватися, крім демонстрації дослідів, до широкого використання навчальних посібників у вигляді рамок або контурів з кільцями і колектором (див. Т. II, § 50, 7, рис. 377, 389 і 390 ), а також до застосування пояснювальних картин. При малюванні на дошці необхідно відмовитися від креслень в косокутній проекції і давати умовні зображення у вигляді розрізів, подібних показаному на малюнку 242. Оскільки учні не мають уявлення про електрорушійної силі, остільки, з метою спрощення викладу при розгляді явища електромагнітної індукції та наступних питань, доводиться говорити про індукований в провідниках електричний струм, а не про індукованої електрорушійної силі, що є з наукової точки зору не зовсім правильним.
Труднощі при вивченні явища індукції виникають також з тієї причини, що демонстраційний гальванометр, застосовуваний в школі, виявляється недостатньо чутливим. Тому явище доводиться показувати в сильно ускладненому вигляді, збуджуючи ток в котушці, а не в прямому провіднику.
3. Електромагнітна індукція. Виклад цього питання не тільки в школі, але і в підручниках є незадовільним. Внаслідок методичного недосконалості апаратури на дослідах вдається виявити тільки виникнення індукційного струму, але не обґрунтувати існуючий зв'язок між напрямками поля, механічного руху і напрямом струму.
1) Індукційна котушка, наявна зазвичай в школі, повинна бути визнана непридатною з методичної точки зору. Слід застосовувати спеціально виготовлену котушку, на якій ясно видно учням напрямок обмотки і у якій дроти пофарбовані в різні кольори (див. Т. II, рис. 40).
2) Всередині демонстраційного гальванометра треба, в разі потреби, зробити перез'єднання проводів, що ведуть до його клем, щоб відхилення стрілки відбувалося по току (див. Т. II, § 45, рис. 323).
3) При демонстрації користуватися не прямим, а U-подібним магнітом, так як картина поля у останнього простіше, ніж у першого (див. Т. II, рис. 399 і 401).
Тільки при дотриманні зазначених умов може бути порівняно просто встановлена на досвіді зв'язок, що виражається правилом правої руки.
Явище індукції вивчається в наступному вигляді:
1) Індукційний струм виникає при русі провідника поперек силових ліній поля, але аж ніяк не вздовж їх (рис. 244).
2) Явище індукції спостерігається не тільки при русі переміщенні котушки близько полюсів провідника по відношенню до поля, а й поля по відношенню до провідника, т. Е. При відносному русі поля і провідника.
3) Чотири можливих випадку руху провідника близько магнітних полюсів зводяться до двох основних випадків відносного переміщення провідника поперек силових ліній поля (рис. 245).
4) Напрям індукційного струму в залежності від напрямків поля і переміщення визначається правилом правої руки.
Бажано розглянути правило Ленца, що раціональніше виконати пізніше - при постановці досвіду, виявляє опір якоря динамо-машини при її навантаженні.
Отримання індукції електромагнітом можна не демонструвати, так як це не вносить чого-небудь принципово нового. Демонстрація виникнення струму у вторинній котушці при перервах струму в первинної служить введенням до розгляду питання про трансформаторі і тому повинна бути проведена на початку наступної теми.
При вивченні правила правої руки слід, керуючись положеннями, наведеними в § 101, 3, провести тренувальні заняття з усім класом.
Замальовки викладача на дошці і учнів в зошитах повинні відповідати всім можливим випадкам руху котушки відносно полюсів (рис. 244 і 245).
Питання про цих малюнках детально розглянуто в т. IV, § 68, 1 (рис. 303-308).
4. Отримання змінного струму обертанням рамки. Для основного досвіду, службовця для виявлення виникнення змінного струму при поворотах рамки в магнітному полі, служить котушка, описана в т. II, § 50, 6 (рис. 393). Судження про зміну напряму струму при проходженні рамки через нейтральне положення виробляється на підставі відхилення стрілки демонстраційного гальванометра. Пояснення спостережуваного явища дається на підставі правила правої руки за допомогою демонстраційного контуру з кільцями (рис. 246 і см. Т. II, рис. 389) і заздалегідь виготовлених картинок, подібних малюнку 242. У цього контуру, як і при вивченні руху провідника, для спрощення пояснень необхідна забарвлення його окремих частин в різні кольори.
Учнів слід ознайомити з основними відмінностями змінного струму від постійного:
1) Змінний струм через однакові проміжки часу змінює своє. напрямок на протилежне.
2) Сила змінного струму протягом такого проміжку часу безперервно зростає до деякої максимальної величини і потім так само зменшується до нуля.
3) Час, протягом якого змінний струм тече як в тому, так і зворотному напрямку, називається періодом змінного струму. Бажано дати графік змінного струму (див. Т. IV, рис. 306).
На закінчення треба розглянути пристрій магнітоелектричної машини з кільцями і показати її дію, накалівая електричну лампочку (див. Т. II, § 50, 8 і рис. 394). При цьому даються пояснення, з якою метою тіло якоря робиться з заліза, а обмотка - з великої кількості витків.
Згадавши про заміну магнітів електромагнітами, таку машину можна розглядати як прообраз сучасних машин змінного струму (альтернують), що вживаються в техніці. Назва машин змінного струму динамо-машину неправильно [3].
5. випрямляти дію колектора. Динамо машина. Випрямляє дію колектора з'ясовують, користуючись контуром з колектором і вдаючись до заздалегідь виготовленим малюнків на кшталт зображених на малюнку 247 [4]. Потім демонструють дію магніто-електричної машини з колектором (див. Т. II, рис. 394), накалівая лампочку і показуючи за допомогою демонстраційного гальванометра, що машина дає прямий струм. Корисно розповісти також про пристрій кишенькового ліхтарика з магніто-електричної машиною (див. Т. II, рис. 395, II). Вказавши, що в технічних машинах замість магнітів застосовують для посилення дії електромагніти, учнів знайомлять з дінамоелектріческіх принципом, який полягає у тому, що струм для живлення індуктора береться від якоря динамо-машини, що становить її характерна властивість.
Учні легко вбачають тотожність в пристроях динамо-машини і мотора постійного струму. Тому питання про оборотності динамо-машини, що показується на досвіді, технічно нескладне труднощів.
6. Динамомашини як перетворювач механічної енергії в електричну. Найважливіше принципове значення має досвід, який показує, що споживана динамо-машину механічна потужність залежить від електричної, що дається динамо-машину. Таке явище виявляється зі зміни швидкості падаючого вантажу, який приводить в дію динамо-машину (див. Т. II, § 50, 3) при її електричної навантаженні, в порівнянні з роботою вхолосту. У зв'язку з цим досвідом і явищем оборотності динамо-машини, як було зазначено в розділі 3, має бути з'ясовано правило Ленца. На підставі зіставлення правил правої і лівої руки і малюнків цілком можливо підвести учнів до висновку, що індуктивний струм завжди має такий напрямок, що створює силу, протидіє виробленому руху. Далі вводиться поняття про к.к.д. динамо-машини і вказується його висока величина для найбільш досконалих машин. Введення к.к.д. виробляють, вирушаючи від закону збереження енергії і тим самим підкреслюючи загальність останнього.
На закінчення розглядається значення винаходу механічного генератора електричної енергії, яке уможливило отримання сильних струмів і дозволило ввести широке використання електричної енергії в техніці і побуті.
7. Історичні відомості. Розгляд значення винаходу механічного генератора електричної енергії має супроводжуватися повідомленням відповідних історичних відомостей. До їх числа належать: 1) історія відкриття електромагнітної індукції М. Фарадеєм; 2) біографія М. Фарадея (§§ 9 і 10); 3) короткі відомості про винахід динамо-машини і 4) історія відкриття оборотності динамо-машини. Вивчення біографії М. Фарадея має вельми велике виховне значення.
Крім розповіді про Фарадей, учнів треба ознайомити з життям і найважливішими відкриттями російського вченого Емілія Христиановича Ленца, який присвятив все своє життя в основному вивченню мгніто-електричних явищ. Найбільш важливим слід вважати відкриття ним закону, який встановлює напрям індукованого струму (правило Ленца) і тим самим зв'язує в одне ціле явища руху провідника в магнітному полі і явища електромагнітної індукції (див. Розділ 6). Це відкриття мало величезне принципове значення і, доповнене ще рядом інших робіт Ленца з електромагнетизму, будучи першою визначальною для світової науки роботою з теорії електромагнітних машин. Тому інформування учнів про академікё Ленце тільки як про вченого, що відкрив закон Джоуля-Ленца, є недостатнім.
8. Завдання. Завдання застосовуються з тією ж метою і такого ж типу, як і в темі «рух провідника». Особливі інтерес і користь представляють завдання-питання про змінний струм, що пропонують передбачити, як будуть відбуватися: теплові дії, електроліз сірчанокислої міді і підкисленою води і тяжіння електромагнітом заліза (див. Т. II, § 51, 2 і рис. 406).
9. Навчальні посібники. Крім здавалося вище контурів з кільцями і колектором, слід застосувати пояснювальну картину: «Пристрій генератора постійного струму. Корисна демонстрація діапозитивів із зображенням вживаються в техніці машин (генераторів) постійного і змінного струмів. Ще краще показати відповідні фрагменти з кінофільму: «Перетворення механічної енергії в електричну».
Виключно сильне враження на учнів виробляє демонстрація діючої моделі паросилова електростанції.
10. Позакласні заняття. Як було зазначено в § 49, 3, бажана організація вечора, присвяченого М. Фарадея, або випуск відповідної стінгазети. Для гурткових занять тема відкриває шірокіё можливості для вивчення змінного струму на ряді дослідів (див. Т. II, § 51, 2 і т III, § 2,7).
- ↑ Фарадей ставив питання про "перетворення магнетизму в електрику".
- ↑ В правилі говориться про рух дроти, а не магнітного поля.
- ↑ Динамо-електричний принцип полягає в харчуванні індуктора (електромагнітів) струмом від якоря машини. Завдяки залишковим магнетизму в полюсах динамомашина здатна до самозбудження при пуску.
- ↑ Значне спрощення при поясненнях досягається при виконанні малюнків учителем за допомогою кольорової крейди (рис. 230, II) і учнями за допомогою кольорових олівців.