Zjawisko samoindukcji - scenariusz lekcji fizyki

Czas trwania: jedna lekcja.

Cele ogólne:

Uczeń po lekcji wie:
• czym jest zjawisko samoindukcji,
• jak zbadać zjawisko samoindukcji.

Cele szczegółowe:

Uczeń powinien wiedzieć:
• jak zależy wartość siły elektromotorycznej od wartości współczynnika indukcji własnej,
• jaka jest zależność między współczynnikiem indukcyjności własnej a rozmiarami geometrycznymi zwojnicy oraz rodzajem materiału z jakiego jest wykonana.

Uczeń powinien znać:
• regułę Lenza, która „steruje” zjawiskiem samoindukcji.

Uczeń powinien umieć:
• zbudować układ doświadczalny, który pozwoli na zbadanie zjawiska samoindukcji,
• obliczyć wartość SEM samoindukcji.

Pomoce i materiały:
żaróweczki (3,5 – 4,5 V), baterie o napięciu 4,5 V, szkolne zwojnice, przewody, zwojnica składająca się z toroidalnego rdzenia i owiniętego wokół niej drutu w izolacji, niewielka neonówka (ok. 120V), bateria o napięciu 1,5 V.
Metody:
pokaz, podająca, ćwiczeń równym frontem, problemowo – aktywizująca.


Przebieg lekcji:
1. Sprawy organizacyjne.
2. Przypomnienie reguły Lenza, wzorów na strumień wektora indukcji magnetycznej i indukcję magnetyczną.
3. Podział na grupy dwu- lub trzyosobowe. Każda grupa wykonuje następujące doświadczenie:
• Łączą równolegle ze sobą: żaróweczkę, bateryjkę i zwojnicę osadzoną na rdzeniu transformatora. Zamykają rdzeń zworą. Włączają baterię i po chwili szybko przerywają obwód.
• Żaróweczka świeciła normalnym blaskiem, a jak przerwano obwód, to błysnęła i zgasła (przepaliła się).
4. Doświadczenie wykonane przez nauczyciela. Układ składa się z neonówki, zwojnicy i baterii 1,5 V. Włączamy baterię, prąd popłynie przez zwojnicę, ale nie zaobserwujemy świecenia neonówki. Odłączamy szybko źródło napięcia. Neonówka rozbłyskuje.
Efekt tego doświadczenia do obejrzenia na stronie:

http://www.youtube.com/watch?v=gbecD_v4q98&

5. Wyprowadzamy wzory na SEM samoindukcji:
ε = -LdI/dt

ze wzoru na strumień wektora indukcji dla zwojnicy:

Φ = (Sμμ_0 n^2 I)/l

i ze wzoru na SEM z prawa indukcji:

ε = -dΦ/dt

6. Nauczyciel na podstawie podanych wzorów wyjaśnia doświadczenia przeprowadzone w punkcie 3 i 4. Kładzie nacisk na to, iż powstanie siły elektromotorycznej samoindukcji jest warunkowane zmianą natężenia prądu i że ta siła zależy wprost proporcjonalnie od współczynnika samoindukcji, czyli od wymiarów i właściwości zwojnicy oraz jej „otoczenia”, czyli rdzenia.

7. Rozwiązywanie zadań z zastosowaniem wzoru na SEM samoindukcji i zastosowaniem niepewności pomiarowych.