Учебное пособие: Электромагниты и их применение

СЦЕНАРИИ УРОКА

Раздел программы: Электричество в нашей квартире

Тема: Электромагниты и их применение

Класс: 8

Трудовое задание: Ознакомить учащихся с электромагнитами

Время работы: 45 мин.

Образовательные цели:

1)  Ознакомить учащихся с историей открытия магнитного поля;

2)  Ознакомить учащихся с использованием электромагнитов в повседневной жизни;

3)  Ознакомить учащихся с принципом действия электромагнита;

Развивающие цели:

1)  Уметь объяснить принцип действия электромагнитов;

2)  Учить применять электромагниты по назначению;

3)  Уметь различать виды электромагнитов;

Воспитательные цели:

1)  Знание видов электромагнитов позволит различать различные приборы и их назначение

Тип урока: Урок изучения нового материала

Основной метод проведения урока: Эвристическая беседа

Оборудование: школьный конструктор трудовому обучению "Электричество-Г”, источник питания (батарейка карманного фонаря или выпрямитель типа ЛИП).

Литература: 1. «Технология» 8 кл.;

2. «Подготовка учителя технологии к уроку» Соловьянюк В.Г.

Место проведения: Учебные мастерские

Ход урока

Организационный момент:

- Здравствуйте… садитесь! Дежурный, назовите отсутствующих.

Мотивационный этап:

- На уроках физики вы уже сталкивались с измерительными приборами. Но мало кто из вас знает, как они устроены и как они работают. Сегодня на уроке мы с вами должны ознакомиться с устройством основных электрических измерительных приборов и принципом их работы.

Сообщение темы и цели урока:

-Итак, тема нашего сегодняшнего занятия «Электрические измерительные приборы».

Этап актуализации знаний:

- Ребята, какие измерительные приборы вы знаете? (амперметр, вольтметр, ваттметр, мультиметр и др.)

-Для измерения каких величин предназначены эти приборы?

Изучение нового материала:

В 1820 г. датский физик Эрстед (1777-1851) обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку. Однако магнитное поле отдельного проводника очень слабое. Наиболее сильным магнитным действием обладает проводник с током, свернутым в виде спирали, если в нее вставлен стальной сердечник. Катушка со стальным сердечником получила название электромагнита.

Электромагниты создают сильные магнитные поля. Первый электромагнит был изготовлен в 1825 г. английским изобретателем Ульямом Стердженом (1783-1850). Он имел вид подковы из мягкого железа, на который был намотан изолированный медный провод. С помощью этого электромагнита, подключавшегося к химическому источнику тока, поднимали до трех килограмм железа.

Более мощные подковообразные электромагниты сконструировал американский физик Джозеф Генри (1797-1878) в '828 г., применив многослойную обмотку из изолированной проволоки, обеспечивая грузоподъемность до одной тонны. В настоящее время электромагниты могут поднимать груз от долей грамма до сотен тонн, потребляя электрическую мощность от долей ватт до десятков мегаватт.

Используются электромагниты очень широко и имеют различные размеры (муфты сцепления, тормоза, выключатели, электрические машины, измерительные приборы и т.д.) Например, электромагнит Серпуховского ускорителя протонов длиною 1320 м состоит из 120 блоков общим весом 20 тыс. т. Несмотря на конструктивное разнообразие, все электромагниты состоят из следующих основных частей: катушки с токопроводящей обмоткой, намагничивающегося сердечника и якоря, передающего усилие деталям механизма.

Для снижения потерь энергии на нагревание, сердечники выполняют из набора листов специальной стали. Подъемная сила электромагнита равна силе, которая необходима для отрыва от электромагнита, притянутого им куска стали. Она определяется числом витков катушки, силой тока проходя­щего по катушке, магнитными свойствами сердечника.

Электромагнит нашел широкое применение в устройстве электромагнитного реле (термин реле происходит от французского relayer - сменять, заменять), которое построил впервые американский физик Джозеф Генри. Первоначально реле предназначалось для усиления сигнала электротелеграфа. Линия связи делилась на несколько участков, в конце каждого из них помещался электромагнит с подвижным якорем и контактами, позволяющими подключить новый участок линии связи с более мощным источником тока. Это была как бы "перепряжка" тока в пути - по аналогии с конной почтой, когда на промежуточных станциях происходила смена лоша­дей.

Электромагнитное реле представляет собой электромеханический прибор, реагирующий на изменение величины или направления какого-либо параметра и позволяющий включать и выключать электрические устройства соответствующих участков электрической цепи. Реле широко применяется в системах автоматики, телеуправления, в аппаратах связи и т.д.

С помощью установки, изображенной на рис. 47-а, выясняют принцип действия реле, контакты которой работают на замыкание цепи. Основная часть реле - электромагнит с сердечником П-образной формы, стальной пластинки (якоря), закрепленной на одном конце, и контактов, выполняющих роль выключателя другой электрической цепи (управляемой) со своим источником тока. Схема реле (рис. 47-6) имеет две электрические цепи: цепь управления (1) и исполнительную или управляемую цепь (2). Первая состоит из электромагнита, источника тока и выключателя, вторая - из источника тока, лампы накаливания, замыкающих контактов реле.

Рис. 47. Действующая модель реле и его электрическая схема

Как действует эта установка? При замыкании выключателя в цепи управления идет электрический ток, который, протекая по обмотке электромагнита, намагничивает его сердечник; к сердечнику притягивается якорь, замыкающий контакты и включающий исполнительную цепь со своим отдельным источником тока и потребителем (лампа накали­вания, электродвигатель и т.д.). Кроме реле с разомкнутой контактной парой широко применяется электромагнитное Реле с нормально замкнутой контактной парой.

Разновидностью реле являются электромагнитные контакторы, которые предназначены для дистанционного включения и отключения электрических цепей, рассчитанных на сравнительно большее значение силы тока

(например, для управления работой мощных электродвигателей троллейбусов, электрооборудования кранов и т.д.)

Контактор состоит из подвижных и неподвижных контактов и электромагнита, замыкающего контакты при прохождении тока по обмотке его катушки. На рис. 48 показана конструктивная схема

Рис. 48. Однополюсный контактор: I-изоляционная панель, 2-катушка, 3-стальной сердечник 4-подвижный якорь, 5-силовые контакты

изоляционной панели 1. Он состоит из катушки 2 со стальным сердечником 3, подвижного якоря 4, силовых контактов 5, а также дугогасительной камеры и системы блокировочных контактов (нормально открытых и нормально закрытых).

Силовые контакты рассчитаны на включение и выключение значительных токов (десятки и сотни ампер). Блокировочные контакты используются для различного рода переключений в цепях управления и рассчитаны на относительно небольшую силу тока (доли и единицы ампера).

Если катушку электромагнита включают в цепь источника тока, то якорь контактора притягивается к сердечнику и замыкает силовые контакты. Одновременно с этим замыкаются нормально открытые и размыкаются нормально закрытые контакты.

При отключении катушки электромагнита главные и блокировочные контакты возвращаются в исходное положение. В зависимости от числа контактных пар различают одно-, двух- и трехполюсные контакторы.

Схема двухполюсного контактора с втяжным якорем показана на рис. 49. При включени намагничивающей катушки '1 сердечник 2 в нее втянется и увлечет за собой стержень 3, сделанный из изолятора. На этом стержне закреплены контактные пластины с контактами (подвижные контакты) 4, которые и замкнут ► 3 неподвижные рабочие 5 и блокировочные 6 контакты. При выключении тока в намагничивающей катушке, сердечник под действием силы тяжести опустится и все контакты разомкнутся. Управление контактором производят с помощью кнопочной станции (рис. 50), состоящей из двух кнопок "Пуск" (черная) и "Стоп" (красная).

Кнопка "Пуск" в начальном положении разомкнута, а Кнопка "Стоп" - замкнута. Кнопки соединены с металлическими пластинками 1, на которых установлены подвижные Контакты 2. При нажатии кнопки "Пуск" неподвижные контакты 3 замыкаются, а при отпускании пружина 4 возвращает Кнопку и контакты в исходное положение. При нажатии Кнопки "Стоп" неподвижные контакты 3 размыкаются, а при отпускании кнопки они вновь замкнутся.

Контактор вместе с кнопочной станцией представляет собой магнитный пускатель, применяемый для управление работой станков и других электротехнических устройств.

Этап применения новых знаний:

1. Какова роль сердечника в электромагните?

2.Каковы преимущества дугообразного электромагнита перед прямолинейным?

З.Как устроено электромагнитное реле и для каких целей оно применяется?

 4.Каков принцип действия контактора?

 Подведение итогов урока:

- Сегодня на уроке активно занимались… Им соответственно оценки…На этом наше занятие завершилось. До свидания!!!