Zařízení s elektromagnetem

Úkol: Zkonstruujte zařízení, které využívá elektromagnet.

Vaším úkolem je vyrobit zařízení, které využívá elektromagnet. Ale kde vzít elektromagnet? Buďto má váš vyučující vhodné cívky v kabinetě fyziky, nebo si cívky vyrobíte sami. Jako jádro poslouží silnější ocelový šroub, kostru cívky můžete slepit z lepenky, překližky nebo plastových destiček. Cívku navinete z lakovaného drátu nebo z drátu s plastovou izolací (říká se mu zvonkový drát). Pro účely tohoto projektu postačí cívka s 200 závity – to snadno navinete rukou. Pro její napájení použijte 3 tužkové monočlánky (případně 5V adaptér).

Postavte relé nebo Wagnerovo kladívko. Obojí to jsou historické konstrukce, ale používají se běžně i v současnosti.

Relé umožňuje ovládat jedním obvodem druhý obvod – elektromagnet přitáhne ocelovou kotvu, která zapne nebo rozepne spínač druhého obvodu. Velkou výhodou relé je, že tyto dva obvody nejsou elektricky propojené, takže třeba obvod napájený 9V baterií může ovládat spotřebič napájený ze zásuvky.

Wagnerovo kladívko je elektromechanický přerušovač – elektromagnet přitáhne pružný plátek, tím se přeruší obvod, plátek se vrátí zpět a obvod zase sepne. Toto probíhá tak dlouho, dokud obvod nevypnete nebo se nevybije baterie. Pokud konec plátku tluče do kovové misky, funguje zařízení jako elektrický zvonek.

Otázky:

1. Na čem závisí frekvence přerušení proudu u Wagnerova kladívka?
2. Jak vypadá časový průběh proudu procházejícího Wagnerovým kladívkem? Nejprve to zkuste odhadnout a poté to ověřte pomocí počítačového ampérmetru nebo osciloskopu.
3. Čím je dané to, jak velké proudy dokáže relé spínat?
4. Zjistěte, kde se relé využívá.
5. Jak se v současnosti konstruují obvody vytvářející pravidelně přerušovaný proud?

Poznámky pro učitele

Odpovědi na otázky v závěru:

1. Na čem závisí frekvence přerušení proudu u Wagnerova kladívka? Na mechanických vlastnostech plátku – prakticky odpovídá frekvenci vlastních kmitů plátku.
2. Jak vypadá časový průběh proudu procházejícího Wagnerovým kladívkem? Nejprve to zkuste odhadnout a poté to ověřte pomocí počítačového ampérmetru nebo osciloskopu. V ideálním případě jsou to obdélníkové pulzy (začátek a konec pulzů bývá zdeformován indukčními jevy).
3. Čím je dané to, jak velké proudy dokáže relé spínat? Tím, jaká je proudová odolnost spínacích kontaktů a přívodních vodičů.
4. Zjistěte, kde se relé využívá. Všude tam, kde se pomocí elektroniky ovládají výkonové spotřebiče (např. kompresor v ledničce).
5. Jak se v současnosti konstruují obvody vytvářející pravidelně přerušovaný proud? Pomocí integrovaných obvodů, které přes tranzistor spínají proud s frekvencí nastavenou pomocnými součástkami (většinou rezistor a kondenzátor).