«включение электромагнита с помощью фотоэлемента»

        Муниципальное бюджетное общеобразовательное

г. Иркутска

Средняя  образовательная школа №1

ПРОЕКТ

На тему: «включение электромагнита с помощью фотоэлемента»

                                                                            Проект выполнил:

Алакшин Марк Сергеевич

                                                                                Ученик 9 «Б» класса

                                                                                     Руководитель проекта:

                                                                        Л. Д. Мавлеева

                                                                           Учитель физики

Допуск к защите

«18»марта  2021

г. Иркутск

2021

Оглавление

Паспорт проекта…………………………………………………………………##

Пояснительная записка………………………………………………………..##

Глава I…………………………………………………………………………….##

1.1 История открытия магнитов……………………………………………..##

1.2 Свойства магнитов……………………………………………………………..

1.3 Особенности магнитов………………………………………………………… 1.4 Особенности магнитов.……………… ……………………………………

  1.5 Электромагнит………………………………………………………………..

   1.6 Создание простейшего электромагнита …………………………………… Эксперимент 1 …………………………………………

Эксперимент 2…………………………………………

Эксперимент 3…………………………………………

Эксперимент 4…………………………………………

Эксперимент 5…………………………………………

Эксперимент 6…………………………………………

Глава II………………………………………………………………………….##

2.1 Применение фото элемента ……………………………………………….##

Заключение …………………………………………………………………….##

Список литератур………………………………………………………………….

Аннотация.

Объектами исследования является электромагнит и созданное им магнитное поле.

Цель работы: включение электромагнита с помощью фотоэлемента

Метод: изменение магнитного поля простейшего электромагнита: изменение числа витков его обмотки, изменение силы тока в обмотке.

Прогнозируется, 1) что с увеличением числа витков обмотки электромагнита его магнитное поле усиливается и наоборот;

2) увеличивая(уменьшая) силу тока в цепи магнитное поле электромагнита усиливается (уменьшается);

3) электромагнит с большим стальным сердечником имеет большую силу магнитного поля;

4) электромагнит с большей силой магнитного поля будет иметь большую грузоподъёмность.

 Введение.

Вы не знали, что все человечество, животные и рыбы, моря и горы существуют в мире магнитов? Каждого из нас окружают миллиарды магнитных полей всевозможного назначения. Мы сами, в свою очередь тоже, является магнитами. Курсирующие в нас биотоки создают силовые линии, опоясывающие наше тело. Земля, планеты и солнце – это гигантские магниты, летающие по нашей галактике. Без мира магнита и взаимного притяжения друг к другу всего, что находится на Земле, не было бы жизни, любви, рождения и смерти. Поэтому в магните заключена огромная сила природы. 

1. История открытия магнитов.

Более двух тысяч лет назад в малой Азии, у подножья холмов Магнезии, жил пастух с весьма распространенным в этой местности именем Магнус. Однажды, проходя по новому маршруту, со своим стадом он вдруг обнаружил, что неведомые силы будто бы приковывали его к земле. С каждым шагом идти было все труднее и труднее. Посох Магнуса, тоже стал вести себя странно - он начал «приклеиваться» к земле. Так человечество, с помощью простого бедного пастуха совершило открытие магнита. Гвозди на сапогах Магнуса и железный наконечник посоха притянулись к черному камню – магниту. С тех пор этот черный камень стали называть «Камнем Магнуса» или «Магнитом». 

• С момента открытия магнита прошло много времени и только в 1269 году рыцарь, красавец-весельчак Пьер из небольшой французской местности Марикур, умный и проницательный человек, увлекающийся астрономией и математикой впервые научно охарактеризовал свойства магнита в своем знаменитом трактате о магните[1].

1.3. Свойства магнитов. 

• В настоящее время свойства магнитов достаточно хорошо изучены. Магниты притягивают к себе железо, никель, кобальт и всевозможные стали. Дерево, стекло, пластмасса, бумага, ткань не реагирует на магнит.

• Если положить рядом с магнитом иголку или гвоздь они тоже становятся магнитами! Но когда мы убираем магнит, эти предметы утрачивают свои магнитные свойства. Магниты, сохраняющие свои магнитные свойства, называются постоянными магнитами. Они в доме находятся повсюду. Одни держат закрытыми дверцы холодильников, другие спрятаны в дверном звонке, в телефоне и т. д.

• Магнитная сила магнита действует и сквозь стекло, сквозь воду или бумагу. Благодаря этой способности магниты используются при строительстве подводных сооружений, когда нужно закреплять кабель или держать инструмент под рукой. Магниты могут притягиваться даже на расстоянии. Чем больше магнит, тем больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит оказывает свое воздействие. Этим пользуются в химических лабораториях, когда нужно перемешать стерильные вещества в небольших количествах.
• Магнитная сила может преодолевать только тонкие соли некоторых материалов, но не преодолевает толстые слои. Сила магнита зависит от размера и формы. Подковообразные магниты сильнее, чем плоские и круглые.
• Если магниты имеют одинаковую форму, то сильнее будет магнит большего размера. Например, магнитная лента магнитофона покрыла крохотными магнитиками, которые в записывающей головке ориентируются таким образом, что воспроизводящая головка дезориентирует их, создавая снова звуковые сигналы[2].

1.4. Особенности магнитов. 

• Кто из нас не раз старался приблизить друг к другу 2 магнита? Не получается! Это происходит потому, что у магнита есть два противоположных полюса северный и южный. Противоположные полюса притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. Это свойство используется, например, в современных скоростных поездах, где внутри поезда и на рельсах установлены магниты разных полюсов, так что поезд практически парит над рельсами и достигает огромных скоростей.
• Земля тоже ведет себя как большой магнит и ориентирует по линиям своего поля любой свободно движущийся магнит. Это вызвано железом и никелем, находящимся в ядре Земли. Линии магнитного поля идут от одного полюса к другому и ориентируют стрелку компаса по этим линиям. Она стремится занять положение Север-Юг (окрашенный конец указывает на сервер)[3]. 

1.5. Электромагниты.

• Человек научился не только использовать естественными магнитами, но и делать искусственные. Их изготавливают из стали или особых сплавов. Держать магнит рядом с механическими часами очень рискованно, так как стальная пружина может намагнититься и вывести часы из строя. Если магнит подвергается неоднократным ударам, то он может размагнититься.
• Кроме постоянных магнитов есть электромагниты, которые имеют огромное преимущество: их можно выключить, отключив электроэнергию. Такие магниты запускают турбины, двигатели, дрели, игрушки и многое другое. Электромагнитом называют прибор, который приобретает свойства магнита при прохождении через него электрического тока[4].

1.6. Создание простейших электромагнитов.

Для изготовления простейшего электромагнита нам понадобятся:

• Медная проволока
• Болт с гайкой
• Две пластиковые шайбы
• Бумажный скотч
• Изолента
• Пара рук и немножко фантазии, если чего-то из перечисленного под рукой не оказалось :)

1. Эксперимент1. Определение опытным путём полюсов электромагнита. Замыкаем электрическую цепь. Железные опилки притягиваются к концам катушки при прохождении
   через нее электрического тока. 

Подносим к концу катушки северный полюс полосного магнита, опилки отталкиваются от него, подносим южный полюс - притягиваются. Следовательно - это северный полюс электромагнита.

Затем отключив цепь меняем полюса на источнике питания и подключив источник питания повторяем опыт, - полюс электромагнита поменялся на южный

.

3. Эксперимент2. Опыт с полосным магнитом и магнитной стрелкой доказывает, что одноимённые полюса отталкиваются, а разноимённые полюса притягиваются.

Эксперимент3. Определение полюса полосного магнита с помощью магнитной стрелки. Так как стрелка повернулась северным полюсом, значит мы определили южный полюс полосного магнита.

Эксперимент4. Опыт с компасом доказывает, что на магнитное поле компаса влияет магнитное поле полосного магнита. Таким образом можно определять залежи полезных ископаемых.

Эксперимент5. Изменяя (увеличивая или уменьшая) силу тока в цепи, мы изменяем (усиливаем или уменьшаем) силу магнитного поля электромагнита.

Эксперимент6. Изменение грузоподъёмности электромагнита. Опыт доказывает, что грузоподъёмность прямо пропорционально зависит от силы тока в цепи.

1. Можно изменять магнитное поле электромагнита (усиливать или уменьшать), изменяя силу тока в обмотке, наличием стального сердечника или изменяя число витков обмотки электромагнита.
2. Чем больше магнитное поле электромагнита, тем больше его грузоподъёмность.
3. Магнитное поле электромагнита имеет практическое применение в технике и быту.

II.Фотоэлемент

2.1.Применение фотоэлемента

Моя работа посвящена включению электромагнита с помощью фотоэлемента

 возможных вариантах применения устройств именно с фотоэлементами, однако при установке приборов автоматики и сигнализации в доме и на участке необходимо комплексное использование устройств различного типа.

В системах автоматизации, сигнализации, наблюдения и контроля применяются датчики всевозможных типов однако чаще всего используются датчики, включающие в себя фотоэлементы.

Фотоэлементами являются электронные устройства, преобразующие энергию фотонов света в электрическую энергию. Первый фотоэлемент был создан российским физиком Александром Столетовым почти сто тридцать лет назад. С тех пор кардинально изменилась элементная база и устройство прибора, однако принцип работы остается прежним

Фотоэлементы нашли широкое применение в самых разных сферах деятельности человека. На их основе построены датчики движения и датчики присутствия, датчики уровня освещенности, дымовые извещатели, фотоэлементы используются для считывания информации с оптических дисков и штрих-кодов на товарах, управляют поднятием шлагбаума и подсчитывают количество прошедших людей или проехавших автомобилей, контролируют перемещение компьютерной мыши

Фотоэлементы могут работать, например, в турникетах для предотвращения прохода в обратном направлении, для отключения механизмов на производстве при попадании работника в опасную зону, для индикации о нахождении человека в пределах контролируемой территории, в бытовой и прочей технике для приема команд с пультов дистанционного управления, и это не полный перечень «профессий» фотоэлементов.

 Из производственной сферы фотоэлементы постепенно распространились на сферу бытовую. Существует множество областей применения фотоэлементов, помогающих улучшить комфорт и качество жизни, и большая часть из них может с успехом использоваться в городском или загородном частном доме.

Каждый владелец личного участка старается оградить себя от непрошенных гостей. Для предотвращения проникновения посторонних лиц используется охранная сигнализация, отдельные элементы которой построены на базе фотоэлементов. Очень часто в охранной системе используются датчики движения, которые определяют присутствие человека и включают сирены,

. Существуют более чувствительные устройства, которые имеют незначительные конструктивные особенности и называются датчиками присутствия.

Реже в охранной сигнализации используются фотоэлектрические датчики, которые имеют в своем составе излучатель и приемник. Модулированный инфракрасный или красный световой сигнал от излучателя попадает в приемник. При появлении объекта между передатчиком и приемником выдается тревожный сигнал. В зависимости от принципа построения различается три типа фотоэлектрических датчиков:

• барьерные, когда луч от излучателя падает непосредственно на приемник;
• рефлекторные, когда луч от излучателя отражается световозвращателем, после чего попадает в приемник;
• диффузионные, когда луч передатчика падает на объект и далее отраженным светом попадает на приемник.

Первые два типа датчиков реагируют на прерывание луча, третий – на отражение света от объекта. Так как используется только один луч, то такие датчики называются однолучевые.

Производители выпускают как однолучевые датчики, так и собранные в линейку многолучевые системы, называемые световыми барьерами. Они не предотвращают, а только контролируют пересечение объектом границы, определенной лучами барьера.

При установке поверх забора нескольких комплектов световых барьеров с зеркалами для изменения направления лучей можно взять под наблюдение всю огороженную территорию частного участка. В продаже имеется огромное количество типов однолучевых датчиков и световых барьеров, например: SLSR 25B, SLS 318, SLSR 46B, MLD 300, MLD 500 и многие другие.

Видеонаблюдение

Светочувствительная матрица камеры видеонаблюдения – наиболее сложный из рассматриваемых фотоэлементов. Она является основной частью камеры и предназначена для преобразования сфокусированного на нее изображения в электрический сигнал, который впоследствии преобразовывается в графическое изображение на экране монитора.

Пожарная сигнализация

Пожарная сигнализация предназначена для предупреждения о возникновении пожара. В качестве элементов сигнализации применяются различные виды автоматических пожарных извещателей, отличающиеся, в том числе, и принципом работы. Среди извещателей имеются приборы, работающие с использованием фотоэлементов, так называемые оптические дымовые извещатели. В их составе присутствует оптоэлектронная пара – светодиод и фотодиод, защищенные от воздействия внешнего света. Они размещены таким образом, что свет, излучаемый светодиодом, не падает непосредственно на фотодиод. В случае же возникновении пожара отраженный от частиц дыма свет попадает на фотодиод и вызывает срабатывание пожарной сигнализации. Существует другой тип дымового извещателя, у которого между элементами оптопары существует оптическая связь. При пожаре образовавшийся дым создает помеху лучу от светодиода, в результате формируется сигнал пожарной тревоги.

позволяет очень быстро любое помещение оборудовать пожарной сигнализацией.

4. Заключение.

Таким образом, технический прогресс и изобретательный ум человека заставил работать силу магнетизма в свое благо. Сейчас трудно найти прибор или механизм, в котором не используются магнитные свойства. Мир магнитов распространяется на компьютеры и стиральные машины, на термоядерные генераторы электроэнергии и нанотехнологии. Мы столетиями изучаем магнит, но, не смотря на значительные знания в этой области, еще не все тайны магнетизма раскрыты.

5. Список использованной литературы.

1. http://magnitoman.ru/public_card/2389/otkrytie_magnita/
2. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5789/%D0%9C%D0%90%D0%93%D0%9D%D0%98%D0%A2%D0%AB
3. http://electrikpro.ru/post-magnit-elmagnit-osob-shng.html
4. http://class-fizika.narod.ru/8_m3.htm
5. http://howitworks.iknowit.ru/paper1138.html

Лукашик В.И. Физическая олимпиада
Москва: издательство «Просвещение», 1987
2.  Тарасов Л.В. Физика в природе
Москва: издательство «Просвещение», 1988