Phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh trong dạy học một số kiến thức phần điện học điện từ học vật lí trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN NGỌC ANH PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC PHẦN “ĐIỆN HỌC - ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN NGỌC ANH PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC PHẦN “ĐIỆN HỌC - ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Chuyên ngành: Lý luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 9140111 Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC NGHỆ AN - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng Các số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực, khách quan chưa công bố công trình khoa học Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Anh ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo - nhà khoa học PGS TS Nguyễn Đình Thước, người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực thành cơng đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô giáo PGS TS Phạm Thị Phú, PGS TS Hà Văn Hùng, PGS TS Nguyễn Thị Nhị, TS Nguyễn Lâm Đức ý kiến đóng góp bổ ích, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn tập thể cán giảng viên Trường Đại học Vinh ln nhiệt tình hỗ trợ, tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận án Đồng thời, xin cảm ơn Ban giám hiệu trường THPT Lê Quảng Chí Sở Giáo dục - Đào tạo Hà Tĩnh quan tâm, tạo điều kiện để tơi hồn thành chương trình học tập nghiên cứu thời gian qua Cuối cùng, xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, em học sinh người thân gia đình quan tâm, động viên, khích lệ tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, tháng năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Anh iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN TT CHỮ CÁI VIẾT TẮT GIẢI NGHĨA BTTN Bài tập thí nghiệm GV Giáo viên HS Học sinh HV Hành vi MĐ Mức độ PATN Phương án thí nghiệm THPT Trung học phổ thông TNSP Thực nghiệm sư phạm iv MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận án Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Các nghiên cứu lực, lực thực nghiệm 1.1.1 Các nghiên cứu lực 1.1.2 Năng lực thực nghiệm học sinh phổ thông 1.2 Dạy học vật lí phát triển lực thực nghiệm học sinh 11 1.3 Những vấn đề tiếp tục cần nghiên cứu 15 CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG .16 2.1 Hoạt động học vật lí học sinh .16 2.1.1 Hoạt động học 16 2.1.2 Hoạt động học vật lí trường phổ thơng 18 2.1.3 Phương pháp thực nghiệm nghiên cứu vật lí dạy học vật lí 18 2.2 Năng lực thực nghiệm học sinh trung học phổ thơng học tập Vật lí 22 2.3 Cấu trúc lực thực nghiệm học sinh trung học phổ thông học tập môn Vật lí 22 v 2.4 Thang đo lực thực nghiệm học sinh trung học phổ thông học tập vật lí 24 2.5 Thực trạng dạy học vật lí theo hướng phát triển lực thực nghiệm học sinh trường trung học phổ thông 27 2.5.1 Mục đích điều tra 28 2.5.2 Đối tượng điều tra 28 2.5.3 Phương pháp điều tra thời gian điều tra 28 2.5.4 Kết điều tra thực trạng 29 2.5.5 Nhận định kết điều tra 33 2.6 Biện pháp phát triển lực thực nghiệm học sinh dạy học vật lí trường trung học phổ thơng 34 2.6.1 Định hướng xây dựng biện pháp 34 2.6.2 Biện pháp thứ nhất: Dạy học kiến thức theo phương pháp thực nghiệm vật lí 35 2.6.3 Biện pháp thứ hai: Sử dụng tập thí nghiệm dạy học vật lí 39 2.6.4 Biện pháp thứ ba: Tổ chức dạy học dự án, dạy học ngoại khoá nghiên cứu khoa học có nội dung vật lí bồi dưỡng lực thực nghiệm 43 2.6.5 Biện pháp thứ tư: Tổ chức kiểm tra, đánh giá lực thực nghiệm học sinh 49 Kết luận chương 51 CHƯƠNG XÂY DỰNG KẾ HOẠCH BÀI HỌC PHẦN “ĐIỆN HỌC ĐIỆN TỪ HỌC” VẬT LÍ 11 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH 52 3.1 Một số đặc điểm phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thơng 52 3.2 Nội dung dạy học mục tiêu chuẩn kiến thức kĩ phần “Điện học Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông 53 3.2.1 Nội dung dạy học phần Điện học - Điện từ học 53 3.2.2 Chuẩn kiến thức, kĩ chương trình phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 trung học phổ thông 54 3.3 Mục tiêu dạy học phần “Điện học - Điện từ học” theo hướng phát triển lực thực nghiệm 58 3.4 Chuẩn bị điều kiện cần thiết để dạy học phát triển lực thực nghiệm học sinh phần “Điện học - Điện từ học” Vật lí 11 60 3.4.1 Chuẩn bị thí nghiệm .60 3.4.2 Chuẩn bị hệ thống tập thí nghiệm 61 vi 3.5 Thiết kế kế hoạch học phần Điện học - Điện từ học Vật lí 11 theo hướng phát triển lực thực nghiệm học sinh 61 Kết luận chương 104 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 105 4.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 105 4.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 105 4.3 Đối tượng, thời gian thực nghiệm sư phạm 105 4.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 106 4.5 Thực nghiệm sư phạm vòng 107 4.5.1 Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm .107 4.5.2 Những thuận lợi, khó khăn thực nghiệm sư phạm vòng đề xuất cách khắc phục thực nghiệm sư phạm vòng 115 4.6 Thực nghiệm sư phạm vòng 117 4.6.1 Kết định tính 117 4.6.2 Đánh giá lực thực nghiệm học sinh qua biểu hành vi 120 4.6.3 Đánh giá kết định lượng 133 Kết luận chương 138 KẾT LUẬN CHUNG 139 NHỮNG CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN LUẬN ÁN .141 TÀI LIỆU THAM KHẢO 142 PHỤ LỤC PL1 PHỤ LỤC 1: PHIẾU ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG PL1 PHỤ LỤC 2: TỔNG HỢP KẾT QUẢ ĐIỀU TRA PL5 PHỤ LỤC 3: CHUẨN BỊ CÁC THÍ NGHIỆM PL10 PHỤ LỤC 4: CHUẨN BỊ HỆ THỐNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM PL27 PHỤ LỤC 5: PHIẾU QUAN SÁT GIỜ DẠY PL46 PHỤ LỤC 6: ĐỀ KIỂM TRA PL62 PHỤ LỤC 7: BÁO CÁO SẢN PHẨM DỰ THI SÁNG TẠO KHOA HỌC KĨ THUẬT CỦA HỌC SINH PL72 PHỤ LỤC 8: HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM PL84 vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Cấu trúc lực thực nghiệm theo lực thành tố 24 Bảng 2.2 Bảng đo lực thực nghiệm học sinh dạy học Vật lí 27 Bảng 2.3 Hoạt động xây dựng kiến thức theo phương pháp thực nghiệm 38 Bảng 2.4 Tương ứng hành động giải tập thí nghiệm với kĩ thành tố lực thực nghiệm 40 Bảng 4.1 Các học thực nghiệm 107 Bảng 4.2 Các hành vi thực nghiệm học 107 Bảng 4.3 Kết đánh giá thực nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi lực thực nghiệm học sinh Nguyễn Thị Kh.Ng 120 Bảng 4.4 Kết đánh giá thực nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi lực thực nghiệm học sinh Nguyễn Q A 121 Bảng 4.5 Kết đánh giá thực nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi lực thực nghiệm HS Mai H Đ 122 Bảng 4.6 Kết đánh giá thực nhiệm vụ thực nghiệm theo mức độ hành vi lực thực nghiệm HS Nguyễn T M 123 Bảng 4.7 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS học “Thực hành xác định suất điện động điện trở pin điện hóa” 124 Bảng 4.8 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS tham gia học “Bài tập dòng điện kim loại” 125 Bảng 4.9 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS tham gia học “Lực từ Cảm ứng từ” 126 Bảng 4.10 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS tham gia học “Suất điện động cảm ứng” 127 Bảng 4.11 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS qua học “Dự án chế tạo sản phẩm ứng dụng kiến thức phần điện học điện từ học” 128 Bảng 4.12 Thống kê mức độ đạt hành vi lực thực nghiệm HS qua học “Ngoại khóa vật lí” 129 Bảng 4.13 Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ qua học 129 Bảng 4.14 Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ qua học 130 Bảng 4.15 Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ qua học 131 Bảng 4.16 Thống kê tỉ lệ % HS đạt hành vi mức độ qua học 132 Bảng 4.17 Phân phối kết 133 Bảng 4.18 Phân phối tần suất 134 Bảng 4.19 Phân phối tần suất tích lũy 134 Bảng 4.20 Phân loại theo điểm kiểm tra 135 Bảng 4.21 Các thơng số thống kê tốn học 136 viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH Biểu đồ Trang Biểu đồ 2.1 Mức độ giáo viên vật lí sử dụng dạy học giải vấn đề theo phương pháp thực nghiệm 30 Biểu đồ 2.2 Mức độ giáo viên vật lí tổ chức cho học sinh thiết kế chế tạo 30 thí nghiệm tự làm 30 Biểu đồ 2.3 Mức độ GV sử dụng tập thí nghiệm dạy học Vật lí 31 Biểu đồ 2.4 Mức độ giáo viên vật lí tổ chức cho học sinh nghiên cứu sáng tạo khoa học kĩ thuật 31 Hình Hình 2.1 Cấu trúc lực thực nghiệm 23 Hình 2.2 Sơ đồ hoạt động học học sinh theo phương pháp thực nghiệm vật lí 36 Hình 2.3 Phân loại tập thí nghiệm vật lí 42 Hình 4.1 Học sinh làm thí nghiệm “Lực từ Cảm ứng từ” 109 Hình 4.2 Sản phẩm dự án 111 Hình 4.3 Sản phẩm dự án 112 Hình 4.4 Sản phẩm dự án 113 Hình 4.5 Đường phát triển lực học sinh Nguyễn Thị Kh Ng 120 Hình 4.6 Đường phát triển lực học sinh Nguyễn Q A 121 Hình 4.7 Đường phát triển lực học sinh Mai H Đ 122 Hình 4.8 Đường phát triển lực học sinh Nguyễn T M 123 Hình 4.9 Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ qua học 130 Hình 4.10 Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ qua học 131 Hình 4.11 Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ qua học 132 Hình 4.12 Đồ thị tỉ lệ % học sinh đạt hành vi mức độ qua học 133 Hình 4.13 Đồ thị phân bố tần suất 134 Hình 4.14 Đồ thị phân bố tần suất tích lũy 135 Hình 3.1 Thí nghiệm tương tác tĩnh điện PL10 Hình 3.2 Thí nghiệm pin điện hóa PL11 Hình 3.3 Mắc nguồn điện thành PL12 Hình 3.4 Thí nghiệm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ PL13 PL71 Sơ đồ thí nghiệm 0,5 PL72 PHỤ LỤC 7: BÁO CÁO SẢN PHẨM DỰ THI SÁNG TẠO KHOA HỌC KĨ THUẬT CỦA HỌC SINH SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ TĨNH TRƯỜNG THPT LÊ QUẢNG CHÍ BÁO CÁO NGHIÊN CỨU SÁNG TẠO KHOA HỌC KĨ THUẬT CỦA HỌC SINH Tên dự án: HỆ THỐNG LÀM MÁT TỰ ĐỘNG TRONG QUY TRÌNH CHƯNG CẤT CHẤT HỮU CƠ Tác giả: Lê Văn Cường; Lê Việt Hồng Đơn vị dự thi: Trường THPT Lê Quảng Chí - Hà Tĩnh Năm học: 2017 - 2018 PL73 NỘI DUNG BÁO CÁO I.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nhà chúng em khu kinh tế Vũng Áng - thị xã Kỳ Anh - Hà Tĩnh, đất sản xuất nông nghiệp khơng cịn, gia đình thuộc diện tái định cư nên phải chuyển đổi hình thức sản xuất kinh doanh cho phù hợp Trong có nghề làm dầu tràm, dầu sả nấu rượu truyền thống để phục vụ cho khu kinh tế Hình 1: Vũng Áng - thị xã Kỳ Anh - Hà Tĩnh Hình 2: Người dân chưng cất chất hữu Trong quy trình chưng cất chất hữu (làm dầu tràm, dầu sả, nấu rượu truyền thống, …) có q trình bay ngưng tụ Hỗn hợp chất hữu nước đun sôi, bay gặp môi trường lạnh ngưng tụ lại thành chất lỏng thành phẩm Môi trường lạnh thường nước để hấp thụ nhiệt từ thiết bị chứa nóng dần lên Khi nước nóng làm giảm hiệu suất q trình ngưng tụ, lượng chất lỏng thành phẩm giảm Cho nên cần thiết phải cho nước làm mát có nhiệt độ khơng cao so với nhiệt độ môi trường Người chưng cất phải canh chừng độ nóng nước thay nước mát Cơng việc tốn công lao động, thời gian, nhiều bận việc không kịp thời thay nước Đối với hộ sản xuất quy mô lớn nhà em, việc thay nước làm mát lại vất vả Trong thời kỳ công nghiệp, cần ứng dụng cảm biến, vi mạch, thiết bị điện tử vào thực tiễn Trong có ứng dụng kỹ thuật vật lí van nước PL74 điện từ, rơ-le điện từ, phao thông minh, vi mạch, bán dẫn… mà chúng em học tập Vật lí 11 Từ thực tế gia đình, chúng em đề xuất ý tưởng sáng tạo khoa học kĩ thuật “Hệ thống làm mát tự động quy trình chưng cất chất hữu cơ”, khơng cần người phải canh chừng mà thay nước làm mát Làm để nước nóng tự động xả đưa nước mát tự chảy vào bể làm mát với lượng phù hợp II MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Đề tài cần nghiên cứu tìm hiểu thực trạng sản xuất liên quan, MĐ sử dụng công nghệ hoạt động chưng cất chất hữu - Hệ thống làm mát tự động quy trình chưng cất chất hữu ứng dụng vào chưng cất tinh dầu tràm, tinh dầu sả, nấu rượu… Hệ thống cài đặt nhiệt độ làm việc tùy nhu cầu người sử dụng - Hệ thống cần ứng dụng kĩ thuật, công nghệ đại tự động xả nước nóng ngồi nước mát tự động chảy vào bể làm mát với lượng phù hợp mà người lao động canh chừng thay nước làm mát thủ công trước - Tổ chức đề xuất ý tưởng, thiết kế mơ hình sản phẩm - Nghiên cứu nguyên lí hoạt động thiết bị ứng dụng kĩ thuật vật lí liên quan có dùng sản phẩm Chuẩn bị nguyên vật liệu - Chế tạo thử nghiệm, điều chỉnh thực nghiệm sản phẩm III KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU TT Thời gian Nội dung Chi tiết Tháng 5, 6, Xác định vấn đề - Tìm hiểu thực tế sản xuất rượu 7, năm nghiên cứu truyền thống, làm dầu tràm truyền 2017 thống, làm dầu sả - Xác định vấn đề nghiên cứu - Xác định mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu Tháng 9, Thiết kế, xây dựng - Sử dụng phương pháp điều tra; phân 10, 11 năm sản phẩm tích tổng kết kinh nghiệm 2017 - Xác định tiêu chuẩn thiết kế - Thiết kế xây dựng vẽ - Tính tốn chuẩn bị vật liệu - Xây dựng sản phẩm PL75 TT Thời gian Nội dung Tháng 12 Tham gia thi vòng năm 2017 sơ loại Sở Giáo dục – Đào tạo Hà Tĩnh nhận kết Chi tiết - Làm phiếu đăng kí - Xây dựng báo cáo kết nghiên cứu - Đưa phiếu báo cáo kết lên trường học kết nối - Hoàn thiện sản phẩm - Khắc phục chỉnh sửa tối ưu hóa sản phẩm Tháng Trình bày kết - Thuyết trình sản phẩm trước thầy cô năm 2018 nghiên cứu Sở giáo bạn lớp Giáo dục – Đào tạo - Chuẩn bị báo cáo, poster Hà Tĩnh - Báo cáo Sở Giáo dục – Đào tạo Hà Tĩnh IV PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chúng em sử dụng phương pháp nghiên cứu vấn đề liên quan rút sau: - Tiếp cận thực tiễn: Phân tích khó khăn thực tế lao động chưng cất chất hữu cơ, xác định vấn đề nghiên cứu định hình mục đích làm mát tự động hồn tồn quy trình chưng cất chất hữu Sau chúng em tìm giải pháp thực tế dân chúng chưa có cách thực tự động hồn tồn - Tiếp cận kĩ thuật: Nghiên cứu tìm hiểu cảm biến, vi mạch điều khiển Trong em phát điều khiển có gắn với cảm biến nhiệt Cảm biến nhiệt đặt thùng nước làm mát để báo nhiệt độ điều khiển Em phát van điện tử tự động đóng mở Các van điện tử cảm biến nối với phận điều khiển trung tâm Có thể đặt nhiệt độ phận điều khiển toC (ví dụ 50oC), nhiệt độ nước làm mát đến toC cảm biến nhiệt báo phận điều khiển Bộ phận điều khiển cho van xả nước nóng ngồi, sau đóng lại, đến van nước mát cho nước bên chảy vào bể làm mát Thời gian xả nước vào tính tốn cài đặt - Thực nghiệm: Chúng em tiến hành thực nghiệm theo ý tưởng Thực nghiệm cho thấy nước bể gần hết đóng van xả lại Sau cho van nước mát đưa nước bên ngồi vào, khơng nên để nước bể làm mát hết cho nước làm mát vào Trong thử nghiệm chúng em nhà có sẵn nguồn nước (như nước máy, nước bình cao…) để van đưa nước làm mát vào thùng làm mát PL76 V THIẾT KẾ MƠ HÌNH SẢN PHẨM Van điện tử Đưa nước vào 12V Dây dẫn Cảm biến nhiệt Bộ phận điều khiển Ống dẫn Thùng tràm nước Van điện tử Xả nước Tinh dầu tràm Lửa Thùng chứa nước làm mát bị nóng dần lên Hình 3: Hệ thống làm mát tự động quy trình chưng cất dầu tràm 12V Van điện tử Đưa nước vào Dây dẫn Bộ phận điều khiển Cảm biến nhiệt Nước làm mát bị nóng dần Van điện tử xả nước Hơi Rượu Cơm rượu lên men Lửa Hình 4: Hệ thống làm mát tự động quy trình nấu rượu truyền thống PL77 VI VẬT LIỆU CHẾ TẠO SẢN PHẨM Các vật liệu chế tạo Tên Van điện từ Số lượng Đặc điểm Giá tiền Được điều khiển đóng mở 310 000 đ khống chế nhiệt độ Bộ phận khống chế nhiệt độ Phao thông Có thể đặt nhiệt độ; bao gồm cảm 150 000 đ biến nhiệt độ; kích hoạt van điện từ minh Khi nước đến đỉnh phao không cho nước qua, nước đến đáy phao 90 000 đ cho nước qua Nồi nấu Nấu hỗn hợp chất hữu thành thể 150 000 đ dẫn qua ống Nồi làm mát Trong nồi chứa nước mát, ống dẫn 50 000 đ qua nước làm mát ngưng tụ lại Ông đồng, vật 2m liệu cần thiết Ống đồng dẫn tinh dầu từ nồi 250 000 đến nước làm mát; bình nước Tổng chi phí vật liệu 000 000 đ Giới thiệu van điện từ a) Van điện từ gì? Van điện từ gọi solenoid valve, thiết bị điện dùng để kiểm sốt dịng chảy chất lỏng khí dựa vào ngun lí đóng mở lực tác động cuộn dây điện từ Hình 5: Van điện từ PL78 b) Cấu tạo van điện từ TT Bộ phận Chức Thân van Làm đồng, Inox, nhựa… Mơi chất Khí (khí nén, ga…), chất lỏng (nước, dầu…) Ống rỗng Chứa lưu chất chưa qua Vỏ Để bảo vệ cuộn dây điện Cuộn từ Cuộn dây từ dạng ống dây Dây điện để kết nối Cung cấp điện cho cuộn từ với nguồn bên Trục van Làm sắt, thép; ó thể linh động cuộn dây Lị xo Một đầu cố dịnh, đầu gắn với đẩy trục van Khe hở Để môi chất qua trục van bị hút lên c) Nguyên lí hoạt động van điện từ - Có cuộn dây điện dạng ống dây, bên lõi trụ sắt Bình thường khơng có điện, lị xo đẩy lõi làm van trựng thái đóng - Lúc cấp dòng điện qua cuộn dây, sinh từ trường hút lõi sắt lên, lực hút từ trường đủ mạnh cho thắng lực đẩy lò xo, làm van trạng thái mở d) Vai trò van điện từ hệ thống Van điện từ giúp mở nước Giới thiệu rơ-le điện từ a) Rơ-le điện từ Rơ-le thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu nhảy cấp tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định Rơ-le thiết bị điện dùng để đóng, cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ điều khiển làm việc mạch lực Rơ-le điện từ thiết bị quan trọng số thiết bị tự động hóa ngành điện Rơ-le có nhiệm vụ bảo vệ phần tử hệ thống điện điều kiện làm việc khơng bình thường cách lập cố thơng qua thiết bị đóng cắt b) Cấu tạo rơ-le điện từ - Rơ-le điện từ có phận mạch từ, cuộn dây, tiếp điểm vỏ - Mạch từ chế tạo từ vật liệu sắt từ gồm hai phần: Phần tĩnh phần động Phần tĩnh hình chữ Phần động thép hình chữ U, phần nối liên kết PL79 khí với tiếp điểm động - Sơ đồ khối rơ-le điện từ Hình 6: Sơ đồ khối rơ-le điện từ c) Nguyên lý hoạt động rơ-le điện từ - Rơ-le điện từ hoạt động nguyên tắc nam châm điện thường sử dụng để đóng ngắt mạch điện có cơng suất nhỏ, tần số đóng ngắt lớn - Khi dịng điện chạy qua cuộn dây sinh lực hút điện từ hút động phía lõi Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phương dịng điện tỷ lệ nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ Khi dòng điện cuộn dây nhỏ dòng tác động lực hút điện từ lớn lực kéo lị xo Tấm động bị hút phía làm cho khe hở mạch từ nhỏ Tức hút phía phần tĩnh Khi khe hở mạch từ nhỏ, lực hút tăng, động hút dứt khoát phía phần tĩnh tiếp điểm động đóng vào tiếp điểm tĩnh Hình 7: Nguyên lý hoạt động rơ-le điện từ PL80 d) Một số đặc điểm phân loại rơ-le điện từ • Theo cuộn hút: Cuộn hút chiều cuộn hút xoay chiều • Theo dòng điện qua tiếp điểm: Rơ-le chiều, rơ-le xoay chiều • Theo số lượng cặp tiếp điểm: cặp tiếp điểm, cặp tiếp điểm,… • Theo cấu trúc chân: Chân trịn, chân dẹt • Theo đế cắm rơ-le: Đế trịn, đế vng Phao cơ thơng minh - Phao cần để thẳng đứng trình hoạt động Ban đầu phao chưa ngập nước, phao mở nước qua phao vào bình chứa bình thường - Khi nước bình chứa dâng lên đồng thời nâng bóng phao dần lên, đến nước dưng cao chốt bóng phao chặn dịng nước lại, phao đóng - Nguyên lý hoạt động phao lấy thay đổi mực nước để làm cơng tắc đóng mở van Chiếc phao có tác dụng cấp nước mực nước xuống thấp ngắt nước tràn bể - Giữa bóng phao đầu thân phao có chứa nam châm hút vừa phải nên phao đóng mở có trợ lực nam châm Khi nước bên ngồi hạ xuống, trọng lực bóng phao thắng lực hút nam châm rời Nước lại qua phao chảy vào bình chứa Hình 8: Phao cơ thông minh Mô-đun cảm biến nhiệt độ Mô tả sản phẩm Mạch cảm biến nhiệt độ XH-W1209 có ngõ Relay dạng thường mở, có hiển thị nhiệt độ LED đoạn Đặc biệt với mô-đun ta cài đặt mức nhiệt độ (1 mức) khoảng nhiệt độ để kích đóng ngắt relay Nhờ tính hữu PL81 dụng mà người dùng dễ dàng sáng tạo nhiều ứng dụng thú vị như: máy ấp trứng, cảnh báo nhiệt độ, làm mát tự động, Hình 9: Mơ-đun cảm biến nhiệt độ Thông số kĩ thuật - Điện áp nguồn: DC12V - Dịng tiêu thụ mạch ≤ 10mA khơng bật relay, bật relay ≤ 60 mA - Độ xác 0,1℃ - Phạm vi kiểm sốt nhiệt độ -50 đến 110 độ C Độ nhạy 0,5s - Relay chịu tải dòng tối đa 20A 125VAC, 20A 14VDC Kích thước 40×48.5 mm; Lỗ gắn M3x2 - Đầu dị nhiệt độ dài 0, 5m có khả chống thấm nước - Sử dụng led số 0,28 int màu đỏ hiển thị - Ba phím chức năng: Setup, Tăng (+), Giảm (-) Ứng dụng Sử đụng để đo nhiệt độ Kiểm soát nhiệt độ theo giá trị mong muốn người dùng ứng dụng việc ấp trứng, đun nước, làm lạnh,… Hướng dẫn sử dụng Cấp nguồn 12V để mạch khởi động Trạng thái ban đầu LED hiển thị nhiệt độ môi trường Để cài đặt nhiệt độ T0, nhấn phím SET lần, lúc LED hiển thị chuyển sang nhiệt độ cài đặt nhấp nháy Nhấn giữ phím (+)/(-) để tăng/giảm để cài đặt Nhấn phím SET thêm lần để hoàn thành Để cài đặt chức khác, nhấn giữ nút SET giây Sau giây PL82 LED hiển thị chữ P0 Nhấn phím (+)/(-) để chuyển sang P1, P2, P3, P4, P5, P6 Mỗi P tương ứng với cài đặt giá trị: P0 để thiết lập chế độ sưởi hay chế độ làm lạnh P1 để thiết lập trễ nhiệt độ t P2 để thiết lập giá trị lớn T0 điều chỉnh P3 để thiết lập giá trị nhỏ T0 điều chỉnh P4 để chỉnh sai số cho nhiệt độ đo P5 để thiết lập giá trị thời gian trễ P6 để thiết lập giá trị nhiệt độ trễ t Sau chọn P tương ứng với giá trị người dùng muốn thiết lập Nhấn phím SET lần để thiết lập giá trị Nhấn phím +/- để tăng/giảm giá trị Nhấn SET thêm lần để hồn thành Vai trị mô-đun cảm biến nhiệt độ hệ thống - Mơ-đun có gắn cảm biến nhiệt độ, cảm biến đặt nồi nước làm mát để đo nhiệt độ nồi Khi đến nhiệt độ cài đặt, mô-đun đóng mạch qua rơ-le điện từ kích hoạt van điện từ - Đặt nhiệt độ cực mở van điện từ xả nước nóng ngồi Sau thời gian tinh dầu ngưng tự làm nước làm mát nóng lên VII ĐẶC ĐIỂM HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐÃ CHẾ TẠO Hình 10: Hình ảnh sản phẩm - Nồi nước làm mát nước đầy, cung cấp phao thơng minh - Nồi kín đun nước nguyên liệu tràm, sả Tinh dầu nước bay theo ống dẫn đến nồi nước làm mát ngưng tụ lại chảy thành PL83 thành phẩm tinh dầu - Nồi nước làm mát nóng dần lên, cảm biến nhiệt độ ghi nhận nhiệt độ Đến nhiệt độ cài đặt khoảng 50oC, tự động kích hoạt van điện từ Van điện từ mở xả nước nóng ngồi - Khi phao thông minh cung cấp nước mát bên vào nồi làm mát Đến độ cao phù hợp ngừng cung cấp nước làm mát - Nước làm mát hạ nhiệt độ, cảm biến báo mô-đun đóng mạch ngừng xả nước ngồi VIII KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Ý tưởng giải vấn đề đặt xả nước ngồi từ bể nước nóng cấp nước mát tự động vào bể quy trình chưng cất chất hữu nấu rượu làm dầu tràm - Vấn đề góp phần tích cực vào phát triển kinh tế cho gia đình hộ sản xuất liên quan khu kinh tế Vũng Áng Ý tưởng áp dụng đại trà cho vùng khác có nhu cầu - Đề tài áp dụng vào quy trình chưng cất chất hữu tương tự khác Đề tài phát triển trường hợp khơng có sẵn nguồn nước, kết hợp dùng máy bơm nước từ bể nước dự trữ để đưa nước vào Trong phận điều khiển điều chỉnh tự động cho bơm hoạt động đưa nước vào TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ giáo dục đào tạo, sách giáo khoa Vật lí 10, Nhà xuất Giáo dục, 2010 [2] Bộ giáo dục đào tạo, sách giáo khoa Vật lí 11, Nhà xuất Giáo dục, 2011 [3] Bộ giáo dục đào tạo, sách giáo khoa Vật lí 12, Nhà xuất Giáo dục, 2012 [4] Bộ giáo dục đào tạo, sách giáo khoa Hóa học 10, Nhà xuất Giáo dục, 2012 [5] Bộ giáo dục đào tạo, sách giáo khoa Hóa học 11, Nhà xuất Giáo dục, 2013 [6] Bộ giáo dục đào tạo, sách giáo khoa Hóa học 12, Nhà xuất Giáo dục, 2015 [7] Công văn 3486/BGDĐT-GDTrH, Về việc hướng dẫn triển khai hoạt động nghiên cứu khoa học tổ chức Cuộc thi Khoa học Kĩ thuật cấp quốc gia học sinh trung học năm học 2017-2018 [8] https://www.youtube.com/watch?v=coCfdsBSW98 [9] https://www.youtube.com/watch?v=QZBikjK794I PL84 PHỤ LỤC 8: HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM PL85