Thiết kế và chế tạo mô hình máy phát Điện xoay chiều sử dụng trong dạy học chủ Đề Điện từ của môn khoa học tự nhiên lớp 9

TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH BAO CAO TONG KET KHOA LUAN TOT NGHIEP TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ CHÉ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐÈ ĐIỆN TỪ

TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

BAO CAO TONG KET

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

THIET KE VA CHE TAO MO HiNH MAY PHAT DIEN XOAY CHIEU SU’ DUNG TRONG DAY HOC CHU DE DIEN TU CUA MON KHOA HQC TỰ NHIÊN LỚP 9

'NGÀNH SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN THANH PHO HO CHi MINH - 2024

TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

BAO CAO TONG KET

KHOA LUAN TOT NGHIEP TÊN ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ VÀ CHÉ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU

SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐÈ ĐIỆN TỪ CỦA MÔN

KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP 9

Lĩnh vực: Vật li cơ bản Sinh viên: Nguyễn Minh Thiện MSSV: 46.01.401.248

Khoa: Hóa học

"Ngành học: Sư phạm Khoa học tự nhiên Năm thứ: 4/ Số năm đảo tạo: 4

hướng dẫn: TS Nguyễn Lâm Duy

THANH PHO HO CHi MINH - 2024

6 CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI

'CHƯƠNG |: TONG QUAN

1-1- Cơ sử của việ thiết kể và chế tạo dụng cụ thí nghiệm sử dụng trong dạy hoe môn Khoa học tự nhiễn 4 1.2 Tổng quan các mô hình máy phát điện xuay chiều sử dụng trong dạy học đã

'CHƯƠNG 2: THIET KE VA CHE TAO HQC CU 8

2l Cơ sở thực hiện thiết kế và chế tạo mô hình máy phát điện xoay chiều sử dụng trong dạy học chủ đề điện từ cũa môn Khoa học tự nhiên 8

2.3.2, Hinh dạng và cấu tạo chưng của mô hình sonnel 2.3.3, Thids ké cic chi tét cụ thể ca mổ hình "

2.4 Chế tạo mô hình máy phát điện xoay chiều coed

2.1 Thidt bj ché tao va gia cong cc chi tide cia ma hinh 14

2.4.2 Qué trink ché to, gia công các chỉ tiết của mô hình 14

3.2 Kiém tra tinh năng, độ chính xác của học cụ "¬

3.3 Kết quả khảo sát lấy ý kiến từ giáo viên về hị

CHUONG 4: ỨNG DỰNG MÔ HÌNH MAY PHAT ĐIỆN Xoay CHIEU VÀO: Day 'CHỦ ĐÈ ĐIỆN TỪ CỦA MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN LỚP

“TÀI LIỆU THAM KHAO

Tôi xin cam đoan dé tai khỏa luận tốt nghiệp này là Kết quả nghiên cửu của cá nhân tôi với sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Lâm Duy Các số liệu và tài liệu

“được trích dẫn trong đ tài là trung thực Kết quỗ nghiên cửu này không trùng với bắt

cử công tình nghiên cửu nào đã được công bổ trước đủ

Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

'Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2024 Sinh viên thực hiện đề tài

"Nguyễn Minh Thiện

Khóa luận sai “Tht

ké và chế tạo mô hình máy phát điện xoay chiều sử dụng trong day học chủ đề Điện từ

của môn Khoa học t nhiên lớp 9” là thành quả của việc đắc Kết cúc kiến thức lệ thuyết

và kĩ năng thực hành trong quá trình học tập bốn năm tại trường Đại học Sư phạm

Thành phố Hỗ Chi Minh với sự hướng dẫn, quan tâm và giúp đỡ tôn tình cia cic thay

cô, bạn bè và người thân trong gia đình Những điều đó đã tạo nên động lực giúp em có

"nghiệp chuyên ngành Sự phạm Khoa học tự nhiên vái

thế vượt qua các rào cản, khỏ Khăn trung quả trình thực hiện đề tải Qua ính ghi li cảm ơn chân thành đến những người đã giúp đỡ, đồng hình với em trong quả trình học tập và thực hiện khóa luận tất nghiệp

Xin trên trọng kính gửi đến thầy Nguyễn Lâm Duy lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất Cảm ơn thây đã quan tâm và hướng dẫn tận tình cho em từ những buổi trao

Hi đầu tiên về khóa luận tắt nghiệp Trong quá trành thực hiện đề tài, thấp là người hỗ

“chính xác mình cần phải làm gì Em xin chân thành cảm ơn đến thầy Nguyễn Hoàng Long đã tận tình hướng dẫn

và hỗ trợ cho em rất nhiễu vẻ mặt kĩ thuật Nhờ thầy chỉ dẫn mà em có thể sử dựng các trọng để em có thể tạo ra được sản phẩm khóa luận của mình,

“Em xin cảm ơn các cô khoa Vật Lý, khoa Hóa học, trưởng Đại học Sư Phạm Thành phó Hỗ Chí Minh và các thầy cõ giáo viên trường THCS Cầu Kiệu, THCS Trin tao điều Kiện giúp đỡ em thực hiện tắt đ tài của mình

“Xin chân thành cảm ơnF

“Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2024

«nh viên thực hiện đề ti Nguyễn Minh Thiện

Hình 1.1 Mô hình máy phát điện 1 chiều, 2 chiều của thương hiệu VIETVALUE [8].6

Hình 1.2 Động cơ điện - máy phát điện mini MSS9 [6] nàn mu

Hình L3 Mô hình máy phát điện xoay chiều quan sát của VIETVALUE [9] 1 Hình 2.1 Phác thảo sơ lược về ý trởng thiết kế họ cụ trên Paint 10 Hình 22 Mô tả hình dạng và cấu tạo chung của học cụ 10

Mình 2.12 Sử dụng phần mềm light bum va may eit laser CO; để tạo hộp 4 Hình 2.13 Sản phẩm hop mica trong suốt đã được rấp ' sol Hình 2.14 Hệ thống trục quay, khung quay và cuộn dây 15 Hình 2.15 Hai vành khuyên gắn lên bao trục vả được ngăn cách nhau 15

Hình 2.15, Một số hình ảnh vỀ các phiên bản đầu tiên eit hoe eu a) Hoe cu 6 gée nin

từ phải sáng trái b) Đèn chỉ sáng khi ta thực hiện quay nhanh e) Lỗi bị xoay giữa trục

“quay và khung gay, d) Tính thẳm mỸ chưa tốt của họ eụ con® Hình 219 Một số hình ảnh mới nhất về họ cụ mô hình máy phát điện xoay chiều a)

Bộ góp điện sau khi cải tiến b) Học cụ ở góc nhìn tử trên xuống e) Học cụ ở góc nhìn

tirbén phi sang tri d) Hoe cụ ở góc nhìn từ trái sang phải 19

Hình 3.1 a) Vị trí chuẩn bị là chấm đỏ ở hướng 3 giờ b) Sơ đồ thể hiện một vòng quay

360° theo cũng chiều kim đồng hồ của khung dây quanh từ trường của hai nam châm

21 Hình 32 Giải thich nguyén í tạo ra động điện cảm ứng ở giả dogn | 2 Hình 33 Quy ắc nắm tay phải 2

Hình 3.5 Quá trình luân phiên đổi chiều của dòng điện cảm ứng trong cuộn dây khi

Hình 3.6 Hai đèn led xanh và đỏ mắc song song ngược cực phát sáng luân phiên nhau, 4) Trong quá trình 1: đèn xanh sáng b) Trong quá trình 2: đèn đỏ sắng 27 Hinh 3.7 a) Dén led xanh và đỏ mắc nồi tiếp phát sáng cùng lúc khi thực hiện quay 6)

"Đèn led xanh và đỏ mắc ong song cũng cực phát sảng củng lúc khi thực hiện quay .27

Hình 4.5 Cấu tạo mô hình máy phát điện sử dụng khung dây quay quanh từ trường ở HDS a) Câu tạo chung của học cụ b) Cầu tạo bộ phận cổ góp của học cụ

Hình 4.6 Sơ đồ cấu tạo của máy phát điện

.a Cuộn dây dẫn quay quanh từ trường b, Nam châm quay trong cuộn dây dẫn At

i

Bang 2.1

Biểu đồ 3.1 Kết quả khảo sắt đánh giá của giáo viên về

day học môn Khoa học tự nhiên

bu — giá thành của các chỉ tiết trong học cụ 8

hứng dung của học cụ trong,

29 Biểu đồ 3.2 Kết quả đánh giá của giáo viên về một số tiêu chí của học cụ 30, Biểu đồ 3.3 Kết quả ý kiến, góp ý của giáo viên nhằm cải tiến học cụ 31

1 LÝ DO CHỌN ĐÈ TÀI

Chương trình giáo đục phổ thông 2015 được xây dựng dựa trên quan điểm đảm bảo phát triển phẩm chất và năng lục của người học thông qua nội dung giáo dục với những hành, vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học để giải quyết vấn đ rong học tập và đời sống đồi sống hằng ngày của học inh Vì vậy, thực hành, thí nghiệm trong phòng thực hành,

và phòng học bộ môn, ở thực địa và các cơ sở sản xuất có vai rò, ý nghĩa quan trọng và

là hình thức dạy học đặc trưng của môn học này [2]

“Thực tế cho thấy phương pháp day học sử dụng thí nghiệm trong môn Khoa học tự nhiên nói chung va mạch nội dung Năng lượng và sự biến đổi nói riêng còn nhiều han

nhiệm ở tắt cả các nội dung dạy học;

mô hình, dụng cụ thí nghiệm điều kiện trang bị hết các dụng cụ, mô hình th

giáo viên chưa khai thác hết tiềm năng dạy học của một

đã có; [I0] Do đó giáo viên cần phải tích cực, sáng tạo trong việc tự thiết kế và chế

tạo các dụng cụ hit bị sử dụng trong dạy họ thí nghiệm môn Khoa học tự nhiên để

làm chủ và thực hiện có hiệu quả khi áp dụng phương pháp dạy học nảy vảo môn học 1.131

Chủ để Điện từ thuộc mạch nội dung Năng lượng và sự biến đối trong môn Khoa học

đạt của chương tỉnh, sau khi hoàn thành chủ để này

tự nhiên lớp 9 Theo yêu cầu cỉ

hoe sinh phat iển được các năng lực Khoa học tự nhiên về hiện tượng cảm ứng điện từ:

1 Thực năng lượng điện nói chung là một nguồn năng lượng rất phổ biến, hầu hết các hộ đình ở Việt Nam đều sử dụng điện

Nguồn điện này chủ yếu được sản xuất từ nguồn nhiên liệu hóa thạch và đầu khí thông

qua các nhà máy nhiệt điện Tuy nhiên, nêu việc khai thác nhiên liệu quá mức có thể

gây ra các hệ quả xấu ảnh hưởng đến môi trường Do đó ngoài những yêu cầu cần đạt nên được tham gia các hoại động, thi nghiệm có thể đảm bảo mục tiêu phát tiễn phẩm

cạnh đó, học sinh cũng cẩn được ôn tập về năng lực mắc mạch điện đơn giản đã học ở

chủ để Điện trong chương trình Khoa học tự nhiên lớp 8

Chính vì các lí do trên, tôi mạnh dạn chọn d n xoay chiều sử dụng trong dạy học chủ đề Điện từ của môn Khoa học tự nhiên

lớp 9° làm đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình

sn thi trong cuộn dây đó xuất hiện đồng điện cảm ứng

2 Thực hiện thí nghiệm để nêu được nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều (dòng điện luân phiên đổi chiều)

Ngoài ra, kết quả học tập còn đảm bảo mục tiêu về ôn tập năng lực mắc mạch điện đơn giản đã được học ở lớp 8: vi đâm bảo

tham gia các hoạt động bảo vệ thiên nhiên” như đã tình bày ở phần trên

3 PHAM VI NGHIEN COU

Chủ đề Điện từ ở môn Khoa học tự nhiễn lớp 9;

Các học cụ mô hình máy phát điện xoay chiều hiện có trên thị trường trong nước về

chủ để Diện t

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu

lí thuyết tìm hiễu và nghiên cứu tả ác phần mềm, thiết kể, gia công: nghiên cứu các tải liệu chương trình, sách giáo khoa, phương pháp day hoe vi ti

kiến chuyên gia thu thập ý kiến từ giáng viên hướng dẫn, giảng

viên trong trường, giáo viên ở các trường phỏ thông để cập nhật và điều chỉnh sản phẩm

Phương pháp thực nghiệm:

iém tra hoạt động, hiệu quả của học cụ

5 DONG GOP CUA DE TAL

qd nghién ei cia dé ti sé g6p phần phát tiển nguồn thết bị, dụng cụ dạy học trong chủ đề Điện từ lớp 9 ồi riêng và trong môn Khoa học tự nhiên ói chúng Đồng, nghiệm trong dạy học môn Khoa học tự nhiên ở tương hi Ngoài ra, đề tải còn mang ý

nghĩa làm lôi cuốn các giáo viên Khoa học tự nhiên về vấn đẻ chủ động, sáng tạo và làm

chủ phương pháp, kế hoach day hoc thing qua vig tw thiết kế và chế tạo dụng cụ thí

nghiệ cho môn học, Qua đó đề tài đồng gốp vào quá trình đổi mới, phát triển chương trình giáo dục phổ thông theo hướng ms

6 CẤU TRÚC CỦA ĐÈ TÀI

ĐỀ tải có cầu trúc gằm các nội dụng su:

Mở dầu

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Thiết kế và chế tạo học cụ

Chương 3 Kết quả nghiên cứu

Chương 4 Ứng dụng mô hình máy phát điện xoay chiều vào dạy chủ để điện từ

của môn khoa học tự nhiên lớp 9

Kết luận và kiến nghị

1L1- Cơ sở của việc thiết kế và chế tạo dụng cụ thí nghiệm môn Khoa học tự nhiên ữ dụng trong dạy hoc

Khoa hge tự nhiên có bản chất thực nghiệm Chính vì vậy, phương pháp dạy học sử

dụng thí nghiệm là đặc trưng của môn học này Sử đụng thí nghiệm giúp hoc sinh tiép cận nội dụng kiến thức n "tách trực quan và sinh động, ngoài ra phương pháp này còn giúp học sinh phát triển các năng lực, phẩm chất theo đúng định hướng đổi mới của

‘due hiện nay, Từ đó học sinh có thể rèn luyện được tư duy và các kĩ năng để vận dụng

được vào đời sống thực tế Dạy học sử dụng thí nghiệm trong môn Khoa học tự nhiên

mang lại cho học sinh các giá trị nỗi bật sau [1], 4 [7Ì

1 Tỉnh trực quan, sinh động: Thí nghiệm là phương tiện trực quan giúp học sinh:

để dàng tể lý thuyết trữu tượng thông qua việc quan sắt trực tiếp các hiện tượng hoặc các quá tình bin đổi khoa học Điều này giúp học sinh hình dung rõ hơn

về lý thuyết, đồng the

bài

còn giúp học xác định các vẫn đề hay nhiệm vụ học lập trong

2 Kĩ năng thực hành: Thí nghiệm giúp rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo thực hành của

học sinh: từ cách học sinh sử dung dụng cụ thực hiện các bước thí nghiệm, đến việc

“quan sát hiện tượng, ghi chép lại kết quả và cuối cùng là đưa ra kết luận Đây lả những

kĩ năng không chỉ cần thiết ong học tập mã còn rất guan trọng rong đời sống thực tẺ 3V Năng lự giải quyết vấn để và tư duy khoa học: Thông qua thí nghiệm, học sinh

có cơ hội tìm hiểu, khám phá, đặt câu hỏi và tìm kiếm câu trả lời Từ đó, hoạt động nhận

thức của học sinh tích cực hơn Điều này giúp học sinh rèn luyện tư duy khoa học và phát tiễn năng lực giải quy ấn đề một cách hiệu quả

t với thực tế, Thí nghiệm có vai trò là phương tiện đảm bảo tính lợp giữa lý thuyết và thực tiễn Thông qua hoạt động thực hành, thí nghiệm, học sánh có thể hiện thực hóa những kiến thức lý thuyết đã học dựa trên các thao tác thực

hành Điều nảy góp phẩn làm cho những lý thuyết đơn thuần trở nên thiết thực và gần

gặi với thực tiễn

'Bên cạnh các điểm nỗi bật trên, việc sử dụng thí nghiệm cẳn được bảo đảm an toàn

Khi thực hiện thí nghiệm, việc đảm bảo an toàn cho học sinh là vô cùng quan trọng Giáo viên cần hướng dẫn học sinh cách sử dụng dụng cụ, hóa chất đúng cách, đng thi

giáo dục học sinh về tầm quan trọng của việc tuân thủ các quy định an toàn trong thực

hành

cdụng ở môn Khoa học tự nhiên đó là dụng cụ thí nghiệm Đây là các phương tiện mà

đổi đễ ghỉ nhận lại kết quả và phân tích các kết quá đó để đưa ra những kết luận về nội dung kiến thức đang tìm hiểu Dựa

lên đó để quan sát các hiện tượng, các quá trình bi

vào những dụng cụ thí nghiệm, giáo viên sẽ tổ chức các hoạt động học phù hợp để học, viên tự tạo ra một dụng cụ đạy học thí nghiệm không những phải nghiền cứu kỉ

về mục đích sử dụng tong bài giảng, mà côn phải hiểu biết về quy trình thiết kế và chế

tạo ra nó, xác định được mục đích vẻ tính năng mả sản phẩm phải đáp ứng được Ngoài

ma, giáo viên cần phải hiểu biết về các vật liệu được sử dụng trong quả rnh thực hiện chế tạo

Trong quá tình thiết kế và chế tạo, a cần chủ ý những tiêu chí về sản phẩm dụng cụ thí nghiệm [II]

1 Các tiêu chỉ về mặt sự phạm: Dung lượng và chiều sâu của thông tin chứa đựng trong học cụ phải phủ hợp với chương trình môn Khơa học tự nhiền; đảm bảo tính khơa

học và tính chính xác khi sử dụng; đảm bảo tính trực quan; đáp ứng được các yêu cầu

giáo đục tư tưởng, chỉnh tị, giáo dục ao động, giáo dục thẳm mĩ; tạo ra được điều kiện

thuận lợi để giáo viên sử đụng các phương pháp dạy học đa đạng và các hình thức đạy

học tiên tiến nâng cao tính độc lập ự chủ ng tạo ở học sinh

2 Các tiêu chí về kinh tế - kĩ thuật - xã hội: Sử dụng vật liệu và quy trình kĩ thuật

tiến bộ trong sản xuất, chế 10; dim bao phủ hợp với đặc điểm văn hóa, dân tộc; đám bảo khởi động nhanh, tin cậy, bền chắc; đảm bảo tính thấm mĩ và kĩ thuật, đơn giản, thuận tiện khi đồng gồi, chuy nhờ: giá thành hợp í

3 Các tiêu chí vỀ khoa học lao động: Phủ hợp về kích thước, hình ding, trọng

lượng, diện tích làm việc đối với đặc điểm chức năng và tầm vóc của giáo viên và học

sinh; đảm bảo an toàn và vệ sinh khi sử dụng: sử dụng đơn giản, thuận tiện, dễ lắp ráp,

điều chỉnh, bật tắt, kiểm tra, theo đời vận hành; dễ đọc, dễ nhận ra các đối tương, việc

sắp xếp các đối tượng, mẫu sắc của phông nền, độ tương phản, độ nÉt của các chữ cấi

ev tắt củ đều phải thích hợp

Xhững yêu tổ trên tạo nên cơ sở cho việc thiết kể và chế tao dung cu thí nghiệm sử dung trong dạy học môn Khoa học tự nhiền

12 Tổng quan các mô hình máy phát điện xoay chiều sử dụng trong dạy học đã

có trên thị trường trong nước

Mot số bộ thí nghiệm mô hình máy phát điện xoay chiều ding trong dạy học đã có trên thị trường như

~ Mô hình máy phát điện chi, 2 chiều của thương hiệu VIETVALUE (Hình 1.1) với mức giá 609.000 đồng

Hình L1 Mô hình mây phá điện 1 chu, 2 chu của thương hiệu VIETYAEUE [8]

- Bộ thí nghiêm động cơ điện - máy phát điện mini M$59 (Hình L2) có 880.000 đồng

Hình 1.2 Động cơ điện - máy phát điện mini MS59 [6]

giá 1.090.000 đồng

Hinh 1.3 Mô hình máy phát điện xoay chiều quan sát của VIETVALUE [9]

“Các mô hình máy phát điện này đều đảm bảo tốt các yêu cầu cần đạt trong chủ để

điện từ môn Khoa học tự nhiên 9 Ngoài ra, chúng có thẻ linh hoạt tạo ra được dòng điện

xoay chiều hay dong điện một chiễu tùy vào cầu hình mã ta chọn ở bộ góp điện Bên

bộ sản phẩm là khả cao lớn, cùng với việc giá thành của

CHUONG 2: THIET KE VA CHE TAO HQC CY

221 Cơ sở thực hiện thiết kế và chế tạo mô hình máy phát điện xoay chiều sử dụng trong day học chủ đề điện từ của môn Khoa học tự nhiên Trong nội dung đề tài này, tôi sẽ thực thiết kế và chế tao một mô hình máy phát điện

ứng dụng học cụ vào dạy học thí nghiệm

xoay chiều với mục tiêu đảm bảo được vi

hi dé Big từ môn Khoa họ tự nhiên 9 Một số tiêu chí của mồ hình cần đặt tước

p cân hơn những mô hình đã có trên thị khi thực hiện đề tải đồ là: học cụ có

trường; có tính thắm mỹ đạt mức khá trở lên; nhỏ gọn và dễ dàng mang theo; thao tác,

hiện tượng khi thực hiện

và cổ thể sử dụng âu đả đễ đàng quan sắt được hoạt động về

thí nghiệm Đó là các tiêu chí để tôi dựa vào nhằm lựa chọn các dụng cụ (vật liệu) và

Êubộ phận của học cụ được mua hoặc tận dụng và xử lí từ

Bang 2.1 Vật liệu — giá thành của các chỉ tiết trong học cụ,

‘an chi tid 'Giá/1 chỉ tiết Số

Nam châm trắng kích cham trang Kiel Vat ligu tir 60.000 2

thse 40x20x10 mm

Dén ed xank lá - 300 1 Đèn led đồ - 300 1

thước

soxzicio mm Van tigu ie 22000 4 (phòng thí nghiện)

Chân cài thanh quét Ni - - n3D

Ding

'Vành khuyên {ống dẫn khí của máy ~ Ti

lạnh)

Dây dẫn cỡ nhỏ Đồng, nhựa - - Tổng mô hình 340.100đ

2.3, Thiét ké md hinh may phát điện xoay chiều 2.3.1 Cong eu vẽ sử dụng trong thết kế

Đầu tiên, ta sử dụng công cụ paint được tích hợp sẵn trên Windows để về phác

thảo ý tưởng sơ khai về học cụ (Hình 2l)

Để có thể hoàn thiện việc thiết kế cu tạo tổng quan của học cụ và thự hiện việc chỉ tết hóa bộ phận chí it ấu tạo nên mô hình mây phát điệ thì chúng ta cẵn sử dụng các phần mềm vẽ 3D nhu Solidworks va Tinkeread

Cis ` Nam chim

Hình 3.1 Phác thảo sơ lược vẻ ý tưởng thiết k học cụ wrén Paint 2.3.2 Hình dạng và cu tạo chung của mô hình

Hình dạng và cấu tạo chung của học cụ được vẽ trên phần mềm Solidworks như Hình 2.2 bên dưới

man

Cuda diy | trong suốt

[aam| — [9a

Hai đền led mắc _Bộ góp điện gồm Tc ga

=xessemcer| |uimameu | [em]

"ai chối quế để dẫn

Hin 2.2, M6 t hình đạng và cấu tạo chung của học cụ

2.3.3, Thiétké các chỉ it cụ thể của mô hình

CCác chỉ tiết cụ thể được vẽ bing phin mém Tinkercad như sau:

~ Đầu tiên lả việc thiết kế hộp mica (Hình 2.3) gồm các chỉ tiết nhỏ: ++ Mat trên/đưới được về như Hình 2.4

+ Mặt bên được vẽ như Hình 2.5

++ Mat bén cỗ bai lỗ di dây ra tử chỗi quết được vẽ như Hình 2.6, + Mi tước sau được vẽ như Hình 2.7

Mỗi ấm nhỏ đều có các khóp gài với kích thước là ÝxŠxl0 mm Việc thiết

kế hộp miea cằn phải chú ý về bề rông của hộp vừa phải để kh lắp hai nam chẩm ở hai

mặt bên sẽ tạo ra được khoảng cách thích hợp giữa mặt trong của hai nam châm với

khi nó lớn hơn vừa khung quay trong quá uình quay Khoảng cách này được xem là

đủ so với đường chéo của khung quay để không xảy ra va chạm trong quá trình hoạt

động Diều này có lợi Ích khác là tạo ra được từ trường mạnh cho học cụ (hai nam châm đặt khác cục cùng gn tỉ tờ trường tạo ra giữa chúng cảng lớn)

Hình 2.3 Hộp mica 3D có kích thước 154x108+130 mm

Hinh 2.4 Mặt trên dưới 3D có kích thước 15431085 mm,

ợ

“Hình 2.5 Mật bên 3D có ích thước 134x1 30xŠ man

®

THình 2.6 Mặt bên đục lỗ đĩ day 3D có kích thước 134x130x3 mm,

Hình 27 Mặt trước/sau 3D có kích thước 104x130x5 man

- Khung quay được thiết kể như Hình 2.8 Để ghép được hai nữa khung quay lại với nhau tôi đã dùng một khung sắt (Hình 2.9), ta khoét lỗ mặt trên và dưới cùng tiết điện với khung quay hoàn chỉnh Ngoài ra, lõi sắt còn có tác dụng làm tăng tử trường

"ung quanh cuộn dây

Hinh 2.9 Khung sẵlõi sét cia khung đây

- Hai chân cài thanh quế (Hình 2.10) để cỗ định và kéo căng hai thanh quét nhằm làm tăng sự tiếp xúc giữa hai thanh quết và hai vành khuyên, từ đó làm tăng hiệu

‘qui sin sinh dng điện cảm ứng ra ngoài

“Hình 2.10 Chân cài thanh quét 3D

~ Bao trục (Hình 2.11) được thiết kế với dạng hình trụ có đường kinh lỗ trong 3mm vữa vừa trục quay, mặt ngoài có hai rãnh để đi đầu cuộn dây và đuôi cuộn dây qua diy dẫn của cuộn đây,

Tình 3.11 Bao trục nỗi vành khuyên 3D,

2.4, Chế tạo mô hình máy phát điện xoay chiều

4.1 Thit bị chế ụo và gu công các chỉ tiết củu mô hình

Để thực hiện chế tạo được các chỉ tết của mô hình máy phát điện xoay chiều, chúng ta cần sử dụng phần mềm Uimaker Cura để kết nồi với mây in 3D và thực hiện chúng ta phải sử dụng phần mềm Lighbum để kết ổi với máy cất laser CO» và thực

"Hình 2.14 Hệ thẳng trục qua: khung quay và cuộn đấy

~ Ghép bai nữa của khung quay vào lõi ắt tạo thành khung quay, sau đó đùng trục quay xuyên qua hai lỗ ở hai đầu khung quay Từ đây, ta quấn 460 vòng dây đồng

số đường kinh 02 mm (300g) để được cầu tạo như Hình 2.14

~ Sau khi in bao tre xong, ta gắn 2 vành khuyên (được làm từ ông đồng dẫn khi của máy lạnh) vào hai đầu của nó (Hình 2,15) Chú ý rằng cần phải ngăn cách hai vành

khuyên bằng một vòng nhựa để khi các thanh quét tiếp xúc với vành khuyên trong lúc

«quay 66 thé bi xé dich nhumg không chạm nhằm qua vành khuyên khác

Hinh 2.15 Hai vành khuyên gắn lên bao trục và được ngăn cách nhau

- Khi bộ 2 chân cải của bộ phân quét được in xong, ta dần chúng xuống mặt trên

‘cia miếng day hộp bằng súng bắn keo Sau đó, ta thực hiện chế tạo bộ phận quét vành Xúc giữa bộ quết và vành khuyên là tốt nhất nhằm tăng hiệu quả din điện ra ngoài Lò xo ở đây có tác dụng tạo lực đản hồi kéo phần chỗi quết tiếp xúc

đó, lò xo còn đóng vai trò là vật dẫn điện liên kết giữa phần trên và dưới của bộ quết 'Quá trình thực hiện này cho ra sản phẩm bộ góp điện như Hình 2.16

2.4.3, Quá trình lắp rấp hoàn thiện mô hình

Kết hợp các bộ phận chỉ tết đã được chế tạo gia công như tình bày ở trên với

những chỉ tiết khác đã có sẵn như nam châm, mỏ kẹp cá sắu, 6 bi, dén led và các dây

dẫn để lắp rấp một mô hình máy phát điện xoay chiễu, Để có được sản phẩm cuối cũng

như bây giờ thì trong quá trình lắp ráp và hoàn thiện, sản phẩm được cải tiến từ nhiều

- Bộ phận quớt vành khuyên cổ dạng nguyên miếng thẳng đúng được quấn

quanh vành khuyên và dùng đây rút đẻ buộc lại Khi đó, sự tiếp xúc giữa bộ phận quét

và vành khuyên không tốt, làm ảnh hưởng đết ra ngoài của học cụ

Trong quá tình quay, tre quay bị xẻ ịch đọc theo phương của nó do lúc này

những bộ phận quay bên trong mô hình được đệm bằng một lò lò xo nhỏ nhằm ngăn

cách với mặt trước và sau của hộp mica Điều này có mục đích hạn chế việc xê dich

trong quả trình quay làm giảm khả năng tiếp xúc giữa bộ phận quét và vành khuyên

“Tuy nhi, ì 2 lồ xo này có tỉnh đần bồi nên mục đích trên không đạt được hiệu quả

hiệu quả dẫn

"Nhận xét: học cụ vẫn có khả năng phát điện tuy nhiên hiệu quả của nó không được cễn định và phải thực hiện quay rất nhanh Kết quả này do các nhược điểm kể trên

Hinh 2.18, Một sổ hình ảnh vẻ các phiên bản đầu tiên của học cụ

8) Học cụ ở góc nhìn từ phải sáng trải b) Đèn chỉ sáng khi ta thực hiện quay nhanh

©) Li Bị xoay giữa trục quay và Khung quap: d) Tỉnh thẫm mĩ chưa tắt của học cụ

Để khắc phục các nhược điểm trên nhằm hoàn thiện chất lượng học cụ, trong quả

bộ phân đang gặp vẫn để, Đó là: côn lại vita di vi gon ging Loai

trình lấp rấp tôi đã có những thay đồi, xử lí

- Cắt bớt dây dẫn điện ra ngoài sao cho pl

"bỏ những phần tiết thừa như bong bóng bọc nam châm, keo thừa

- Sử dụng keo 502 và một ít xếp mút để tạo sự kết dính tốt giữa trục quay và khung dây Việc này giúp chuyển động quay của khung đây và trục quay đồng bộ nhau

ing mot lò xo bút bí để

- Cất bỏ phần giữa của hanh guết cũ và thay th

nối giữa phần quét vành khuyên ở trên và phần cài vào chân cài ở dưới Việc này giúp

tăng sự tiếp xúc giữa bộ phận quết và vành khuyên (lọ dụng tính đản hồi của lò xo) từ

46 lam tăng hiệu quả dẫn điện ra ngoài

trục quay bằng hai ng nhựa có chiều đãi

~ Thay thể hai lò xo ở đầu và

tương ứng được lấy từ vỏ của bút hết mực Do vật liệu này không có tính dẫn hồi nên

trong quá trình quay: rực quay mang khung quay và bộ 2 bai vành khuyên hạn cị

sự xẽ dịch theo phương của trục Từ đó cải thiện được việc tiếp xúc của bộ phận quết và

vành khuyên, làm tăng hiệu quả sinh ra dòng điện

Bên cạnh những cải tiền trên, chúng ta cần tăng cường từ trường của học cụ bằng cách ắp thêm hai nam châm đen ở bai bên, Việc ầm này giúp to ra ừ trường lớn mấy phát điện có th tạo ra đồng điện v6i sud điện động cảm ứng lớn hơn, dẫn đến nhanh như các phiên bản ước

Hình 2.19 dưới đây thể hiện một số hình ảnh của phiên bản mới nhất của học cụ

Hinh 3.19 Một số hình ảnh mới nhất vẺ học cụ mồ hình máy phải điện xoay chiêu 4) Bộ góp điện sau khi cải tiến b) Học cụ ở gúc nhìn từ trên xuống

6) Hoe cụ ở góc nhìn từ bên phải sang trái d) Học cụ ở gúc nhìn từ trái sang phải

CHUONG 3: KÉT QUÁ NGHIÊN CỨU 3⁄1 Nguyên lý hoạt động

Học cụ mô hình máy phát điện xoay chiều hoạt động đựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Khi tay quay chuyển động, lúc này trục quay và cuộn dây dẫn được quắn trên

của cuộn đây dây biến thiên liên tục và sinh ra đồng

điện cảm ứng luân phiên đổi chỉ

ứng được tạo ra ẽ có chiễu khúc nhau Trong quả tình cuộn dây thực hiện Ï vòng quay -4 giai đoạn và mỗi giai đoạn sẽ diễn ra với góc quay là 90° Để giải thích cụ thể chiều

ccủa dòng điện cảm ứng sinh ra ở mỗi giai đoạn quay khác nhau, ta quy tước: vị

tay quay được đánh dầu chấm đỏ là điểm khảo sát để ta theo dõi chuyển động của cuộn

đây, Tại vị trí chuẩn bị: điền khảo sắt ở hướng 3 giờ trên đẳng hỗ, với điễu kiện khỉ

tên chỉ chiều quấn đây của cuộn dây:

“Hình 3.1 a) Vị trí chuẩn bị là chấm đỏ ở hướng 3 giờ b) Sơ đồ thể hiện một vòng quay

360 theo cùng chiễu kin đằng hỗ của khung dây quanh từ trường của hai nam châm + Quả trình 1: Trong quá trình điểm khảo sát chuyển động quay từ điểm 3 giờ đến điểm 6 giờ theo chiều kim đồng hồ, cuộn dây cũng quay theo chiều này, Số đường sức diện của cuộn đây tăng dẫn trong quá trình quay Theo định luật Lenzt, lie này trong lại nguyên nhân sinh ra nó, mà nguyên nhân đó là do số đường sức từ của I) xuyên qua tiết diện của cuộn dây tăng lên, tức là / phải có các đường sức từ hướng vẻ phía ngược lại (từ trải qua phải) để chống lại từ trường của gây ra Dựa vào chiều của các đường

sức của Ẹ và ữ dụng quy tắc nắm tay phải ta để dùng xác nh được dẫu của clccực

của nguồn điện tại 2 đầu cuộn dây để nó có thể cho chiều dòng điện cảm ứng cần thiết

Dang di

này có chiều ngược ại so với chiều quốn đây tong cuộn đây, nó chạy từ đuôi cuộn dây đến đầu cuộn dây Ma đầu cuộn dây được nỗi với vành khuyên trong, đuôi cuốn dây được nối với vành khuyên ngoài Do dé trong giải đoạn quay từ vị tr chun

chạy từ vành khuyên ngoài qua các thiết bị điện khác rồi vẻ lại vành khuyên trong (khi

mạch kín), Nói đơn giản thì lúc này vành khuyên ngoài à cực dương, vành khuyên trong

khuyên ngoài dẫn điện ra bằng đây đó) nỗi với: cực dương đèn xanh và cục âm đèn đỏ,

`Vành khuyên trong (dẫn điện ra bằng dây đen) nỗi với: cực âm đèn xanh và cực dương

«én 46 thi trong qué tinh tay quay ti vị trí chuẩn bi (3 gid) đến điểm 6 giờ theo chiều

thể giải thích được chỉ tết tại sao ở thí nghiệm 1 trong kế hoạch bài dạy minh họa bên cdưới lại có cách chuẩn bị và có hiện tượng như vậy

tủa dòng điện khi biết chiều của

sắc đường sức từ đối với cuộn dây dẫn (Hình 3.3) phát biểu như sau: Nắm bản tay phải

sao cho chiều từ mu bản tay đến các ngón tay chỉ chiều các đường sức từ, lúc này ngón

gái choấi ra 90° chỉ chiễu của đồng điện [5]

Chiều các đường sức từ

B

ˆ

Chiều dòng điện

Hinh 3.3 Quy tắc nắm tay phải

+ Quá trình 2: Khi ta quay điểm khảo sát từ vị trí 6 giờ đến vị tí 9 giờ theo chiều Kim đông hồ, ớ

n diy cing quay theo chiễu này, Số đường súc từ do ừ trường của hi

nam châm tạo ra ( có chiều từ trái sang phải) xuyên qua tiết điện của cuộn dây giảm

dần trong quá trình quay Theo định luật Lenzt, lúc này trong cuộn đây xuất hiện đò