Bảng mạch molul UEEI là một bộ thí nghiệm mới của phòng thí nghiệm. Nó đợc cấu tạo rất đơn giản nhng có rất nhiều chức năng. Bộ thí nghiệm này rất thuận tiện vì vận chuyển dễ dàng; có thể đề ở phòng thí nghiệm cho học sinh làm cũng có thể mang lên phòng học để giáo viên làm thí nghiệm biểu diễn cho học sinh.
Bảng mạch UEEI đựơc chia làm 7 khối trên mỗi khối có thể nhờ các giắt cắm mà tạo ra các mạch điện có tác dụng khác nhau. Trên bảng mạch có nhiều điện trở, bóng đèn, rơ le và có nhiều chỗ để cắm giắt và cắm đồng hồ.
Bộ thí nghiệm này có ý nghĩa rất lớn trong việc dạy học vật lý ở phổ thông nó dùng để nghiệm lại các định luật, các kiến thức vật lý mà chúng ta đã đợc học ở trong lý thuyết. Bộ thí nghiệm này dùng để cũng cố cho chúng ta chơng trình điện học và chủ yếu là dòng điện một chiều, cơ bản có các vấn đề sau:
Khi làm thí nghiệm rèn luyện cho học sinh kỹ năng, kỹ xảo về mắc mạch điện và đo các đại lợng vật lý.
Giúp học sinh biết cách sử dụng đồng hồ vạn năng để đo dòng điện, điện áp và điện trở.
Học sinh củng cổ kiến thức lý thuyết đã đợc học.
Từ thực nghiệm ta nghiệm lại các định luật về dòng điện một chiều. Thông qua thí nghiệm nhằm giải quyết một số câu hỏi mà trong lý thuyết cha giải thích đ- ợc.
3.2.Những mạch điện đợc tạo ra từ bộ modul UEEI
* Mạch kiểm tra định luật Ôm.
Để kiểm tra định luật Ôm ta mắc mạch có một điện trở; trong mạch ta mắc một ampekế và vôn kế để đo dòng điện và điện áp. Điện áp của nguồn có thể thay đổi và mạch đợc mắc nh hình vẽ
v v +12v RV2 R6 J12 J9 6 5 4 3 hình (3.1) Ω 11 12 J30 J29 J27 77 J25 J28 R12 R13 R14 Hình (3.2)
Thay đổi điện áp của nguồn thì ta điều chỉnh RV2 để đạt các giá trị điện áp thích hợp.
Khi ta cho nguồn điện vào và điều chỉnh RV2 thì ta đo đợc các giá trị dòng điện và điện áp tơng ứng. Sau đó dựa vào định luât Ôm
R U I = <=> I U
R= để tính giá trị điện trở. Từ đấy ta khảo sát sự phụ thuộc giữa các đại lợng R, U, I.
Mục đích của thí nghiệm này là xây dựng lại định luật Ôm đối với dòng một chiều thông qua biểu thức
R U I = .
Để nghiệm lại định luật Ôm bằng bảng mạch UEEI là đơn giản vì điện trở đã có sẳn trên bảng. Ta chỉ cần dùng giắt cắm sẽ tạo đợc mạch thích hợp từ thực nghiệm ta có thể trả lời đợc các câu hỏi nh.
Khi điện áp tăng thì giá trị dòng điện thay đổi ra sao? Và điện trở R có biển đổi không.
Khi ta thay điện trở R6 bằng điện trở khác thỉ giá trị của dòng điện và điện áp U thay đổi không?
* Mạch song song
Để kiểm tra mạch song song ta phải mắc mạch sao cho các cực của mỗi thành phần đợc đi qua các điện áp nguồn điện giống nhau.
Ta mắc mạch nh sau:
Ta mắc ôm kế để đo tổng của toàn mạch. Các điện trở R12; R13; R14
đợc mắc song song với nhau. Để các điện trở song song với nhau ta dùng các giắt cắm sẽ tạo đợc mạch phù hợp.
Ta dung đồng hồ vạn năng ở chức năng ôm kế để đo giá trị của các điện trở R12; R13 ; R14.
Khi này ta so sánh tổng trở đo đợc ỡ ôm kế và tổng trở Rtđ đợc tính từ công thức. 14 13 12 1 1 1 1 R R R Rtd = + +
Sau đó ta thay ôm kế bằng vôn kế và mắc ampe kế vào mạch để đo điện áp và dòng điện. Tự đó tính điện trở của mạch dựa vào định luật ôm:
I U
R= và đem so sánh với Rtđ .
Dùng vôn kế đo điện áp trên các điện trở và so sánh với điện áp nguồn.
Khi làm thí nghiệm với mạch song song giúp chúng ta khắc sâu các kiến thức lý thuyết và trả lời các câu hỏi nh.
Trong mạch song song điện áp trên các nhánh bằng điện áp nguồn cung cấp. Tổng trở trong mạch đo đợc bằng tổng trở tính theo định luật Ôm
I U R= . *Mạch nối tiếp.
Để kiểm tra kiến thức về mạch nối tiếp ta cần mắc mạch sao cho các cực của mỗi chi tiết chỉ đợc nối với một chi tiết khác.
Ta mắc các mạch điện nh sau để kiểm tra các đại lợng điện trở, dòng điện và điện áp. 7 R10 Hình (3.3) J17 J19 Α J22 J21 R9 +12V 8
Để kiểm tra dòng điện trong mạch nối tiếp ta mắc mạch nh trên. Ta đo dòng điện và điện áp giữa điểm 7 với mặt đất.
Do dòng điện qua các điện trở R9; R10.
+12V 13 Hình (3.4) Α J33 14 J34 R15 R17 16 15 v R18 J37 J36
Từ mạch điện này ta có thể đo dòng điện, điện áp và điện trở của mạch. Tháo J32 để đo điện trở lần lợt của R15; R17; R18 sau đó mắc ôm kế vào giữa 15-16 để đo điện trở toàn mạch R. Ta so sánh kết quả đo đợc R và kết quả
∑Ri = R15 +R17+R18.
Để kiểm tra dòng điện và điện trở ta làm nh sau.
Tháo các giắt cắm J36; J37 để đo điện trở chạy qua các điện trở R17; R18 đo dòng điện và điện áp của nguồn cung cấp.
Sau khi đo đợc điện áp vào dòng điện ta tính tổng trở R dựa vào biểu thức của định luật Ôm. R = U.I
So sánh tổng trở R trong hai cách tính trên.
Mắc ampe kế vào mạch để kiểm tra dòng điện trên các điện trở.
Ta lần lợt nối các giắt J36 và J37 quan sát số chỉ của ampe kế và vôn kế trong mỗi lần.
+Sau khi làm thí nghiệm này giúp chúng ta trả lời đợc một số câu hỏi:
- Trung mạch nối tiếp nếu một thành phần không hoạt động thì cả mạch ngừng hoạt động.
-Điện áp trên mỗi điện trở tăng khi điện trở mắc nối tiếp tăng -Dòng điện trong mạch giảm khi các điện trở tăng.
*Mạch kiểm tra định luật kiếc sốp I.
Để xây dựng mạch kiểm tra định luật Kiếcsốp ta mắc mạch sao cho trong mạch có các nhánh song song. Mạch này dùng để nghiệm lại định luật kiếc sốp I đã đợc học ở trong chơng trình.
R18 16 Hình (3.6) J32 13 +12 V Α 14 J34 15 v R15 R17 J27 J29 10 R14 R13 J25 Hình (3.5) R12 J28 J30 v 11 12 v 9 +12V A I1 B I2 I3 I4 I +
Ta dùng ampe kế và vôn kế để đo dòng điện, điện áp của toàn mạch.Sau đó mắc ampe kế vào J27; J25 để đo dòng I1 và I2.
Từ kết quả đo đựơc ta so sánh xem I có bằng tổng I1+I2. Đem so sánh I1với I3+I4 .
Từ đó ta rút ra nhận xét về dòng tại các điểm A và B.
Từ mạch này ta có kết luận: Tổng dòng điện đi qua các điện trở bằng dòng điện cho bởi nguồn điện.
Từ mạch điện trên ta có thể tính giá trị của điện trở theo định luật Ôm và định luật Kiếc sốp.
*Mạch điện kiểm tra định luật kiếc sốp II.
Để kiểm nghiệm lại định luật kiếc sốp II ta mắc mạch có các điện trở nối tiếp nhau. Khi này cờng độ dòng tại mọi điểm là bằng nhau.
Khi đó muốn tính đựơc điện áp thì ta chỉ cần đo giá trị của điện trở và ta tính điện áp trên mỗi điện trở bằng công thức định luật Ôm: V= I.R.
Ta dùng các giắt cắm tạo mạch điện nh sau.
Từ mạch điện ta mắc ampe kế và vôn kế để đo cờng độ dòng điện và điện áp của nguồn cung cấp ra đợc các giá trị I, V. Sau đó dùng đồng hồ vạn năng ở thang ôm kế để đo điện trở theo định luật Ôm. VR15 = I.R15 ; VR17 = I.R17 ; VR18=I.R18
Ta tính điện áp tổng đi qua 3 điện trở.
VRi=VR15+VR17+VR18
Ta so sánh điện áp VRi và V rồi rút ra nhận xét.
Từ đó mạch điện này ta đã kiểm nghiệm đợc định luật Kiếc sốp II
Tổng đại số của các thay đổi về thế gặp phải khi đi qua một vòng kín quanh một mạch điện nào đó phải bằng không.
Từ đó ta có thể xây dựng một mạch điện để tính giá trị điện áp và điện trở của một mạch theo định luật ôm và định luật Kiếc sốp.
*Mạch kiểm tra nguyên lý xếp chồng.
Nguyên lý xếp chồng nói rằng. “Giá trị điện áp, dòng điện trong một mạch mà đợc cung cấp hai hay với nhiều nguồn khác nhau là bằng sự xếp chồng của các điện áp và dòng điện từ mỗi nguồn riêng biệt trong mạch này”.
Để kiểm nghiệm lại nguyên lý ta xây dựng mạch điện có nhiều nguồn cung cấp khác nhau. ở đây để có nhiều nguồn cung cấp cho mạch ta mắc vào nguồn một biến trở để có thể điều chỉnh điện áp nguồn cung cấp cho mạch. Mạch điện đợc mắc nh sau. 15 16 v R15 R16 J34 J35 v J36 R18 J38 RV5 +12V Hình (3.7)
Để thay đổi điện áp nguồn ta điều chỉnh RV5 đến các giá trị thích hợp và t- ơng ứng đợc các giá trị của dòng điện và điện áp đọc trên ampe kế và vôn kế.
ở mỗi giá trị của điện áp ta mắc ampe kế ở J34 để đo dòng qua IR15 và đo điện áp VR16 qua điện trở R16. Từ đây ta tính IR16 và VR18. Sau đó ta điều chỉnh điện áp bằng biện áp tổng điện áp của các lần trên và so sánh các giá trị tơng ứng.
+ Dựa vào nguyên lý xếp chồng ta có thể tính đợc điện áp và dòng điện Ta xây dựng mạch nh sau.
J37 Hình (3.8) RV5 J38 16 v 15 +12V J35 J35 A R17 R15 R16 J34 J33
Ta điều chỉnh RV5 đến 1 giá trị thích hợp đo dòng IR16 và điện áp VR17
Sau đó điều chỉnh RV5 đến giá trị khác ta đọc giá trị IR16 và VR17. *Mạch để đo công suất.
Muốn đo công suất của điện trở ta chỉ cần đo điện áp và cờng độ dòng điện ở hai đầu điện trở và tính công suất đợc xây dựng nh sau.
Rv2 +12 V Hình (3.9) A 6v 5 J3 4 R8 J9 3 4
Để thay đổi điện áp nguồn ta mắc vào mạch biến trở RV2. Khi ta điều chỉnh RV2 thì điện áp nguồn sẽ có các giá trị khác nhau.
để kiểm tra sự chính xác của công thức thì ứng với mời giá ta đo dòng điện và điện áp ta tính P=VI và ta đo điện trở R của tải và tính theo công thức
P=V2/R. Ta so sánh công suất ứng với 2 cách tính trên. Từ đó rút ra nhận xét.
Khi làm thí nghiệm với mạch này cũng cố cho chúng ta về các kiến thức có liên quan đến công suất đã đợc học ở trong lý thuyết.
*Mạch khảo sát sự thay đổi của điện trở khi có nhiệt.
Để khảo sát sự thay đổi của điện trở khi có nhiệt độ ta mắc mạch nh sau.
+12V Rv2 hình (3.10) J10 6 v 5 3 A 4 J15 LX3
Ta tháo J 15 dùng đồng hồ vạn năng trong chức năng của ôm kế để đo điện trở của đèn LX3 và sau đó nối J15.
Điều chỉnh RV2 để thay đổi điện áp nguồn cung cấp.
Mắc ampe kế và vôn kế vào mạch để đo dòng điện và điện áp của toàn mạch. Khi điện áp thay đổi ta quan sát độ sáng của đèn. Và từ các giá trị đo đợc sau khi làm thí nghiệm này giúp ta trả lời đợc câu hỏi. Độ sáng của đèn thay đổi nh thế nào khi điện áp tăng? Khi điện áp tăng thì độ sáng tăng.
Điện trở của đèn tăng khi điện áp tăng. *Sự truyền năng lợng
Để khảo sát sự truyền năng lợng ta mắc mạch nh hình vẽ
+12V 7 Α8 J17 J18 Rv3 Hình (3.11) J19 VRs J21 VRL J23 R11
Ta xem R10 là điện trở trong của máy phát còn RL = RV3// R11 đợc xem là điện trở tải. Điều chỉnh RV3 là để có giá trị thích hợp. Từ mạch điện này ta có thể đo đợc điện áp đợc cung cấp bởi nguồn, và điện áp qua phụ tải.
Khi điều chỉnh RV3 rồi quan sát các giá trị của dòng điện và điện áp. Sau đó ta tính năng lợng mà máy phát cung cấp và năng lợng trên phụ tải từ đó ta rút ra sự quan hệ giữa dòng điện bởi nguồn điện trở phụ tải, điện áp qua điện trở phụ tải với điện trở của phụ tải .
Khi làm thí nghiệm với mạch này cho ta kết quả là hao tổn năng lợng của máy phát là nhỏ nhất khi điện trở phụ tải bằng điện trở trong của máy phát.
Từ những mạch điện đợc tạo ra nh vậy ta thấy bộ thí nghiệm UEEI là bộ thí nghiệm rất hoàn chỉnh. Nó dùng để nghiệm lại đợc những định luật, định lý và kiến thức có liên quan đến dòng điện một chiều. Ngoài chức năng tạo ra những mạch
ờng mở, thờng đóng và ta biết đợc tác dụng của nó.Trên bảng mạch UEEI có nhiều điện trở đợc cấu tạo bên ngoài có các sọc màu, và nhìn vào đó ta có thể biết đợc giá trị của điện trở.
Sau khi làm thí nghiệm với bảng mạch này giúp ta trả lời đợc nhiều câu hỏi mà lý thuyết đã đặt ra. Và kết quả giữa thực nghiệm và lý thuyết là rất phù hợp.
Trên đây tôi đã đa ra những mạch điện mà bộ modul UEEI làm đợc, từ đó tôi thấy bộ thí nghiệm này có rất nhiều tác dụng, và nó dễ sử dụng.Khi làm thí nghiệm với bộ UEEI để tạo một mạch điện ta không phải dùng các dây nối mà chỉ dùng các giắc cắm sẽ tại ra đợc các mạch điện khác nhau. Khi muốn đo các giá trị của mạch điện thì ta cũng đo dễ dàng vì bảng mạch có những chỗ để mắc đồng hồ.
Vì vậy để phù hợp với chơng trình làm thí nghiệm của các học viên thì tôi đã xây dựng những vấn đề trên thành ba bài thí nghiệm. Những bài thí nghiệm đợc xây dựng nh vậy là do để phù hợp với chơng trình học lý thuyết, thời gian làm thí nghiệm, đo đạc và tính toán.
Chơng IV: xây dựng thí nghiệm trên cơ sở module UEEI