Конспект занятия по рототехнике "Сборка релейного генератора"

Конспект занятия с                                                                                                       использованием образовательного конструктора                                                «Электроника для начинающих»

                                                                            Зенкова Ю.Н.

                                                                             учитель физики

                                                                            (Свердловская обл.,                                                    

                                                                            г.Краснотурьинск, Россия,

                                                                            МАОУ «СОШ № 17»

                                                            [e-mail])

Название: Сборка релейного генератора.

Цель: формирование понятия реле, умений и навыков работы с конструктором «Электроника для начинающих», развитие творческих способностей учащихся.

Форма работы: групповая.

Возраст учащихся: 13-16 лет.

Задачи:

ü Образовательные:

·       Изучение устройства реле и его предназначения;

·       Получение основных сведений о конденсаторе;

·       Ознакомление с жизнью и деятельностью Майкла Фарадея;

·       Применение теоретических знаний обучающими на практике с помощью набора «Электроника для начинающих»;

·       Сборка и проверка работоспособности релейного генератора.

ü Воспитательные:

·       Формирование коллективных взаимоотношений у учащихся;

·       Воспитание ответственного отношения при выполнении работы;

·       Развитие умений отстаивать свою точку зрения.

ü Развивающие:

·       Создание  условий для развития  аналитических способностей учащихся: анализ, сопоставление, сравнение, обобщение;

·       Развитие самостоятельной познавательной деятельности учащихся.

Оборудование: образовательный конструктор  «Электроника для начинающих».

Основные понятия занятия: реле, конденсатор, электроемкость.

I. Организационный этап.

Проверка готовности учащихся к занятию, размещение конструктора на столах, устный инструктаж по технике безопасности.

II.Мотивационно - целевой этап.

Ситуация. Когда водитель запускает свой автомобиль, например, относительно  дешевый переключатель посылает небольшой сигнал по относительно длинному, тонкому, недорогому куску провода на устройство, которое находится возле двигателя стартера. Это устройство запускает двигатель, используя короткий, толстый более дорогой провод, который в состоянии выдержать ток до 100 А.

III. Объяснение нового материала.

Это устройство называется реле (от английского слова «relay» - передавать, транслировать). Реле передает некоторое управляющее воздействие из одной части цепи к другой. Часто реле управляется относительно низким напряжением или малыми токами, а вот переключает или иначе коммутирует оно довольно большие напряжения или токи.

Рис.1. Катушка с обмоткой А создает магнитное поле, которое притягивает якорь В к сердечнику электромагнита. Пластмассовый толкатель С, соединенный с якорем, выталкивает наружу упругие металлические полоски с закрепленными на них контактами и перемещает полюса Д переключателя реле, соединяя их с нормально разомкнутыми контактами.

 Реле состоит из катушки с обмоткой, выполненной изолированном проводом. Внутри катушки расположен сердечник. Когда электрический ток проходит по обмотке, то в сердечнике создается магнитное поле, которое притягивает якорь, соединенный с толкателем из непроводящего материала. Толкатель в свою очередь выталкивает или втягивает гибкие пружинные полоски металла с размещенными на них контактами, замыкая два из них. Контакты остаются замкнутыми до тех пор, пока электрический ток протекает по обмотке, а реле находится под напряжением.

Когда же электрического тока в обмотке реле не будет, то металлические пластинки с контактами возвращаются в сове исходное положение, размыкая контакты.

Большинство реле являются  неполяризованными, это  означает, что по их обмоткам вы можете пропускать ток в любом направлении и это никак не повлияет на работу реле.

Рис.2. Условное обозначение двухполюсного двухпозиционного реле DPDT.

IV.Практическая часть.

На макетной плате собираем цепь, состоящую из реле, светодиодов, резистора, кнопочного переключателя и сетевого адаптера. Вилка сетевого адаптера включается в сетевую розетку и преобразует относительно высокое переменное напряжение электросети в безопасное низкое постоянное напряжение, предназначенное для использования в электронных схемах.

Когда мы нажимаем кнопку, реле будет заставлять гаснуть первый    светодиод и включать второй. Когда вы отпустите кнопку, первый светодиод загорится, а второй погаснет.

Рис.3. Цепь, в которой реле заставляет генерировать колебания, когда к нему приложено напряжение питания.

Рис.4. Схема релейного генератора, выполненная с использованием условных графических обозначений.

Поняв, как работает эта схема, переходим к небольшой модификации схемы, чтобы получить реле, которое должно само по себе включаться и выключаться. Чтобы сделать цепь более практичной необходимо добавить ещё один компонент – конденсатор.

Постоянный ток не проходит через конденсатор, но напряжение на его контактах накапливается очень быстро, затем оно остается после отключения напряжения питания. В большинстве электролитических конденсаторов пластины представляют собой две полоски очень тонкой металлической пленки, разделенных слоем изолятора.

Принцип работы этого устройства очень прост. Если одна пластина подключена к положительному выводу источника, то положительные заряды притягивают отрицательные заряды к другой пластине.

Рис.5. Когда постоянное напряжение достигает конденсатора, по нему ток не протекает, но конденсатор заряжается, как маленькая батарейка. Положительные и отрицательные заряды на конденсаторе равны и противоположны по знаку.

Способность конденсатора хранить определенный по величине заряд называют его емкостью. Она измеряется в фарадах в честь М.Фарадея – представите пионеров электричества.

Рис.6. Майк Фарадей.

Добавление электролитического конденсатора параллельно катушке реле позволяет получить релейный генератор. Теперь, когда вы нажимаете на кнопку, реле должно медленно щелкать, а не жужжать. Что же произошло?

Конденсатор похож на маленькую батарейку, которую можно подзаряжать. Он настолько мал, что заряжается за доли секунды, за это время у реле достаточно времени, чтобы разомкнуть нижнюю пару контактов. Затем, когда контакты разомкнуты, конденсатор начинает работать, как батарейка, подавая свое накопленное напряжение на реле. Это поддерживает реле в состоянии, когда на его контакты подается напряжение в течение 1 с. После того, как конденсатор израсходует свой резерв энергии, реле переходит в исходное состояние и процесс повторяется.

Рис.7. Обозначение компонентов схемы: D₁, D₂ – светоизлучающие диоды; S₁ – двухполюсное двухпозиционное электромагнитное реле; S₂ – кнопочный однополюсной однопозиционный переключатель без фиксации; С₁- электролитический конденсатор на 1000 мкФ; R₁- резистор с минимальным сопротивлением 680 Ом.

Рис.8. Когда кнопка нажата, реле начинает переключаться, а светодиоды мигать.

V.Обобщение и закрепление.

Учащиеся тестируют собранные схемы, анализируют, обсуждают выполненные свои действия. Делают выводы, предлагают ситуации, где данные схемы могли бы быть использованы.

Используемая литература.

1.Касьянов В.А. Физика 11 класс:Учебн. Для общеобразоват.учреждений. – 4 – е изд.,стереотип. – М.: Дрофа, 2006.

2.Перышкин А.В., Физика 8 кл.: учеб.для общеобразоват.учреждений. – 11-е изд.,дораб. – М.: Дрофа, 2008.

3.Платт Ч., Электроника для начинающих. Пер с англ. – СПб.:БХВ_Петербург, 2012.