Medžiaga lydi laboratorinius fizikos darbus 11 klasėje. Pamokos pradžioje mokiniams keliamas tikslas ir trumpai apžvelgiama teorija.
Tada aptariama darbų eiga, atliekami eksperimentai. Stebėjimų rezultatai dokumentuojami sąsiuviniuose brėžiniais, kuriuos reikia paaiškinti. O darbo pabaigoje daromos išvados.
Peržiūrėkite dokumento turinį
„Laboratorinis darbas „Elektromagnetinės indukcijos reiškinio tyrimas“
Laboratoriniai darbai
"Elektromagnetinės indukcijos reiškinio tyrimas"
Belyan L.F.,
Fizikos mokytojas MBOU "Vidurinė mokykla Nr. 46"
Bratskas
Tikslai:
- ištirti sąlygas
indukcijos atsiradimas
srovė uždarame laidininke;
- įsitikinkite, kad tai sąžininga
Lenzo taisyklės;
- išsiaiškinti veiksnius, kurie
priklauso nuo indukcijos srovės stiprumo.
Įranga:
- milimetras ( mA)
arba mikroampermetras ( μA ),
- lanko magnetas,
- vielos ritė.
Darbo eiga
1. Surinkite grandinę, susidedančią iš ritės ir miliametro. Nuleisdami nuolatinį magnetą ritės viduje, nustatykite susidariusios indukcijos srovės kryptį.
Darbo eiga
2. Nuimkite magnetą nuo ritės. Ar pasikeitė indukuotos srovės kryptis? Sąsiuviniuose nubraižykite supaprastintą eksperimento schemą.
3. Ar kils indukuota srovė, kai magnetas yra ramybės būsenoje ritės atžvilgiu.
Kaip tai galima įrodyti?
Darbo ataskaitos ruošimas:
Darbo ataskaitos ruošimas:
Suformuluokite išvadas kiekvienam darbo punktui.
1. Kaip kinta magnetinis srautas, einantis per ritę (didėja, mažėja, nekinta)?
2. Kokios yra nuolatinio magneto magnetinės indukcijos lauko linijų kryptys?
3. Kaip nukreiptos indukuotos srovės magnetinio lauko linijos?
4. Nustatykite ritės magnetinio lauko polius.
5. Naudodami dešinės rankos taisyklę, nustatykite indukcijos srovės kryptį.
Išvada:
1. Nuo ko priklauso indukcijos srovės kryptis?
2. Nuo ko priklauso indukcijos srovės dydis?
LABORATORINIS DARBAS Nr.14
Tema:
Tikslas:
Teorija: 1831 metais anglų fizikas Faradėjus įrodė, kad naudojant magnetinį lauką įmanoma sukurti elektros srovę uždarame laidininke.
Naudojant šį reiškinį, galima gauti beveik bet kokios galios elektros srovę, kuri leidžia plačiai panaudoti elektros energiją pramonėje.
Įranga: 1. Dabartinis šaltinis. 2. Galvanometras. 3. Lanko formos magnetas. 4. Trikojis. 5. Jungiamieji laidai. 6. tiesus magnetas
(2 vnt.). 7. Reostatas 50 omų. 8. Transformatorius. 9. Lankstus laidas.
Vieta: 38 kabinetas.
Darbo tvarka:
1 užduotis.
Pritvirtinkite ilgą lanksčios vielos gabalą prie mažos varžos galvanometro gnybtų ir perkelkite jį magneto, pritvirtinto ant trikojo, atžvilgiu. Stebėkite prietaiso rodmenis ir padarykite išvadą.
2 užduotis.
Prijunkite 220 V ritę nuo universalaus transformatoriaus prie galvanometro gnybtų. Perkelkite tiesų magnetą ritės atžvilgiu. Stebėkite galvanometro rodmenis. Padarykite išvadą.
3 užduotis.
Magnetinį lauką sustiprinkite pridėdami to paties pavadinimo polius, atlikite 2 eksperimentą. Padarykite išvadą.
4 užduotis.
Padidinkite magneto judėjimo greitį ritės atžvilgiu. Stebėkite galvanometro rodmenis. Padarykite išvadą.
Padarykite išvadą iš 2–4 patirties
5 užduotis.
Nustatykite indukuotos srovės kryptį ritėje ir palyginkite ją su magneto lauko kryptimi, kai pastarasis įvedamas ir pašalinamas iš ritės. Patikrinkite Lenzo taisyklę iš paskutinių dviejų eksperimentų. E ir = - ω *∆Ф/∆ t
ν
ν
6 užduotis. Universalaus transformatoriaus 120 ir 220 V rites pastatykite vienas šalia kito (be šerdies). Naudodami reostatą, nustatykite srovę ritėje į 2A. Įjungdami ir išjungdami srovę ritėje, stebėkite srovę apatinėje ritėje. Padarykite išvadą.
7 užduotis
. Transformatoriaus rites padėkite ant bendros šerdies ir trumpai sujunkite. Uždarykite ir atidarykite grandinę, stebėdami srovę apatinėje ritėje. Padarykite išvadas.
8 užduotis . Įjunkite srovę, lėtai ir kuo tolygiau didinkite iki 2 A, tada mažindami stebėkite galvanometro rodmenis, taip pat indukcinės srovės kryptį. Padarykite išvadas.
Išvada iš 5-8 eksperimentų: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Saugumo klausimai:
Jei į uždarą kilnojamąjį laidininką įkišite magnetą, jis bus atstumtas, o jei atvirkščiai – pritrauks. Kodėl?
Kodėl kompaso adatos virpesiai gęsta greičiau, jei prietaiso kompasas žalvarinis, ir lėtesnis, jei prietaiso korpusas yra plastikinis?
Laidininko grandinėje magnetinis srautas pakito per 0,3 s iki 0,06 Wb. Koks yra vidutinis magnetinio srauto kitimo greitis? Koks yra vidutinis E.M.F.
1,8 m ilgio laidininkas juda statmenai indukcijos linijoms 6 m/s greičiu Indukcijos emf laidininke yra 1,44 V. Raskite lauko magnetinę indukciją.
Elektrinio variklio modelis veikia tuščiąja eiga. Kodėl rotoriaus apvija įkaista, jei pirštu sulėtinate rotoriaus sukimąsi?
Kur taikomas elektromagnetinės indukcijos reiškinys?
Literatūra: Zhdanov L.S., "Fizika", Maskva - 2005; Gladkova R.A. „Fizikos uždavinių ir klausimų rinkinys“, Maskva – 2003 m.
Darbo atlikimas
Laboratorinis darbas Nr.14
Elektromagnetinės indukcijos reiškinio tyrimas.
Darbo tikslas:Išsiaiškinkite fizinę elektromagnetinės indukcijos reiškinio esmę.
Įranga: Šaltinis, srovė, galvanometras, lanko formos nuolatinis magnetas, trikojis, laidai, tiesus magnetas, 50 omų reostatas, lanksti viela, ritės, plieninė šerdis.
Vieta: 38 auditorija.
Darbo atlikimas.
1 užduotis. Jei ilgo laido gabalas yra prijungtas prie galvanometro gnybtų ir perkeliamas lanko formos magneto atžvilgiu, galvanometras stebi srovės atsiradimą, kurios kryptis priklauso nuo laidininko judėjimo krypties.
2 užduotis. Jei prie galvanometro gnybtų pritvirtinate transformatoriaus ritę ir ritės atžvilgiu judinate tiesų magnetą, galvanometre pastebima silpna srovė, kurios kryptis priklauso nuo magneto judėjimo krypties.
3 užduotis. Lankstydami kaip nuolatinių magnetų polius sustipriname magnetinį lauką. Dėl to mes stebime srovės padidėjimą grandinėje.
4 užduotis. Kai y Didinant magneto judėjimo greitį ritės atžvilgiu, pastebime staigų srovės padidėjimą grandinėje.
IN 
išvada:
Iš 2-4 užduočių seka: EML ir indukuota srovė bus sukurta laidžioje grandinėje (ritėje) tik tada, kai ją prasiskverbs laikui bėgant kintantis magnetinis laukas.
5 užduotis.
1. Nustatykite išorinio MP-Vv kryptį;
2.∆Ф>arba<0?
3.Jei.∆Ф>0, tai Вв nukreipta priešingai su В i ;
4. Pagal B i ir gimlet taisyklė mes nustatome EML ir indukuotos srovės kryptį.
Užduotys 
e 6.
Jei transformatoriaus ritės yra išdėstytos viena šalia kitos, o srovė yra nustatyta dešinėje ritėje ir periodiškai įjungiama ir išjungiama, tada stebime, kad kairėje ritėje atsiranda skirtingų krypčių srovė.
7 užduotis. Transformatoriaus rites dedame ant šerdies ir uždarome galvanometru, stebime reikšmingą srovės padidėjimą kairiojoje ritėje.
8 užduotis. Kai vienoje ritėje didėja srovė, kitoje atsiranda srovė, o jai mažėjant – irgi, bet kita kryptimi.
Išvada: Iš šio darbo išplaukia, kad fizinė elektromagnetinės indukcijos reiškinio esmė slypi tame, kad pasikeitus magnetiniam srautui, prasiskverbiamam į laidžiąją grandinę, joje indukuojama indukuota emf, o jei grandinė uždaryta, tada indukuota srovė. EML ir srovės kryptis priklauso nuo magnetinio srauto krypties ir kitimo. O absoliuti EML vertė priklauso tik nuo magnetinio srauto kitimo greičio.
Saugumo klausimai:
Kokia srovė vadinama indukcine srove?
Šioje pamokoje atliksime laboratorinį darbą Nr.4 „Elektromagnetinės indukcijos reiškinio tyrimas“. Šios pamokos tikslas bus ištirti elektromagnetinės indukcijos reiškinį. Naudodami reikiamą įrangą atliksime laboratorinius darbus, kurių pabaigoje išmoksime teisingai ištirti ir nustatyti šį reiškinį.
Tikslas – studijos elektromagnetinės indukcijos reiškiniai.
Įranga:
1. Milimetras.
2. Magnetas.
3. Ritė-sruoga.
4. Dabartinis šaltinis.
5. Reostatas.
6. Raktas.
7. Ritė iš elektromagneto.
8. Jungiamieji laidai.
Ryžiai. 1. Eksperimentinė įranga
Laboratorinius darbus pradėkime nuo sąrankos surinkimo. Norėdami surinkti grandinę, kurią naudosime laboratoriniuose darbuose, sujungsime sruogą-ritę su miliamperu ir naudosime magnetą, kurį perkelsime arčiau ar toliau nuo ritės. Tuo pačiu metu turime prisiminti, kas atsitiks, kai atsiras indukuota srovė.
Ryžiai. 2. 1 eksperimentas
Pagalvokite, kaip paaiškinti mūsų stebimą reiškinį. Kaip magnetinis srautas veikia tai, ką matome, ypač elektros srovės kilmę. Norėdami tai padaryti, pažiūrėkite į pagalbinį paveikslą.
Ryžiai. 3. Nuolatinės juostos magneto magnetinio lauko linijos
Atkreipkite dėmesį, kad magnetinės indukcijos linijos palieka šiaurinį ašigalį ir patenka į pietų ašigalį. Be to, skirtingų magneto dalių šių linijų skaičius ir tankis skiriasi. Atkreipkite dėmesį, kad magnetinio lauko kryptis taip pat keičiasi nuo taško iki taško. Todėl galime teigti, kad magnetinio srauto pasikeitimas lemia tai, kad uždarame laidininke atsiranda elektros srovė, tačiau tik magnetui judant, todėl keičiasi magnetinis srautas, prasiskverbiantis į šios ritės posūkių ribojamą sritį. .
Kitas mūsų elektromagnetinės indukcijos tyrimo etapas yra susijęs su nustatymu indukcinės srovės kryptis. Indukcinės srovės kryptį galime spręsti pagal kryptį, kuria nukrypsta miliametro adata. Pasinaudokime lanko formos magnetu ir pažiūrėkime, kad magnetui priartėjus rodyklė nukryps viena kryptimi. Jei magnetas dabar pajudinamas kita kryptimi, rodyklė pasisuks kita kryptimi. Eksperimento rezultatu galime teigti, kad magneto judėjimo kryptis taip pat lemia indukcijos srovės kryptį. Taip pat atkreipkime dėmesį, kad indukcijos srovės kryptis taip pat priklauso nuo magneto poliaus.
Atkreipkite dėmesį, kad indukcijos srovės dydis priklauso nuo magneto judėjimo greičio ir tuo pačiu nuo magnetinio srauto kitimo greičio.
Antroji mūsų laboratorinio darbo dalis bus susijusi su kitu eksperimentu. Pažvelkime į šio eksperimento planą ir aptarkime, ką darysime dabar.
Ryžiai. 4. 2 eksperimentas
Antroje grandinėje iš esmės niekas nepasikeitė dėl indukcijos srovės matavimo. Tas pats miliametras pritvirtintas prie ritės ritės. Viskas lieka taip, kaip buvo pirmuoju atveju. Bet dabar magnetinio srauto pokytį gausime ne dėl nuolatinio magneto judėjimo, o dėl srovės stiprumo pasikeitimo antroje ritėje.
Pirmoje dalyje mes tyrinėsime buvimą indukuota srovė uždarant ir atidarant grandinę. Taigi, pirmoji eksperimento dalis: uždarome raktą. Atkreipkite dėmesį, kad srovė grandinėje didėja, rodyklė nukrypo viena kryptimi, tačiau atkreipkite dėmesį, kad dabar raktas uždarytas, o miliampermetras nerodo jokios elektros srovės. Faktas yra tas, kad magnetinis srautas nesikeičia, apie tai jau kalbėjome. Jei dabar atidarysite raktą, miliametras parodys, kad pasikeitė srovės kryptis.
Antrajame eksperimente atseksime, kaip indukuota srovė kai pasikeičia elektros srovė antroje grandinėje.
Kita eksperimento dalis bus stebėti, kaip keisis indukcijos srovė, jei srovės dydis grandinėje bus pakeistas naudojant reostatą. Jūs žinote, kad jei pakeisime elektros varžą grandinėje, tai, vadovaujantis Ohmo įstatymu, pasikeis ir elektros srovė. Keičiantis elektros srovei, keisis ir magnetinis laukas. Šiuo metu slankiojantis reostato kontaktas pasikeičia, keičiasi magnetinis laukas, dėl kurio atsiranda indukcinė srovė.
Norėdami baigti laboratoriją, turime pažvelgti į tai, kaip elektros srovės generatoriuje sukuriama indukuota elektros srovė.
Ryžiai. 5. Elektros srovės generatorius
Pagrindinė jo dalis yra magnetas, o šių magnetų viduje yra ritė su tam tikru suvyniotų apsisukimų skaičiumi. Jei dabar suksite šio generatoriaus ratą, ritės apvijoje bus sukelta indukcinė elektros srovė. Eksperimentas rodo, kad padidėjus apsisukimų skaičiui lemia tai, kad lemputė pradeda degti ryškiau.
Papildomos literatūros sąrašas:
Aksenovičius L. A. Fizika vidurinėje mokykloje: teorija. Užduotys. Testai: Vadovėlis. lengvatos bendrojo lavinimo įstaigoms. aplinka, švietimas / L.A.Aksenovičius, N.N. Rakina, K. S. Farino; Red. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 347-348. Myakishev G.Ya. Fizika: elektrodinamika. 10-11 klasių. Išplėstinių fizikos studijų vadovėlis / G.Ya. Myakiševas, A.3. Sinyakovas, V.A. Slobodskovas. - M.: Bustard, 2005. - 476 p. Purysheva N.S. Fizika. 9 klasė. Vadovėlis. / Purysheva N.S., Vazheevskaya N.E., Charugin V.M. 2 leidimas, stereotipas. - M.: Bustard, 2007 m.
Darbas iš dalies tiriamojo pobūdžio, iš dalies kompiuterinis, lavinamas stebėjimas, lavinami darbo su laboratorine įranga įgūdžiai, reikalaujama, kad studentai gebėtų paaiškinti stebimus reiškinius naudojant teorinius dėsnius, logines grandines, atskaitos lenteles, gimleto taisyklę, tai yra toks darbas leidžia. atskleisti studentų žinių gilumą ir gebėjimą jas pritaikyti praktikoje.
Mokiniai darbo procese įsitikina fizikos dėsnių objektyvumu.
Pamokos organizaciniu momentu trumpai informuoju mokinius apie užduotis, kurias jie spręs savarankiškai pamokos metu ir apie laipsnišką laiko paskirstymą užduotims atlikti.
ašetapas– trumpas apibendrintas teorinės medžiagos pakartojimas naudojant reklaminius skydelius Nr.1 „Elektromagnetinės indukcijos fenomenas“, Nr.2 „Gamta“ EMF indukcija“ ir Nr.3 „Lenco taisyklė“. Tai reikalinga teoriniam studentų pasirengimui savarankiškam tyrimui (skaičiai Nr. 1, 2, 3, žr. priedą).
Paruošę informaciją, mokiniai pereina prie IIetapas: savarankiškas eksperimentinių kokybinių ir skaičiavimo uždavinių sprendimas. Kiekvienas mokinys gauna instrukcijas su užduotimis. Jiems tenka užduotis greitai užbaigti eksperimentą, paimti prietaiso rodmenis (atlikti matavimus ar stebėjimus) ir paaiškinti stebėjimų ar skaičiavimų rezultatus. Instrukcijos atrodo taip:
Laboratorinis darbas: „Elektromagnetinės indukcijos reiškinio tyrimas“.
Darbo tikslas: patikrinti elektromagnetinės indukcijos reiškinio dėsningumus, atskleisti stebimų reiškinių priežasties-pasekmės ryšius ir įsitikinti esamų dėsningumų objektyvumu.
Įranga: droselio arba transformatoriaus ritės su skirtingu apsisukimų skaičiumi, arba varinės vielos posūkiai ant plastikinio rėmo, 2 barų magnetai (arba pasagos), miliametras, voltmetras, ampermetras, srovės šaltinis, jungiamieji laidai, metronomas (1 klasėje).
1 užduotis. Surinkti uždara vario vielos ritės kilpa, miliampermetras ir jungiamieji laidai. Įjunkite metronomą, kuris skaičiuoja tam tikrus laiko tarpus:
Vykdyti pratimas su juostiniu magnetu: pagal metronomo dūžius stenkitės tolygiai įkišti magnetą su šiauriniu ašigaliu į ritę, paimkite miliampermetro rodmenis (maksimalus miliampermetro adatos nuokrypis). Po tam tikro laiko tolygiai nuimkite magnetą nuo ritės. Paimkite miliamometro rodmenis.
Paaiškinkite pastebėtus reiškinius. Atkreipkite dėmesį į bendrus šių dviejų stebėjimų bruožus ir skirtumus.
Galimas atsakymo pavyzdys: Tiek pirmame, tiek antrame eksperimente stebime indukcijos srovės atsiradimą uždaroje grandinėje, kai keičiasi į šią grandinę prasiskverbiantis išorinis magnetinis srautas. Loginė grandinė atrodo taip:
Srovės ir dydis yra vienodas, nes magnetinio srauto kitimo greitis ir EMF indukcijos vienodos, grandinės varža R taip pat vienoda. Indukcijos srovės krypties skirtumas, susijęs su magnetinio srauto pasikeitimu: Ф - pirmuoju atveju, o Ф↓ antruoju atveju. Tai yra Lenzo valdymo apraiška. Pateikiama dar viena loginė grandinė:
ir vienu atveju nustatyti indukcijos srovės kryptį.
2 užduotis. 1) Apskaičiuokite krūvį, tekantį laidžioje grandinėje per laiką ∆
t su indukcine srovės stipriu Ii, paimta iš 1 užduoties:
2) Apskaičiuokite vertę, atsirandančią tam tikroje laidžioje grandinėje pagal Ohmo dėsnį:
Norint nustatyti R grandinę, reikia surinkti nuoseklią grandinę iš srovės šaltinio, grandinės, ampermetro, rakto ir jungiamųjų laidų. Prijunkite voltmetrą prie laidžios grandinės. Paimkite ampermetro ir voltmetro rodmenis ir apskaičiuokite.
3 užduotis. Dabar atlikite eksperimentą su stacionariu magnetu (stacionariu magnetiniu lauku), ant kurio atsargiai, tuo pačiu laiko intervalu ∆ t uždėkite ritę ant magneto. Ką parodys miliametras? Kokie yra 1 ir 3 užduočių stebėjimų panašumai ir skirtumai?
Užuomina: palyginti gamtą EMF indukcija dviejuose eksperimentuose.
Galimas atsakymo pavyzdys: indukcijos srovė nepasikeitė, bet 1 užduotyje
, o 3 užduotyje.
4 užduotis. Keiskite metronomo grojamus laiko intervalus: (arba ↓). Kokie pakeitimai įvyko 1 užduotyje? Paaiškinkite.
Galimas atsakymo pavyzdys: Jeigu ∆
t, tada, todėl: ↓, todėl Ii ↓.
5 užduotis. Stebėkite pokyčius, kurie atsiranda 4-oje užduotyje, jei tuo pačiu laiko intervalu įvedami 2 magnetai, sulankstyti panašiais poliais. Paaiškinkite, ką stebite.
Galimas atsakymo pavyzdys: 2 kartus, nes išorinio magnetinio lauko indukcija yra 2 kartus, todėl Ii padidėjo ≈ 2 kartus.
6 užduotis. Pakeiskite apsisukimų skaičių laidžioje grandinėje ir stebėkite indukuotos srovės kitimą užduočių režimu 4. Paaiškinkite.
7 užduotis. Pateikite ataskaitą apie darbų atlikimą. Pranešime mokiniai turi apibendrinti ir atsakyti į klausimą: kuo mokiniai įsitikino atlikdami šį darbą; parengti ir pateikti darbą raštu.
DARBO TIKSLAS:
Susipažinkite su cinkavimo aparato sandara ir veikimo principu.
Nustatykite pagrindinių galvanizavimo aparato elektros grandinės elementų charakteristikas.
ĮRANGA:
galvanizavimo aparatai, elektroninis osciloskopas.
METODO SVARBA
Medicinos praktikoje nuolatinė srovė plačiai naudojama. Cinkavimo pagalba jie veikia tiek atskirus organus (kepenis, širdį, skydliaukę ir kt.), tiek visą organizmą. Pavyzdžiui, „apykaklės srities“ galvanizavimas dirginant gimdos kaklelio simpatinius mazgus stimuliuoja širdies ir kraujagyslių sistemą bei pagerina medžiagų apykaitos procesus. Todėl šis metodas naudojamas daugelio ligų gydymui:
periferinė nervų sistema;
centrinė nervų sistema;
hipertenzija ir pepsinė opa;
odontologijoje – esant trofiniams sutrikimams ar audinių uždegimams burnos ertmėje ir kt.
Galvanizavimas dažnai derinamas su vaistinių medžiagų, kurios tirpaluose disocijuoja į jonus, įvedimu į kūno audinius. Ši procedūra vadinama gydomoji elektroforezė arba vaistinių medžiagų elektroforezė. Elektroterapija nuolatine srove ir vaistų įvedimas į kūno audinius atliekami naudojant galvanizavimo aparatą.
TEORINĖ DALIS
Vadinamas terapinis metodas, kai kūno audiniuose naudojama žemo lygio nuolatinė srovė (iki 50 miliamperų). galvanizavimas.
Galvanizavimo procedūroms ir gydomajai elektroforezei atlikti reikalingas pastovios įtampos šaltinis, kuriame įrengtas potenciometras srovės stiprumui reguliuoti įvairioms procedūroms ir matavimo prietaisas. Kaip toks šaltinis, kaip taisyklė, naudojamas apšvietimo tinklo puslaidininkinis kintamosios srovės lygintuvas. Galvanizavimo aparato elektros grandinės schemoje (1 pav.) yra transformatorius 3, lygintuvas 5 su dviem diodais, dviejų rezistorių 7 ir trijų kondensatorių 6 išlyginamasis filtras, reguliavimo potenciometras 8 ir miliampermetras 9 su šuntu ir a. jungiklis 10 srovei paciento grandinėje matuoti.
Ryžiai. 1. Cinkavimo aparato elektros schema.
(1 – maitinimo jungiklis, 2 – tinklo įtampos jungiklis, 3 – transformatorius, 4 – indikacinė lemputė, 5 – diodai, 6 – kondensatoriai, 7 – rezistoriai, 8 – reguliavimo potenciometras, 9 – miliampermetras, 10 – miliampermetras šuntas, 11 – gnybtai išėjimo įtampa).
Cinkavimo aparate esantis transformatorius sumažina įtampą iš tinklo (AB, 1 pav.). Be to, jo buvimas yra privalomas paciento saugumui (3, 1 pav.). Indukcinė jungtis tarp transformatoriaus pirminės ir antrinės apvijos pašalina tiesioginio ryšio tarp grandinės, kurioje yra elektrodai, prijungti prie paciento kūno, ir kintamosios įtampos tinklo, prie kurio prijungtas prietaisas, galimybę. Priešingu atveju, esant tam tikroms sąlygoms (pavyzdžiui, jei pacientas netyčia įžemintas), gali būti sužalota elektra.
Kintamosios srovės ištaisymas (konvertavimas į nuolatinę srovę) atliekamas naudojant puslaidininkinius diodus (5, 1 pav.). Puslaidininkiai yra kietos kristalinės medžiagos, kurių elektrinis laidumas yra tarpinis tarp laidininkų ir dielektrikų. Puslaidininkių elektrinis laidumas labai priklauso nuo išorinių sąlygų (temperatūros, apšvietimo, išorinių elektrinių laukų, jonizuojančiosios spinduliuotės ir kt.). Taigi, esant labai žemai temperatūrai, artimai absoliučiam nuliui (-273 °C), puslaidininkiai elgiasi kaip dielektrikai, skirtingai nei dauguma laidininkų, kurie virsta superlaidžia būsena. Kylant temperatūrai, didėja laidininkų varža elektros srovei, o puslaidininkių varža mažėja.
Net kambario temperatūroje gryno puslaidininkio elektrinis laidumas, vadinamas vidiniu laidumu, yra mažas, o tai yra chaotiškai susidariusių skylių (laisvų vietų gardelės atomuose) ir laisvųjų elektronų (dauguma krūvininkų) beveik vienodais kiekiais pasekmė. Į gryną puslaidininkį įdėjus nedidelę priemaišos dalį, jo elektrinis laidumas žymiai padidėja.
Puslaidininkinio diodo veikimas pagrįstas kontaktinio potencialo skirtumo susidarymu dviejų skirtingų laidumo tipų puslaidininkių jungties zonoje:
n tipo puslaidininkis (pagrindiniai krūvininkai yra elektronai);
p tipo puslaidininkis (pagrindiniai krūvininkai yra skylės).
N ir p tipo puslaidininkiai gali būti gaminami naudojant priemaišas. Pavyzdžiui, į germanį (Ge) įvedant priemaišos arseno atomus, kurių valentiniame sluoksnyje (As) yra penki elektronai, kiekvienas priemaišos atomas pakeičia germanio atomą. Keturi priemaišos atomo elektronai sudaro kovalentinius ryšius su gretimų germanio atomų valentiniais elektronais, o penktasis elektronas lieka laisvas ir gali tapti srovės nešikliu. Priemaišos, kurių valentingumas didesnis nei pagrindinis elementas, vadinamos donorais, nes jos į kristalą įveda elektronų perteklių, o kristalai su tokiais priemaišų atomais vadinami n tipo kristalais. Išorinio pastovaus lauko įtakoje laisvieji elektronai judės link teigiamo elektrodo.
Jei į gryną germanį įvedami priemaišų atomai su trimis valentiniais elektronais, pavyzdžiui, indžio atomai, pavyzdžiui, indžio atomai, priemaišos atomas pakeičia atomą germanio kristalinėje gardelėje. Kad susidarytų visiškas kovalentinis ryšys, priemaišos atomas užima ketvirtą elektroną iš bet kurio gretimo germanio atomo. Šiuo atveju vienas iš gretimo atomo kovalentinių ryšių nutrūksta. Neužpildytas kovalentinis ryšys vadinamas skyle; jis turi teigiamą krūvį turinčio elektrono savybę. Mažesnio valentingumo priemaišos vadinamos akceptoriais. Germanio turintis akceptoriaus atomų yra p tipo kristalas. Pritaikius pastovų lauką p tipo kristalui, skylės juda link neigiamo elektrodo. Kalbant apie srovės praėjimą, skylių srautas iš teigiamo elektrodo į neigiamą elektrodą turi tokį patį poveikį kaip ir elektronų srautas iš neigiamo elektrodo į teigiamą elektrodą.
Sąlytis tarp p ir n tipo puslaidininkių vadinamas elektronų skylės sandūra.
Šių puslaidininkių kontaktinėje zonoje skylės ir elektronai telkiasi toliau nuo sandūros (2 pav.). Tai paaiškinama beveik visišku donorų atomų ir akceptorių atomų nejudrumu kristalinėje gardelėje, palyginti su skylių ir elektronų judrumu. Suminio donoro atomų krūvio poveikis pasireiškia skylių atstūmimu į kairę nuo p-n sandūros, o bendras akceptorių atomų krūvis veikia elektronus taip, kad jie atstumiami iš p-n sandūros į dešinę. Tokiu atveju susidaro vadinamasis potencialų barjeras, neleidžiantis tekėti skylėms ir elektronams. Taigi ribinis sluoksnis įgyja labai didelį atsparumą elektronams n-p kryptimi ir skylėms p-n kryptimi ir vadinamas blokuojančiu sluoksniu.
Tiesą sakant, šis sluoksnis veikia kaip mažas akumuliatorius, kurio lauko stiprumas E" (parodyta punktyrinėmis linijomis 2 pav.). Norint naudoti p-n sandūrą ištaisymui, prijungiama išorinė baterija, kuri padeda arba trukdo veikti. akumuliatoriaus, atitinkančio potencialo barjerą.
Ryžiai. 2. Kontaktinio potencialo skirtumo susidarymas.
(– akceptoriai, „+“ – skylės, – donorai, „–“ – elektronai)
Be pagrindinių krūvininkų, puslaidininkiuose yra mažumos krūvininkų:
p tipo puslaidininkyje – elektronai;
n tipo puslaidininkyje yra skylės.
Jei teigiamą polių prijungsime prie p tipo puslaidininkio, o įtampos šaltinio neigiamą polių su n tipo puslaidininkiu (3a pav.), tada išorinis lauko stiprumas E, nukreiptas priešingai stipriui E", pasislinks. Pagrindiniai krūvininkai kiekviename iš puslaidininkių kontaktinio sluoksnio kryptimi žymiai padidėja ir sluoksnio elektrinis laidumas mažėja, o jo varža šia kryptimi mažėja p-n sandūroje vadinamas tiesioginiu arba per.
Jei pakeisite taikomos išorinės įtampos poliškumą (3b pav.), tai išorinis lauko stiprumas E, sutampantis su stipriu E", kiekviename iš puslaidininkių sukels pagrindinių krūvininkų judėjimą iš kontaktinio sluoksnio. priešingomis kryptimis plėsis blokuojantis sluoksnis ir jo varža smarkiai sumažės p-n sandūroje vadinamas blokavimu.
Šiuo principu pagrįstas puslaidininkinio diodo veikimas. Jei apkrovos varža (pavyzdžiui, biologinis audinys) yra nuosekliai prijungtas prie puslaidininkinio diodo ir jam taikoma kintamoji įtampa, srovė tekės per apkrovos varžą tik viena kryptimi. Ši konversija vadinama kintamosios srovės ištaisymu.
Ryžiai. 3. Srovės praėjimas grandinėje, kurioje yra elektronų skylės sandūra (a – perdavimo režimas, b – blokavimo režimas).
Dabartinis p-n sankryžos režimas, kai išorinis EMF šaltinis prijungiamas prie puslaidininkinio diodo, parodytas Fig. 4.
esant teigiamai įtampos vertei (praėjimo režimas), srovė smarkiai padidėja;
esant neigiamai įtampos vertei (blokavimo režimas), srovė kinta labai lėtai, iki diodo gedimo įtampos U ir jo išlyginamųjų savybių praradimo.
Ryžiai. 4. Puslaidininkinio diodo voltų amperinė charakteristika.
Kintamosios įtampos grafikas atrodo kaip sinusoidas (5a pav.). Jei jis praleidžiamas per vieną diodą, dėl vienpusio laidumo išvesties signalas įgaus tokią formą, kaip parodyta 5b paveiksle.
Cinkavimo aparate naudojami du puslaidininkiniai diodai (5, 1 pav.), sujungti su transformatoriaus (3) antrinės apvijos gnybtais A ir B. Kai taško A potencialas yra didesnis už taško B potencialą, srovė teka per viršutinį diodą. Šiuo metu apatinis diodas yra užrakintas. Kitoje laikotarpio pusėje, kai taško B potencialas yra didesnis už taško A potencialą, srovė tekės per apatinį diodą. Dėl to taške C potencialo vertė neįgis neigiamų verčių (lyginant su tašku D), o kai prie šių taškų prijungiama išorinė apkrova, srovė tekės tik viena kryptimi. Taip gaunamas kintamosios įtampos pilnos bangos ištaisymas (5c pav.).
Įtampos bangavimui išlyginti naudojamas elektrinis filtras, susidedantis iš vieno kondensatoriaus arba kondensatorių ir rezistorių (6.7 pav. 1) arba kitų tipų filtrų.
Ryžiai. 5. Laiko priklausomybės grafikai: a) kintamoji įtampa, b) įtampa, ištaisyta ant vieno diodo, c) įtampa, išlyginta ant dviejų diodų.
RC filtro veikimas pagrįstas talpos X C elektrinės varžos priklausomybe nuo dažnio ω:
X C = 
. (1)
Renkantis elementus turi būti laikomasi šių sąlygų:
Didėjant pulsuojančiai įtampai, įkraunamas filtro kondensatorius (6) (jo įkrovimas didėja tol, kol ši įtampa pasiekia didžiausią vertę). Pauzių tarp įtampos impulsų metu kondensatoriai iškraunami į apkrovą (8, 1 pav.), sukuriant iškrovos srovę, tekančią kryptimi, kuri sutampa su pulsuojančios įtampos kryptimi. Dėl to išėjimo įtampa įgauna išlygintą formą (6 pav.).
Pacientui per elektrodus tiekiamos įtampos reguliavimas atliekamas potenciometru (8, 1 pav.): maksimali įtampa prietaiso išėjime bus judančio kontakto viršutinėje padėtyje, o nulinė vertė žemesnė padėtis.
Atliekant procedūras, būtina kontroliuoti srovės, praeinančios per pacientą, kiekį. Atliekama naudojant miliametrą (9, 1 pav.). Šunto (10, 1 pav.) prijungimas leidžia padidinti miliampermetro skalės skalę.
Ryžiai. 6. Signalo, praeinančio per elektrinį filtrą, grafikas (punktyrinė linija rodo pulsuojantį įvesties signalą).
Srovė pacientui tiekiama naudojant elektrodus, po kuriais dedami vandeniu ar fiziologiniu tirpalu suvilgyti įklotai. Tai būtina norint pašalinti elektrolizės produktų po elektrodais esančių audinių „cauterizacijos“ poveikį. Iš tiesų gyvuose kūno audiniuose yra natrio chlorido elektrolizės produktų – Na+ ir Cl– jonų. Odos paviršiuje sąveikaudami su vandens jonais, esančiais skystoje fazėje (H+, OH–), po neigiamu elektrodu susidaro šarminis NaOH, o po teigiamu elektrodu – druskos rūgšties HCl. Todėl visais nuolatinės srovės naudojimo atvejais metaliniai elektrodai neturėtų būti dedami tiesiai ant kūno paviršiaus.
Kūno audiniai susideda iš ląstelių, apsuptų audinių skysčio. Tokia sistema susideda iš dviejų santykinai gerai srovę praleidžiančių aplinkų (audinių skysčio ir ląstelės citoplazmos), atskirtų prastai laidžiu sluoksniu – ląstelės membrana (membrana).
Pagrindinis nuolatinės srovės poveikis kūno audiniams atsiranda dėl juose esančių įkrautų dalelių, daugiausia audinių elektrolitų, taip pat koloidinių dalelių, turinčių adsorbuotų jonų, judėjimo. Išorinis elektrinis laukas sukelia jonų susilaikymą ir kaupimąsi prie membranų audinių elementuose (ląstelių viduje ir tarpląsteliniame skystyje), keičiant normalią jų koncentraciją (7 pav.). Dėl to ant membranų pažymima:
dvigubo elektrinio sluoksnio formavimas;
poliarizacijos reiškinys;
sukurti difuzinį pajėgumą;
biopotencialo pasikeitimas ir kt.
Ryžiai. 7. Jonų pasiskirstymas ant ląstelių membranų galvanizuojant (E – elektrodai).
Aktyvaus poveikio rezultatas tampa pastebimas makro lygiu: po elektrodais atsiranda odos paraudimas (hiperemija) dėl kraujagyslių išsiplėtimo. Visi šie procesai veikia ląstelių funkcinę būklę. Padidėja audinių regeneracija (periferinės nervų skaidulos, raumenys, epitelis) ir nervų sistemos reguliavimo funkcija. Šie mechanizmai lemia galvanizavimo naudojimą gydymo tikslais. Tačiau reikia dar kartą pažymėti, kad pagrindinis nuolatinės srovės poveikis kūno audiniams yra pagrįstas poliarizacijos reiškiniai ant biomembranos paviršiaus.
Gydymo metu elektrodai su tarpinėmis tvirtinami atitinkamose kūno paviršiaus vietose („transcerebrinis galvanizavimas“, „galvaninė apykaklė“ ir kt.).
Būtina atsižvelgti į tai, kad, įveikusi odos ir poodinių riebalų sluoksnį po elektrodais, srovė šakojasi ir praeina per giliai esančius audinius ir organus per mažo pasipriešinimo terpę (audinių skystį, kraują, limfą, nervų kamienų membranas). ir kt.). Dėl to vienu metu pažeidžiami keli paciento organai ir sistemos.
PRAKTINĖ DALIS
Šiame darbe naudojame cinkavimo aparatą, kurio šoniniame skydelyje yra perjungimo jungikliai, leidžiantys jo mazgus prijungti atskirai. Norint stebėti elektros signalų formą, prie prietaiso prijungiamas osciloskopas.
