Prawo Faradaya

Zagadnienia

• Prawo Faradaya
• Pole magnetyczne
• Magnesy

Opis

Korzystając z symulacji Prawo Faradaya, uczniowie mogą zbadać, w jaki sposób zmieniający się strumień indukcji mamagnetycznej może wytworzyć przepływ prądu elektrycznego. Użytkownik przeciąga magnes sztabkowy przez jedną lub dwie cewki i obserwuje efekty.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Rouinfar, sierpień 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Wyjaśnij, co się dzieje, gdy magnes porusza się przez cewkę z różnymi prędkościami i jak to wpływa na jasność żarówki oraz wielkość i znak napięcia.
• Wyjaśnij różnicę pomiędzy przesuwaniem magnesu przez cewkę z prawej strony vs. z lewej strony.
• Wyjaśnij różnicę między przesuwaniem magnesu przez dużą cewkę a mniejszą cewkę.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya (ZPE)
• Istota zjawiska indukcji elektromagnetycznej (ZPE)
• Zjawisko indukcji elektromagnetycznej i jego związek ze względnym ruchem magnesu i zwojnicy oraz ze zmianą natężenia prądu w elektromagnesie (ZPE)
• Prąd indukcyjny (ZPE)
• Siła elektromotoryczna indukcji (ZPE)
• Wzbudzanie przepływu prądu elektrycznego (ZPE)
• Powstawanie prądu indukcyjnego - doświadczenia (ZPE)
• Indukcja elektromagnetyczna (OpenStax)
• Co to jest prawo Faradaya? (Khan Academy)

Sterowanie symulacją

Ekran symulacji

Zapal żarówkę machając magnesem. Sprawdź kierunek przepływu indukowanego prądu.

Złożone sterowanie

• Użyj klawisza Tab, aby wybrać magnes za pomocą klawiatury i po naciśnięciu spacji (prostokątna obwódka stanie się wtedy przerywana) naciskaj klawisze numeryczne 1, 2 i 3, aby przesuwać magnes w poziomie ze stałą prędkością po obszarze roboczym.
• Przy 1 prędkość jest najmniejsza, a przy 3 największa. Kolejne kliknięcie zmienia zwrot ruchu.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w symulacji Prawo Faradaya chcesz wyciszyć dźwięk (sound=muted) i wyłączyć linki zewnętrzne (allowLinks=false), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/faradays-law_all.html?sound=muted&allowLinks=false

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/faradays-law_all.html?locale=pl&sound=muted&allowLinks=false

Parametr query i opis	Przykładowe linki
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
sound - jeśli muted, dźwięk jest domyślnie wyciszony. Jeśli disabled, cały dźwięk jest trwale wyłączony.	sound=muted sound=disabled
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false

Ułatwienia dostępu

Sterowanie za pomocą klawiatury - skróty klawiszowe

Generalnie sterujemy symulacją za pomocą myszy lub dotyku. Alternatywnie uczniowie mogą też nawigować i sterować elementami interaktywnymi za pomocą klawiatury. Po kliknięciu otworzy się okno z listą obsługiwanych skrótów.

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Dźwięk i sonifikacja

• Odtwarzany jest dźwięk, którego głośność zmienia się w zależności od wielkości indukowanej siły elektromotorycznej.
• Przy włączonym woltomierzu wysokość tonu wskazuje również kierunek indukowanej siły elektromotorycznej.
• Po włączeniu woltomierza, gdy miernik osiąga limit po stronie dodatniego lub ujemnego napięcia, odtwarzane jest kliknięcie, aby podkreślić maksymalne możliwe generowane napięcie.
• Więcej przydatnych wskazówek na temat tego, jak koncepcje i dźwięk są zintegrowane w tej symulacji, można znaleźć w filmie Funkcje dźwiękowe. Więcej szczegółów na temat wszystkich dźwięków w tej symulacji można znaleźć w opublikowanej dokumentacji Sound Design.

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Na ile sposobów można wywołać indukcję? Wyjaśnij swoją metodę (metody), przytaczając dowody z symulacji.
• Naszkicuj dwie różne sytuacje, w których zapala się żarówka. Wskaż bieguny N/S magnesu i kierunek jego ruchu. Jaki jest kierunek indukowanego prądu w każdym przypadku?
• Określ, co stanie się z jasnością żarówki, gdy liczba zwojów w cewce zostanie zmniejszona o połowę, ale prędkość magnesu pozostanie taka sama.
• Jak prędkość magnesu wpływa na jasność żarówki?

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Prawo Faradaya tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).