Magnesy i elektromagnesy


Instrukcje dla nauczyciela do symulacji PhET - Magnesy i elektromagnesy



Link bezpośredni do symulacji



magnets-and-electromagnets

Zagadnienia

  • Pole magnetyczne
  • Magnesy
  • Elektromagnesy

Opis

Symulacja Magnesy i elektromagnesy umożliwia uczniom porównywanie i zestawianie ze sobą magnesów sztabkowych i elektromagnesów.

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, lipiec 2024)

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

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

  • Przewiduj kierunek pola magnetycznego w różnych miejscach wokół magnesu sztabkowego i elektromagnesu.
  • Ilościowo i jakościowo powiąż wielkość pola magnetycznego z odległością.
  • Opisz, w jaki sposób ziemskie pole magnetyczne odnosi się do magnesu sztabkowego.
  • Porównaj i zestaw magnesy sztabkowe i elektromagnesy.
  • Zidentyfikuj właściwości elektromagnesów, które są zmienne i jaki wpływ ma każda z tych zmiennych na wielkość i kierunek pola magnetycznego

Przykładowe materiały teoretyczne

  • Cechy linii pola magnetycznego (ZPE)
  • Podsumowanie wiadomości o magnetyzmie i elektromagnetyzmie (ZPE)
  • Czym jest pole magnetyczne? (OpenStax)
  • Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem. Elektromagnesy i ich zastosowanie (ZPE)
  • Magnetyzm, pole magnetyczne i prawo Faradaya (Khan Academy)

Sterowanie symulacją

Ekran Magnes sztabkowy (link bezpośredni)

Poznaj oddziaływania między kompasem a magnesem sztabkowym. Zmieniaj siłę magnesu i zobacz, jak zmienia się sytuacja wewnątrz i na zewnątrz. Użyj miernika pola, aby zmierzyć zmiany pola magnetycznego.


magnets-and-electromagnets4

Ekran Elektromagnes (link bezpośredni)

Użyj baterii do wytworzenia pola magnetycznego i znajdź sposoby na wzmocnienie tego pola. Eksperymentuj ze źródłem prądu przemiennego, aby wytworzyć oscylujące pole magnetyczne.


magnets-and-electromagnets5

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 Magnesy i elektromagnesy chcesz wyświetlić wartości indukcji magnetycznej tylko w teslach (magneticUnits=T) i domyślnie wyciszyć dźwięk (audio=muted), użyj: https://www.edukator.pl/simulations/magnets-and-electromagnets_all.html?magneticUnits=T&audio=muted

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/simulations/magnets-and-electromagnets_all.html?locale=pl&screens=1,2&audio=muted

preferencje

Wskazuje, że dostęp do tego dostosowania można uzyskać też z menu Preferencje, Opcje... lub w samej symulacji.


preferencjemagneticUnits - określa jednostki indukcji magnetycznej, T dla Tesli lub G dla gausów (domyślnie).magneticUnits=T
preferencjecurrentFlow - określa reprezentację prądu, umowną conventional lub elektronową electron (domyślnie).currentFlow=conventional
preferencjeaddEarthCheckbox - gdy true, dodaje pole wyboru do ekranu magnesu sztabkowego, aby wyświetlić Ziemię nad magnesem. Wartość domyślna to false.addEarthCheckbox=true
preferencjeearthHemisphere - gdy zaznaczona jest opcja Ziemia, wyświetla półkulę wschodnią eastern lub zachodnią western (domyślnie).addEarthCheckbox=true&earthHemisphere=eastern
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.screens=2,1
screens=1
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.initialScreen=1
initialScreen=2
preferencjelocale - 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)
audio - jeśli muted, dźwięk jest domyślnie wyciszony. Jeśli disabled, cały dźwięk jest trwale wyłączony.audio=muted audio=disabled
preferencjecolorProfile - zmienia kolory symulacji dla łatwiejszej projekcji. Pole wyboru dostępne także w menu PhET w obszarze Preferencje > Tryb projektora.colorProfile=projector
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy false, uniemożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki. Domyślnie jest true.supportsPanAndZoom=false


Menu Preferencje

Po kliknięciu ikony menu Preferencje gas-properties15 otworzy się okno, w którym w odpowiednich sekcjach możemy zaznaczyć żądane opcje:

W sekcji Symulacja możemy dokonać wyboru jednostek indukcji magnetycznej, wskaźników prądu i dodać opcję wyboru Ziemi.


faradays-electromagnetic-lab3

gas-properties17

Jeżeli zaznaczymy Tryb projektora, ułatwiający projekcję, nastąpi wtedy odwrócenie kolorów, tak jak na zrzucie ekranu poniżej


magnets-and-electromagnets6

gas-properties18

Gdy adres URL symulacji kończy się na "_all.html", dodatkowo pojawia się sekcja Lokalizacja, w której możemy dokonać wyboru języka:

faradays-electromagnetic-lab4

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 coulombs-law_pl3 otworzy się okno z listą obsługiwanych skrótów.


gas-properties20

Przy aktywnych ekranach Magnes sztabkowy i Elektromagnes:


faradays-electromagnetic-lab5

gas-properties14

Tryb pełnego ekranu

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):

magnets-and-electromagnets1

Uproszczenia / założenia modelu

  • Pokazujemy przepływ elektronów, który jest zgodny z regułą lewej dłoni. Elektrony poruszają się w kierunku przeciwnym do kierunku umownego prądu, który jest definiowany jako przepływ (wyimaginowanych) ładunków dodatnich. Aby zamiast tego przedstawić prąd umowny, należy skorzystać z preferencji Przepływ prądu.
  • Model ten działa jedynie w oparciu o indukowaną siłę elektromotoryczną. Cewki i źródła prądu nie mają rezystancji. Dlatego zmiana liczby pętli w elektromagnesie nie spowoduje zmiany prędkości elektronów w cewce.
  • Miernik pola wydaje się znajdować przed magnesem i cewkami, ale mierzy wewnątrz nich. Jest on umieszczony na wierzchu, aby zapewnić, że odczyty są zawsze widoczne.
  • Gdy Ziemia jest wyświetlana nad magnesem sztabkowym, magnetyczny biegun południowy pokrywa się z geograficznym biegunem północnym. Jednakże bieguny geograficzne i magnetyczne nie pokrywają się idealnie.
  • Igła kompasu wyświetla kierunek pola magnetycznego, a jej zachowanie różni się w zależności od ekranu:
    • Magnes sztabkowy: Zachowuje się jak prawdziwy kompas - igła ustawia się zgodnie z polem w czasie i wykazuje bezwładność, prędkość kątową, przyspieszenie kątowe i chybotanie. Jednak podczas pomiaru na szczycie magnesu sztabkowego kompas natychmiast ustawia się w linii z polem.
    • Elektromagnes: Igła ustawia się w linii z polem w czasie, aż zmiana kąta spadnie poniżej ustalonego progu, a następnie ustawia się natychmiast.
  • Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

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

  • Przewiduj kierunek pola magnetycznego w różnych miejscach wokół magnesu sztabkowego i elektromagnesu.
  • Opisz, co dzieje się z polem magnetycznym, gdy oddalasz się od magnesu.
  • Porównaj i skontrastuj magnes sztabkowy i elektromagnes.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Magnesy i elektromagnesy tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).