Экспериментальное задание 18.3, страница 81 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 18.3

Работаем в группе

Ознакомление с автоматическим устройством включения и выключения электрического освещения

Оборудование: электромагнитное реле, солнечная батарея, источник постоянного тока, электрическая лампа, соединительные провода.

Ознакомьтесь с устройством и принципом действия электромагнитного реле. Соберите и испытайте электрическую схему для автоматического включения и выключения электрической лампы с помощью электромагнитного реле и солнечной батареи.

Порядок выполнения задания

Рис. 18.12

1. Рассмотрите устройство электромагнитного реле. Соберите две электрические цепи по схемам, изображённым на рисунке 18.12. В первой цепи последовательно соединены источник тока 1, солнечная батарея 2 и обмотка реле 3. Во второй цепи последовательно соединены источник тока 4, нормально замкнутые контакты 5 реле и лампа 6.

2. При освещении солнечной батареи на её выводах возникает электрическое напряжение и создаётся электрический ток в обмотке реле. Если освещение достаточно интенсивное, реле срабатывает и выключает лампу 6, «фонарь уличного освещения» гаснет (рис. 18.13).

3. Если освещение батареи слабое (выключена освещающая лампа, работающая «солнцем», или батарея заслонена от солнечного света листом плотной бумаги), то значение электрического тока в обмотке реле становится меньше тока срабатывания реле, контакты 5 замыкаются, лампа 6 должна гореть. Это «фонарь уличного освещения», автоматически зажигающийся ночью (рис. 18.14).

Рис. 18.13

Рис. 18.14

1. Сборка схемы для автоматического управления освещением включает в себя создание двух независимых электрических цепей, соединенных через электромагнитное реле. Первая цепь, управляющая, и вторая, исполнительная (или цепь нагрузки).

Управляющая цепь состоит из последовательно соединенных источника тока (1), солнечной батареи (2), работающей как датчик света, и обмотки электромагнитного реле (3). Назначение этой цепи — активировать или деактивировать реле в зависимости от уровня освещенности.

Исполнительная цепь состоит из последовательно соединенных источника тока (4), нормально замкнутых контактов реле (5) и лампы (6). "Нормально замкнутые" контакты означают, что они замкнуты (проводят ток) по умолчанию, когда на обмотку реле не подается напряжение. Эта цепь непосредственно включает и выключает лампу.

Ответ: Схема состоит из двух цепей: управляющей (источник 1, солнечная батарея 2, обмотка реле 3) и исполнительной (источник 4, контакты реле 5, лампа 6). Управляющая цепь реагирует на свет и контролирует состояние реле, которое, в свою очередь, замыкает или размыкает исполнительную цепь с лампой.

2. При интенсивном освещении (например, днем) фотоны света попадают на солнечную батарею (2). В результате фотоэлектрического эффекта в солнечной батарее возникает ЭДС, и в управляющей цепи начинает протекать электрический ток $I_{упр}$. Этот ток проходит через обмотку электромагнитного реле (3), создавая вокруг нее магнитное поле. Если освещенность достаточна, то сила тока $I_{упр}$ превышает ток срабатывания реле $I_{сраб}$ ($I_{упр} > I_{сраб}$). Созданное магнитное поле становится достаточно сильным, чтобы притянуть якорь реле. Это приводит к размыканию нормально замкнутых контактов (5). Цепь нагрузки разрывается, ток от источника (4) перестает поступать на лампу (6), и она гаснет. Это соответствует режиму "день", когда дополнительное освещение не требуется (рис. 18.13).

Ответ: При ярком свете солнечная батарея вырабатывает достаточный ток, чтобы сработало электромагнитное реле. Реле размыкает свои контакты, прерывая цепь питания лампы, и лампа гаснет.

3. При слабом освещении или его отсутствии (например, ночью или если солнечная батарея закрыта), ток $I_{упр}$, генерируемый солнечной батареей (2), очень мал или равен нулю. Его значение становится меньше тока срабатывания реле ($I_{упр} < I_{сраб}$). Магнитное поле, создаваемое обмоткой реле (3), оказывается слишком слабым, чтобы удержать якорь в притянутом состоянии или притянуть его. Под действием пружины или силы тяжести якорь реле возвращается в исходное, "нормальное" положение. При этом контакты (5), будучи нормально замкнутыми, замыкаются. В результате исполнительная цепь становится замкнутой, и ток от источника (4) начинает протекать через контакты (5) и лампу (6). Лампа загорается. Таким образом, система автоматически включает освещение при наступлении темноты (рис. 18.14).

Ответ: В темноте солнечная батарея не создает ток, достаточный для срабатывания реле. Контакты реле возвращаются в свое нормальное (замкнутое) состояние, замыкая цепь с лампой. Лампа получает питание и загорается.