Radiolatorium - Elektrociepłownia Rzeszów

Doświadczenie 1: Solenoid

Indukcja elektromagnetyczna – to zjawisko będące największym odkryciem M. Faradaya w dziedzinie elektryczności. Praca mechaniczna, polegająca na zbliżaniu i oddalaniu magnesu stałego poruszającego się w obwodzie, powoduje powstanie w tym obwodzie prądu elektrycznego. W prezentowanym doświadczeniu do zwojnicy (cewki) wsuwamy magnes sztabkowy i obserwujemy w którą stronę wychyla się wskazówka galwanometru. Następnie wysuwamy magnes i znów obserwujemy kierunek wychylenia wskazówki.
Doświadczenie możemy przeprowadzić odwracając magnes i ponownie obserwując kierunki w jakich wychyla się wskazówka.Jeżeli magnes pozostaje w spoczynku wewnątrz zwojnicy lub w jej pobliżu, to oczywiście wskazówka galwanometru nie wychyli się.W obwodzie płynie krótkotrwały prąd indukcyjny: zmienne w czasie pole magnetyczne powoduje przepływ prądu elektrycznego w przewodniku. Zjawisko to nazywa się indukcją elektromagnetyczną a powstający wówczas prąd – prądem indukowanym.

Doświadczenie 2: Transformator

Transformator składa się z zamkniętego rdzenia zbudowanego z pasków cienkiej blachy żelaznej oraz z umieszczonych na niej dwóch obwodów prądu. Jeden z nich połączony ze źródłem prądu zmiennego nazywamy obwodem pierwotnym, drugi, w którym powstaje napięcie przetransformowane, nazywamy obwodem wtórnym.
Nasz wirtualny model wzorowany jest na demonstracyjnym przyrządzie szkolnym - jego rdzeń składa się z dwóch części: z rdzenia w kształcie litery U i nakładanej na niego prostokątnej zwory.
Na obu ramionach rdzenia możemy umieszczać cewki znajdujące się w komplecie:
- cewkę uzwojenia pierwotnego, dostosowaną do napięcia sieciowego 220 V (o 500 zwojach izolowanego drutu miedzianego)
- cewki uzwojenia wtórnego, przystosowane do odbierania napięć: 2, 6 i 12 V
Obsługa zestawu polega na umieszczeniu na lewym ramieniu rdzenia cewki uzwojenia pierwotnego, na prawym – wybranego wtórnego, zamknięciu transformatora zworą i włączenia urządzenia wyłącznikiem znajdującym się poniżej podstawy. Przy pomocy woltomierza, podłączonego do zacisków uzwojenia wtórnego transformatora – możemy zmierzyć wartość przetransformowanego napięcia prądu.Po użyciu przycisku schemat, znajdującego się pod wyłącznikiem głównym, na modelu wyświetla się obraz ilustrujący zasadę działania transformatora: symulacja strumienia magnetycznego w rdzeniu oraz dane techniczne cewek.

Doświadczenie 3: Prądnica

Prądnica, zwana też maszyną elektryczną – to urządzenie służące do zamiany energii mechanicznej w elektryczną. Wytwarzanie energii elektrycznej w prądnicach odbywa się dzięki indukcji elektromagnetycznej, zjawisku z którym możemy się bliżej zapoznać przy okazji innego doświadczenia przygotowanego w naszym laboratorium (patrz: Indukcja Elektromagnetyczna).Wynalazcą prądnicy jest Michał Faraday: to on obserwując prąd płynący w przewodzie, wywołujący działanie magnetyczne – postanowił zbadać czy możliwa jest sytuacja odwrotna: działanie magnetyczne wywołujące przepływ prądu elektrycznego.
Na schemacie możemy zaobserwować konstrukcję oraz zasadę działania prądnicy prądu stałego. Urządzenie składa się z:
- magnesu stałego z nabiegunnikami
- ruchomego wirnika z rdzeniem i nawiniętą cewką
- komutatora
- szczotek (klocków grafitowych)
Uzwojenia (cewki) nawinięte na rdzeń połączone są z gładkimi półpierścieniami metalowymi, przedzielonymi warstwą izolatora – komutatorem. Komutator jest zamocowany na osi wirnika i obraca się razem z nim. Jednocześnie po zewnętrznej powierzchni półpierścieni komutatora ślizgają się grafitowe szczotki, zatem wzbudzany prąd elektryczny może płynąć od wirujących części komutatora do nieruchomych szczotek, od których odprowadzany jest dalej: do różnych odbiorników.W naszym układzie do modelu prądnicy podłączony jest galwanometr. Przy jego pomocy będziemy mogli obserwować prąd powstający podczas pracy prądnicy. Do sterowania pracą urządzenia możemy używać dwóch wyłączników: lewy służy do włączania prądnicy na małych obrotach, umożliwiających dokładniejszą obserwację procesu wytwarzania prądu elektrycznego i reakcji wskazówki galwanometru, wyłącznik prawy – przestawia prądnicę na maksymalne obroty. Jak zachowuje się przy tej opcji wskazówka galwanometru?
Zasada działania prądnicy jest następująca:
Uzwojenie cewki umieszczonej na wirniku prądnicy przecina linie sił pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes i dzięki temu indukuje się w nim zmienna siła elektromotoryczna, czyli: płynie prąd elektryczny. Umieszczony pod wyłącznikami przycisk z napisem linie pola - wyświetla obraz linii sił pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes.

Doświadczenie 4: Oersted

Eksperyment, który za chwilę każdy będzie mógł wykonać – należy do najważniejszych w historii fizyki. Wymyślił i wykonał go po raz pierwszy Hans Christian Oersted, duński fizyk i chemik, odkrywca zjawiska elektromagnetyzmu.To on właśnie, przy pomocy prostego doświadczenia pokazał, że igła kompasu odchyla się pod wpływem prądu płynącego w przewodzie.
Układ zmontowany do naszego eksperymentu jest wzorowany na tym, jaki zestawił Oersted do swojego doświadczenia:
- drut, przez który płynie prąd
- igła magnetyczna (kompas) ustawiona tak, aby kierunek południe – północ przebiegał równolegle do drutu
- zasilacz z regulowanym napięciem
- wyłącznik
Klikając lewym klawiszem myszy na drucie, możemy „przekładać” go ustawiając nad lub pod kompasem z igłą magnetyczną. Włączając układ obserwujemy zachowanie igły magnetycznej: jej wychylanie się od osi w kierunku wschodnim lub zachodnim. Od czego zależy ten kierunek?
Zmieniając napięcie prądu płynącego przez przewodnik, można zobaczyć jak zmienia się kąt wychylenia igły.Są to wszystko zjawiska ilustrujące oddziaływania stanowiące podstawy elektromagnetyzmu.

Doświadczenie 5: Naczynia połączone

Naczyniami połączonymi nazywamy dwu lub kilkuramienne naczynia, w których wlana ciecz może przepływać swobodnie z jednego do drugiego ramienia, nie przedostając się na zewnątrz. Jeśli do takiego naczynia nalejemy wody lub jakiejś innej cieczy – zauważymy, że gdy ciecz pozostaje w spoczynku (czyli w równowadze), wówczas powierzchnia cieczy we wszystkich ramionach znajduje się w tej samej płaszczyźnie poziomej, bez względu na kształt i położenie naczynia.Zasadę tę możemy w łatwy i „suchy” sposób wypróbować przy pomocy naszego modelu. Przedstawia on klasyczny układ demonstracyjny naczyń połączonych składający się z pięciu ramion o różnych kształtach i przekrojach.
Wskazując kursorem jedną z trzech ikon znajdujących się pod spodem przyrządu – możemy go napełniać cieczą do dowolnej wysokości i obracać w prawo lub w lewo, obserwując zachowanie się cieczy zgodne z tym, co napisano wyżej.
Naczynia połączone mają zastosowanie w wielu urządzeniach, jak np.:
- poziomicach (czyli tzw. wagach wodnych), służących do wyznaczania w terenie punktów znajdujących się na jednakowym poziomie
- wodowskazach, stosowanych do wskazywania poziomu cieczy w naczyniach zamkniętych (np. kotłach wodnych)
- manometrach, służących do wskazywania i mierzenia różnicy ciśnień (manometr taki możemy zobaczyć np. w eksperymencie z hydrostatyki)

Doświadczenie 6: Maszyna parowa

Schemat pokazuje budowę i zasadę działania maszyny parowej. Urządzenia, które zrewolucjonizowało rozwój techniki i przemysłu. Maszyna parowa to nic innego jak parowy silnik tłokowy, urządzenie w którym energia cieplna zamieniana jest na energię mechaniczną.Ciepło wytwarzane pod kotłem doprowadza do wrzenia wody: powstaje para wodna, która doprowadzana jest poprzez układ rozrządu do cylindra. W cylindrze pracuje tłok, wprawiany w ruch poprzez naprzemienne wpuszczanie będącej pod ciśnieniem pary do przedniej i tylnej części cylindra. Wytworzona energia przenoszona jest za pośrednictwem korbowodu na wał korbowy i koło zamachowe.Cały ten proces można obejrzeć na schemacie: po wskazaniu kursorem wybranych części maszyny wyświetlają się opisy poszczególnych elementów.
Urządzenie uruchamiamy dźwignią, przesuwając jej ramię zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Na wolnych obrotach – można zaobserwować działanie i współpracę mechanizmów.

Doświadczenie 7: Kaloryfer

Schemat prezentowany w tej części, przedstawia urządzenie centralnego ogrzewania wodnego. Po włączeniu układu, możemy obserwować proces jaki przebiega w konstrukcjach tego typu, stosowanych w naszych domach.Woda pobiera w kotle pewną ilość ciepła, którą transportuje do grzejnika. Z punktu widzenia fizyki oznacza to, że cząsteczki wody otrzymują w kotle dużą energię kinetyczną: woda staje się gorąca, rozszerza się i płynie do góry. Podczas przepływu przez instalację, energia zostaje oddana do ościennego powietrza: z przewodów możliwie jak najmniej, z grzejnika – najwięcej.Grzejnik wypromieniowuje ciepło do otoczenia, które rozchodzi się na zasadzie unoszenia, czyli: konwekcji.Woda, która oddaje ciepło – stygnie i wraca do kotła, w którym jest podgrzewana ponownie i rusza w dalszą drogę…

Doświadczenie 8: Hydrostatyka

Do tego doświadczenia użyjemy zestawu składającego się z następujących przyrządów:
- dużego zbiornika wypełnionego wodą
- manometru
- trzech sond pomiarowych połączonych elastycznymi rurkami z manometrem
Doświadczenie polega na umieszczeniu w zbiorniku wybranej sondy, zanurzaniu jej w wodzie, obserwowaniu zachowania się membrany gumowej zamocowanej na części pomiarowej sondy i wskazań manometru. Ciśnienie słupa wody na membranę przenosi się przez zamknięte w sondzie i przewodzie powietrze na ciecz w manometrze, wskutek czego poziom cieczy w jednym ramieniu obniża się, a w drugim podnosi się w górę.Za miarę ciśnienia przyjmujemy różnicę poziomów cieczy w obu ramionach manometru. Używając różnie ukształtowanych sond, możemy badać ciśnienie nie tylko działające z góry, ale także z boku i z dołu.
Eksperyment pomaga stwierdzić, że ciśnienie hydrostatyczne na danej głębokości w cieczy jest takie samo i nie zależy od kierunku, z którego działa na sondę.

Doświadczenie 9: Dylatometr

Dylatoskop – to przyrząd służący do demonstrowania zjawiska rozszerzalności cieplnej ciał. Na podstawie umocowane są dwa wsporniki, na których można mocować badane próbki (pręty) metalowe.
W tej symulacji mamy do wyboru trzy możliwości:
- pręt stalowy
- pręt miedziany
- pręt aluminiowy
Jeden koniec badanego pręta jest zamocowany na stałe, drugi – może się swobodnie przesuwać, działając na zaczep pomiarowy, który obraca wskazówkę przyrządu.
Wskazując kursorem jedną z próbek umieszczonych po prawej stronie, ustawiamy wybrany materiał w przyrządzie.Po użyciu przycisku START – włączamy ogrzewanie próbki i obserwujemy wskazówkę przyrządu, która w czasie rzeczywistym pokazuje zjawisko rozszerzalności liniowej badanego materiału.

Doświadczenie 10: Druk cieplny