Cách nạp từ cho nam châm

3. Tóm tắt nội dung dự án.

a]Mục đích nghiên cứu: Hiện tại bộ thí nghiệm trong nhà trường có nhiều nam châm bị vĩnh cửu bị mất từ tính, việc mua sắm các thiết bị mới để thay thế mất nhiều tiền nên việc chế tạo ra một thiết bị nạp lại từ tính cho nam châm là rất cần thiết.

b, Trình tự thực hiện

Nhà trường triển khai kế hoạch về cuộc thi KHKT dành cho học sinh trung hoc.

Học sinh hình thành các ý tưởng về các lĩnh vực nghiên cứu, lập nhóm và báo cáo với ban chỉ đạo nhà trường .

Lập kế hoạch nghiên cứu

Xây dựng phương pháp nghiên cứu, làm thí nghiệm . Chuẩn bị vật liệu để làm sản phẩm ứng dụng tại phòng thiết bị nhà trường

c, Dữ liệu và kết luận

Công việc chính đã thực hiện: Tìm cách chế tạo ra một thiết bị nạp từ tính cho nam châm vĩnh cửu mà giá thành rẻ, dễ thực hiện.

Lợi ích nghiên cứu: Giảm rất nhiều kinh phí mua sắm các nam châm vĩnh cửu cho nhà trường.

Kết quả đạt được: Đã chế tạo thành công thiết bị nạp từ tính cho nam châm vĩnh cửu, thiết bị này dễ làm, giá thành rất nhỏ [chỉ khoảng 10 nghìn đồng vì có thể tận dụng các thiết bị khác trong bộ thí nghiệm Công nghệ 8 để sử dụng] mà mang lại lợi ích lớn.

Bộ môn vật lý là bộ môn khoa học thực nghiệm. Tư tưởng chủ đạo của SGK vật lý trung học cơ sở và nội dung kiến thức mới được hình thành phần lớn thông qua các thí nghiệm thực hành. Điều đó không chỉ tích cực hóa việc học tập của học sinh mà còn rèn luyện kỹ năng sử dụng thiết bị, đức tính kiên trì và tác phong làm việc của những người lam khoa học trong thời đại công nghệ

Thực tế trong nhiều năm qua, chất lượng thiết bị, thời gian thí nghiệm có nhiều hạn chế, gây nhiều lúng túng cho giáo viên và học sinh. Điều đó đòi hỏi sự sáng tạo tích cực của mọi người để tạo ra những dụng cụ sử dụng phục vụ tốt hơn cho công tác dạy và học, ngoài ra việc chế tạo thiết bị dạy học củng như sửa chữa khai thác những mặt còn hạn chế sẽ cho kết quả trung thực hơn.

Phần Điện từ học là một nội dung học quan trọng trong chương trình môn Vật Lý. Ở cấp THCS phần Điện từ học nằm ở chương trình Vật lý 7 và Vật Lý 9. Do đặc trưng bộ môn, các thí nghiệm là thành phần không thể thiếu trong các tiết dạy Vật lý - phần Điện từ trong chương trình Vật lý THCS cũng không ngoại lệ. Tuy nhiên do chất lượng ban đầu, do quá trình bảo quản sử dụng nhiều nam châm không giữ được từ tính ban đầu, hoặc bị yếu đi nhiều hoặc bị mất từ tính thậm chí bị nhiễm từ ngược lại so với ban đầu dẫn đến sự thành công của các thí nghiệm về điện từ bị đe doạ nghiêm trọng. Đây thật sự là vấn đề cấp thiết cần giải quyết vì thí nghiệm không thành công hoặc diễn ra không như ý muốn sẽ dẫn đến sự mất tin tưởng vào kiến thức

được cung cấp hoặc không thể tự mình khám phá kiến thức nên mất hứng thú trong học tập bộ môn.

Việc chế tạo thiết bị nạp từ cho nam châm đã giải quyết một cách chủ động vấn đề mất từ tính, yếu từ tính... của các nam châm được cấp nhờ thế cũng giải quyết được vấn đề chất lượng học tập bộ môn ở phần Điện từ học. Cách chế tạo thiết bị nạp từ không quá phức tạp, nguyên vật liệu rẻ tiền, có thể mượn tạm ở bộ môn Công nghệ 8, cùng với việc sử dụng dễ dàng nên tất cả các trường đều có thể tự làm thiết bị nạp từ cho đơn vị mình. Việc sử dụng thiết bị nạp từ góp phần tiết kiệm kinh phí mua sắm mới các nam châm bằng cách phục hồi từ tính của các nam châm cũ. Có thể nói thiết bị nạp từ mang lại nhiều hiệu quả tích cực và lâu dài.

Sau quá trình tìm hiểu thực trạng đồ dùng dạy học được cấp cả cũ và mới, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Lê Văn Tám chúng em đã tìm ra giải pháp để phục hồi từ tính, làm mạnh hơn từ tính, điều chỉnh cực từ cho đúng của các nam châm được cấp đó là chế tạo thiết bị nạp từ dựa trên tác dụng từ của dòng điện bằng các thiết bị có sẵn ở phòng thiết bị trường học với chi phí không cao, sử dụng dễ dàng, thuận tiện, lâu dài.

5. Phương pháp và thiết bị thí nghiệm.

Sử dụng phương pháp nghiên cứu các tài liệu về điện từ, tiếp thu sự hướng dẫn của các thầy giáo về biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều kết hợp với thực nghiệm kiên trì, liên tục.

-Quá trình thực hiện

`

-Hình ảnh sản phẩm sản phẩm tạo thành

6. kết quả nghiên cứu

Đối với các kim nam châm: Khi mới được cấp từ tính của kim nam châm, màu cực từ đảm bảo được sự định hướng trong từ trường Trái Đất với tỉ lệ 100% , qua quá trình sử dụng, bảo quản số kim nam châm đảm bảo được yêu cầu trên sụt giảm còn dưới 30%

Đối với bộ nam châm thẳng, nam châm chữ U dành cho khối 9: Khi mới được cấp các nam châm đảm bảo được cực từ đúng theo màu và tên cực từ được in sẵn nhưng từ tính của các thanh nam châm nhìn chung là yếu đặc biệt là những nam châm chữ U, qua quá trình

sử dụng, bảo quản số nam châm còn giữ được đúng cực từ là khoảng 50%, từ tính của đa số nam châm là rất yếu, một số nam châm không còn từ tính.

Đối với bộ nam châm thẳng và nam châm chữ U dành cho khối 7: Khi mới được cấp chỉ đảm bảo đúng tên cực từ còn từ tính thì rất yếu, qua quá trình sử dụng, bảo quản đa số các nam châm hoặc đã mất từ tính hoặc đã nhiễm từ ngược lại từ cực được ghi.

Thực trạng trên dẫn đến làm thí nghiệm không thành công hoặc kết quả thí nghiệm không chính xác.

* Biện pháp giải quyết: Chế tạo thiết bị nạp từ cho nam châm.

Dựa trên tác dụng từ của dòng điện, ta sẽ tiến hành chế tạo thiết bị nạp từ [thực chất là một nam châm điện có từ cực xác định] dùng nguồn điện xoay chiều 220V thông qua bộ chỉnh lưu bằng các điốt được lắp thành mạch cầu để trở thành dòng 1 chiều có hiệu điện thế 220V cung cấp cho cuộn dây có số vòng thích hợp [khoảng 4000-5000 vòng] nhằm tạo ra một nam châm điện mạnh đủ sức làm nhiễm từ các thanh nam cũ bị mất từ tính.

8.1. Các thiết bị, vật tư cần có:

+ 2 cuộn dây đồng loại 2750 + 2750 vòng [có thể mượn tạm cuộn dây ở bộ thí nghiệm môn Công nghệ 8, phần máy biến áp].

+ Nếu không, có thể dùng các cuộn dây đồng loại 4000 vòng hoặc nhiều hơn trong bộ thiết bị máy biến thế [lưu ý 2 cuộn phải có cùng số vòng và cỡ dây].

+ 1 lõi sắt non hình chữ U [được ghép bằng những lá sắt non] có thể nằm khít trong lòng các ống dây [có thể mượn tạm cuộn dây ở bộ thí nghiệm môn Công nghệ 8, phần máy biến áp].

Nếu dùng các cuộn dây trong bộ biến thế mới, ta có thể dùng luôn lõi sắt của bộ này.

+ 1 công tắc loại 250V - 5A [ công tắc đèn loại thông dụng]

+ 1 cầu chì

+ 4 điôt loại 5A.[hoặc dung đi ôt cầu]

+ 2 m dây đôi có bọc cách điện

+ 1 phích cắm

8.2. Lắp thiết bị nạp từ:

- Chì hàn, băng keo cách điện, ốc vít ...

- Nối cuộn 1 và cuộn 2 trên mỗi cuộn kép thành một cuộn duy nhất sao cho chúng có cùng chiều quấn. Nối 2 cuộn kép đã nối nối tiếp nhau một lần nữa sao cho chúng có cùng chiều quấn. Điều này rất quan trọng vì nếu ta nối không đúng từ trường của cuộn dây sẽ bị triệt tiêu. Để phân biệt hai cuộn riêng biệt trong một cuộn dây kép có 4 đầu dây ra ta có thể dùng đồng hồ vạn năng đặt ở chế độ đo điện trở, hai đầu dây có điện trở nhỏ là chung 1 cuộn.

Để đảm bảo chiều quấn của 2 cuộn ta có thể đánh dấu 1, 2 cho hai đầu cuộn thứ nhất và 3, 4 cho hai đầu cuộn thứ 2. Nối đầu 2 lần lượt với đầu 3 và 4, dùng 1 kim nam châm

[hoặc la bàn] đặt gần cuộn dây, một bộ nguồn pin được nối với hai đầu còn lại của cuộn dây sau khi đã nối. Bật công tắc nguồn pin, quan sát độ lệch của kim nam châm, nếu kim nam châm lệch nhiều là đúng. Để dảm bảo dẫn điện tốt ta hàn chì mối nối này và băng cách điện. Tiến hành tương tự với cuộn còn lại ta sẽ được hai cuộn dây mỗi cuộn có 2000 vòng. Lắp hai cuộn dây này vào lõi sắt non, lần lượt mắc mỗi cuộn với bộ nguồn pin và kiểm tra cực từ của từng cuộn khi cho dòng điện chạy qua bằng kim nam châm. Đổi đầu nối dây của một trong hai cuộn để đảm bảo cực từ từng cuộn sau khi lắp vào lõi sắt là nối tiếp nhau. Nối cuối cuộn thứ nhất vào đầu cuộn thứ hai, hàn chì, băng cách điện ta được một nam châm điện có tổng số vòng dây quấn là 4000 vòng cùng lõi sắt non có hai đầu lõi sắt cũng là hai từ cực của nam châm này, sau đó gắn lõi sắt lên bảng gỗ. Các bước trên sẽ không cần thiết nếu ta tháo hết các vòng dây và quấn lại từ đầu bằng dây mới có cùng kích cỡ.

- Nối 4 điốt đã chuẩn bị thành mạch cầu như sơ đồ:

Các đầu 1,2 sẽ được nối với nguồn thông qua công tắc và cầu chì, các đầu 3,4 sẽ được nối với 2 đầu còn lại của cuộn dây đã thực hiện phần trên.

- Nối mạch điện gồm cuộn dây lõi sắt, điôt chỉnh lưu, cầu chì, công tắc, dây dẫn đôi, phích cắm theo sơ đồ:

- Hàn chì và băng cách điện các mối nối

- Gắn tấm che những vị trí có phần mạch điện hở [vị trí các điốt] và ta có sản phẩm thiết bị nạp từ sẵn sàng đưa vào sử dụng.

- Chúng ta cần kiểm tra từ cực của thiết bị nạp từ vừa lắp ta cần nối thiết bị với bộ nguồn pin, dùng kim nam châm để xác định cực từ của thiết bị, đánh dấu bằng cách sơn màu xanh đỏ hoặc ghi các chữ cái N, S lên hai đầu của lõi sắt hình chữ U. Để thuận tiện nạp từ sau này ta lưu ý sơn màu xanh, đỏ hoặc ghi chữ cái ngược lại với từ cực của thiết bị [sơn màu đỏ, ghi chữ N cho cực từ Nam của thiết bị sơn màu xanh, ghi chữ S cho cựctừ Bắc của thiết bị]. Với cách đánh dấu như thế khi nạp từ cho 1 nam châm ta chỉ cần đặt nam châm lên thiết bị với cực Bắc, Nam như đã đánh dấu trên thiết bị.

8.3. Sử dụng:

- Chuẩn bị sẵn các nam châm dự tính nạp từ lại, đặt các nam châm nối kín mạch từ của cuộn dây lõi sắt của thiết bị nạp từ theo đúng cực từ được đánh dấu trên thiết bị nạp từ. Với kim nam châm có thể đặt một lần khoảng 5 kim, với nam châm thẳng hoặc nam châm chữ U có thể đặt một lần 2 thanh.

- Cắm phích cắm vào nguồn điện 220V, bật công tắc cho dòng điện chạy qua thiết bị nạp từ.

- Chờ khoảng 30s, tắt công tắc, lấy các nam châm ra khỏi lõi sắt của thiết bị nạp từ.

- Kiểm tra độ mạnh từ tính của các nam châm bằng cách cho chúng hút, đẩy nhau ta sẽ thấy chúng mạnh hơn nhiều so với trước khi nạp từ.

- Tương tự ta tiến hành nạp từ cho các nam châm còn lại

8.4. Bảo quản thiết bị:

- Để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định, lâu dài ta không để dòng điện qua thiết bị vượt quá 3 phút cho mỗi lần nạp từ.

- Sau khi sử dụng cần bảo quản thiết bị trong môi trường thoáng mát, ít bụi.

- Sau thời gian dài không sử dụng cần làm sạch bụi bẩn bằng cọ trước khi sử dụng lại.

8.5. Hiệu quả khi sử dụng thiết bị nạp từ:

- Việc chế tạo và đưa vào sử dụng thiết bị nạp từ đã góp phần tiết kiệm một số tiền không nhỏ khi không cần phải đặt mua thêm các nam châm để thay thế các nam châm cũ, hỏng.

7. Phân tích số liệu/kết quả và thảo luận.

- Sau khi nạp từ tính, có đến 95% số nam châm phục hồi như cũ, 5% còn lại có phục hồi nhưng chưa đạt hiệu quả như mong muốn.

- Thảo luận mặt hạn chế và cách khắc phục hạn chế.

+ Hạn chế: số vòng dây quấn, cỡ dây; chất lượng, kích thước lõi chưa thật sự hoàn hảo đã làm cuộn dây khá mau nóng khi sử dụng, nếu nạp nhiều nam châm cần phải có thời gian nghỉ cho thiết bị.

+ Cách khắc phục: những hạn chế này cũng có thể khắc phục bằng cách tăng số vòng dây một cách thích hợp hoặc tăng thiết diện dây cho các cuộn dây sẽ gúp ta vừa tăng được lực từ của nam châm điện vừa giúp cuộn dây ít nóng hơn.

Việc chế tạo Thiết bị nạp từ tính cho nam châm vĩnh cửu này rất dễ làm, dễ sử dụng, không cần tốn kinh phí mua nhiều vật tư mà mang lại lợi ích lớn. Chúng em thiết nghĩ đây là một việc rất có ích cho nhà trường chúng em nói riêng và nếu ứng dụng rộng rãi trên địa bàn cả nước các nhà trường sẽ tiết kiệm được một khoản tiền khổng lồ.

Vì thời gian nghiên cứu có hạn, trình độ hiểu biết chưa cao, thiết bị thí nghiệm còn hạn chế nên dự án không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong các thầy cô trong Ban giám khảo cùng những người đánh giá góp ý, hướng dẫn để Thiết bị được hoàn thiện hơn.

Chúng em cũng mạnh dạn xin đề nghị các thầy cô giáo, các thành viên trong ban giám khảo, các cấp quản lí có thẩm quyền cho phép dự án của chúng em được ứng dụng vào tất cả các trường trên địa bàn góp phần làm tiết kiệm ngân sách cho nhà nước, góp một phần nhỏ bé vào công cuộc xây dựng đất nước giàu đẹp.

Chúng em xin chân thành cảm ơn.

9. Tài liệu tham khảo

SGK Vật lí ,SGK công nghê , trang web từ tính của nam châm , cấu tạo máy biến áp ,

Quảng khê, ngày 1 tháng 11 năm 2018

Cao Lê Hùng Anh

Video liên quan