demonstracioni ogledi iz fizike

Nada Stani

DEMONSTRACIONI OGLEDI

FIZIKE

34

Recenzenti Dr Sran Raki, profesor na PMF-u u Novom Sadu Milorad Mitrovi, prosvetni savetnik u Ministarstvu prosvete Republike Srbije Biqana Vlai, nastavnik u gimnaziji Laza Kosti u Novom Sadu Urednik Tatjana Bobi Odgovorni urednik Neboja Jovanovi Za izdavaa Prof. dr Rado Qui, direktor i glavni urednik

ISBN 978-86-17-14572-7

PREDGOVOR

Koncipirana kao praktini prirunik za nastavnike Zbirka demonstracionih ogleda iz fizike nastala je u nameri da pomogne planirawe, pripremawe i izvoewe nastave fizike u treem i etvrtom razredu gimnazija prirodno-matematikog, drutveno-jezikog i opteg smera. Zbirka sadri oko 170 demonstracionih ogleda grupisanih po tematskim celinama: 1. Elektromagnetna indukcija 2. Harmonijske oscilacije 3. Naizmenina struja 4. Mehaniki talasi 5. Akustika 6. Elektromagnetni talasi 7. Talasna optika 8. Disperzija i apsorpcija svetlosti 9. Geometrijska optika 10. Optiki instrumenti 11. Toplotno zraewe i kvantna priroda elektromagnetnog zraewa 12. Kvantna svojstva estica i pojam o kvantnoj mehanici 13. Kvantna teorija atoma 14. Fizika vrstog stawa 15. Indukovano zraewe 16. Fizika atomskog jezgra Osim obaveznih demonstracionih ogleda, koji su propisani nastavnim programom fizike za trei i etvrti razred gimnazije, u Zbirci se nalaze i ogledi koje Pravilnik o nastavnom planu i programu gimnazije nije eksplicitno propisao ali su, po autorovoj oceni, poeqni i korisni za savlaivawe programa fizike u ovim razredima. Isto tako, u woj su nali mesto i oni ogledi koji predstavqaju iskorak iz nastavnog programa, a koji se mogu koristiti kao polazna osnova za dodatnu nastavu kao i maturske i istraivake radove uenika. Pri izboru demonstracionih ogleda autor je vodio rauna da u Zbirku uvrsti kako oglede ije izvoewe zahteva upotrebu nastavnih sredstava propisanih Normativom opreme i nastavnih sredstava za gimnazije tako i oglede koji se mogu izvesti sredstvima koja se lako prave ili se lako nabavqaju. Gde god je bilo mogue, a autor smatrao za potrebno, opisano je izvoewe istog ogleda u vie razliitih varijanti, pri emu je predloena i upotreba razliitih nastavnih sredstava.

3

Zbirka je, zbog svega toga, pogodna i za pripremawe redovne i dodatne nastave fizike i u drugim, sredwim i osnovnim, kolama. Kod svakog demonstracionog ogleda, najpre, je nabrojan pribor koji je potreban za izvoewe ogleda, a zatim su, odgovarajuim crteom ili shemom, ilustrovani rasporedi i meusobna veza tog pribora. Iza toga je opisan detaqan tehniki postupak koga treba sprovesti kako bi se u ogledu uoili odreena pojava, efekat, zakonitost ili svojstvo. Svuda, gde je po oceni autora to bilo potrebno, osim tehnikog postupka ponuena su bilo kratka metodska uputstva bilo kratka struna objawewa. Ona nisu obavezujua i ne ograniavaju slobodu nastavnika ve samo pomau da boqe odredi ciqeve koje ogledom treba ostvariti. U eqi da olaka rad nastavnika poetnika kod nekih demonstracionih ogleda dat je detaqan opis pojedinog nastavnog sredstva, istaknute su wegove bitne karakteristike, ukazano je na wegovu drugu moguu upotrebu dok je kod onih ogleda u kojima je predviena upotreba nastavnih sredstava koja se lako prave ili se lako nabavqaju, dato kratko uputstvo za izradu ili sugestija za nabavku. Autor

4

SADRAJPREDGOVOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. ELEKTROMAGNETNA INDUKCIJA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.1. Demonstracija elektromagnetne indukcije uz pomo stalnog magneta . . . . . . . . . . 1.2. Demonstracija EM indukcije uz pomo stalne elektrine struje . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Demonstracija EM indukcije uz pomo naizmenine struje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Demonstracija Lencovog pravila uz pomo stalnog magneta . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5. Demonstracija Lencovog pravila uz pomo stalne elektrine struje . . . . . . . . . . 1.6. Demonstracija samoindukcije i Lencovog pravila uz pomo osciloskopa . . . . . 1.7. Demonstracija samoindukcije uz pomo sijalice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.8. Demonstracija principa rada magnetohidrodinamikog generatora . . . . . . . . . . 13 14 15 16 17 19 21 22

2. HARMONIJSKE OSCILACIJE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.1. Demonstracija harmonijskih oscilacija metodom senke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2. Demonstracija harmonijskih oscilacija uz pomo osciloskopa . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Demonstracija zavisnosti perioda oscilovawa matematikog klatna od mase i duine klatna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Demonstracija prinudnog oscilovawa i mehanike rezonancije . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Demonstracija priguenih oscilacija LC-kola uz pomo osciloskopa . . . . . . . . 2.5.1. Demonstracija priguenih oscilacija LC-kola uz pomo vremenske baze osciloskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.2. Demonstracija priguenih oscilacija LC-kola bez vremenske baze osciloskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Demonstracija nepriguenih niskofrekventnih oscilacija . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7. Demonstracija nepriguenih visokofrekventnih oscilacija . . . . . . . . . . . . . . . . 2.8. Demonstracija prinudnih elektrinih oscilacija i naponske rezonancije. . . . 2.9. Demonstracija prinudnih oscilacija promenom induktivnosti kalema . . . . . . . 2.10. Demonstracija rezonantne krive LC-kola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.11. Demonstracija slagawa oscilacija bliskih frekvencija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.12. Demonstracija slagawa meusobno normalnih oscilacija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 26 27 28 29 29 30 31 32 33 34 35 38 39

3. NAIZMENINA STRUJA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.1. Demonstracija karakteristika naizmeninog napona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2. Demonstracija svojstava termogene otpornosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1. Demonstracija nezavisnosti omske otpornosti od frekvencije . . . . . . . . . 3.2.2. Demonstracija fazne razlike izmeu napona i jaine struje u kolu sa omskom otpornou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3. Demonstracija svojstava kapacitivne otpornosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1. Demonstracija zavisnosti kapacitivne otpornosti od kapaciteta i frekvencije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2. Demonstracija fazne razlike izmeu jaine struje i napona u kolu sa kapacitivnom otpornou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4. Demonstracija svojstava induktivne otpornosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1. Demonstracija zavisnosti induktivne otpornosti od induktivnosti kalema i frekvencije struje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2. Demonstracija fazne razlike izmeu jaine struje i napona u kolu sa induktivnom otpornou. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 42 42 43 44 44 45 46 46 47

5

3.5. Demonstracija rada transformatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1. Demonstracija svojstva transformatora da sniava i poviava napon . . . . . 3.5.2. Demonstracija uloge jezgra u radu transformatora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3. Demonstracija zavisnosti jaine struje primara i sekundara od optereewa transformatora . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48 48 49 50

4. MEHANIKI TALASI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.1. Demonstracija vrsta talasa pomou Zvorikinove talasne maine . . . . . . . . . . . . 4.1.1. Demonstracija progresivnog transverzalnog talasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2. Demonstracija progresivnog longitudinalnog talasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2. Demonstracija transverzalnih talasa na osciloskopu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3. Demonstracija transverzalnih i longitudinalnih talasa pomou magine duge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4. Demonstracija povrinskih talasa na vodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1. Demonstracija oblika talasnih frontova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2. Demonstracija odbijawa povrinskih talasa na ravnim povrinama pomou WSP maine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.3. Demonstracija prelamawa ravnih talasa na vodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5. Demonstracija interferencije mehanikih talasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6. Demonstracija difrakcije mehanikih talasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7. Demonstracija stojeih talasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.1. Demonstracija stojeih talasa na Zvorikinovoj talasnoj maini . . . . . . . 4.7.2. Demonstracija stojeih talasa pomou vibratora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7.3. Demonstracija stojeih talasa pomou magine duge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8. Demonstracija polarizacije mehanikih talasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8.1. Demonstracija vrsta polarizovanih talasa i wihovih svojstava . . . . . . . . 4.8.2. Prevoewe kruno polarizovanih u linearno polarizovane talase . . . . . 51 52 53 54 55 56 57 57 59 60 63 64 64 64 65 67 67 68

5. AKUSTIKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695.1. Demonstracija frekventnog opsega oveijeg sluha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2. Demonstracija vrste zvuka pomou osciloskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3. Demonstracija zvune rezonancije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1. Demonstracija zvune rezonancije pomou zvune viquke . . . . . . . . . . . . 5.3.2. Demonstracija zvune rezonancije vazdunih stubova . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3. Demonstracija zvune rezonancije membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4. Demonstracija funkcije elastine sredine u prenosu zvuka . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5. Odreivawe brzine prostirawa longitudinalnih talasa u metalnim ipkama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6. Odreivawe brzine prostirawa longitudinalnih talasa pomou Kundtove cevi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7. Odreivawe brzine zvuka u vazduhu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8. Demonstracija Doplerovog efekta pomou osciloskopa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8.1. Demonstracija Doplerovog efekta pomou osciloskopa sa iskquenom vremenskom bazom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.8.2. Demonstracija Doplerovog efekta pomou osciloskopa sa ukquenom vremenskom bazom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9. Demonstracija Doplerovog efekta analogija pomou povrinskih talasa na vodi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 71 72 72 72 73 74 75 77 78 80 80 81 82

6

6. ELEKTROMAGNETNI TALASI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 836.1. Demonstracija Bregovog eksperimenta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.2. Demonstracija emisije i detekcije EM talasa pomou elektrostatike maine i osciloskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 6.3. Demonstracija emisije i detekcije EM talasa pomou elektrostatike maine i koherera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 6.4. Demonstracija emisije i detekcije EM talasa pomou Teslinog transformatora i osciloskopa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 6.5. Demonstracija detekcije EM poqa naizmenine struje z gradske mree . . . . . . . . 88 6.6. Demonstracija generisawa, detekcije i svojstava EM talasa pomou Zvorikinovog generatora UVH frekvencija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.6.1. Demonstracija generisawa i detekcije EM talasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 6.6.2. Demonstracija refleksije i interferencije EM talasa . . . . . . . . . . . . . . . . 91 6.6.3. Demonstracija rezonancije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 6.7. Demonstracija odbijawa i prelamawa EM talasa dobijenih iz klistronskog generatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 6.7.1. Demonstracija odbijawa EM talasa dobijenih iz klistronskog generatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 6.7.2. Demonstracija prelamawa EM talasa dobijenih iz klistronskog generatora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 6.8. Demonstracija detekcije radio-talasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.8.1. Demonstracija detekcije radio-talasa diodnim prijemnikom bez izvora i pojaivaa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.8.2. Demonstracija detekcije radio-talasa diodnim detektorom sa cevnim pojaivaem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 6.8.3. Demonstracija detekcije radio-talasa diodnim detektorom sa izlazom na zvunik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 6.9. Demonstracija rada televizijskog kineskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.10. Demonstracija rada TV-kineskopa pomou TV-demonstracionog osciloskopa . . . . 104 6.10.1. Demonstracija rad otklonskog sistema TV-kineskopa . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.10.2. Demonstracija vrednosti frekvencije vertikalne vremenske baze TV-kineskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

7. TALASNA OPTIKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1077.1. Demonstracija interferencije svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.1. Demonstracija interferencije svetlosti na Frenelovoj biprizmi . . . . 7.1.2. Demonstracija interferencije svetlosti na ploicama. . . . . . . . . . . . . . . 7.1.3. Demonstracija interferencije svetlosti na optikom klinu . . . . . . . . . 7.1.3.1. Demonstracija interferencija svetlosti na sapunskoj opni . . . . . . 7.1.3.2. Demonstracija interferencije svetlosti na vazdunom klinu Majkelsonov interferometar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.4. Demonstracija Wutnovih prstenova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2. Demonstracija difrakcije svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1. Demonstracija difrakcije na pukotini-prorezu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1.1. Demonstracija difrakcije na pukotini-prorezu pomou lasera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1.2. Demonstracija difrakcije na pukotini-prorezu pomou halogenske sijalice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 107 109 110 110 111 114 115 115 115 115

7

7.2.2. Demonstracija difrakcije na uskoj prepreci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2.1. Demonstracija difrakcije laserske svetlosti na tankoj ici . . . . 7.2.2.2. Demonstracija difrakcije halogene svetlosti na tankoj niti . . . . 7.2.3. Demonstracija difrakcije na krunoj prepreci . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.4. Demonstracija difrakcije na mnotvu krunih prepreka . . . . . . . . . . . . 7.2.5. Demonstracija difrakcije svetlosti na reetki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3. Demonstracija polarizacije svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.1. Demonstracija polarizacije mikrotalasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2. Demonstracija polarizacije svetlosti prolazom kroz polaroid . . . . . . . 7.3.2.1. Demonstracija polarizacije svetlosti prolazom kroz polaroid prikaz na grafoskopu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2.2. Demonstracija polarizacije svetlosti prolazom kroz polaroid prikaz na optikoj klupi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.2.3. Demonstracija polarizacije svetlosti prolazom kroz polaroid prikaz na displeju digitrona . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3. Demonstracija polarizacije svetlosti refleksijom . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3.1. Demonstracija polarizacije svetlosti refleksijom sa glatkih povrina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.3.2. Demonstracija polarizacije svetlosti refleksijom Brusterov zakon, Brusterov ugao . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.4. Demonstracija polarizovanosti laserskog spona Malusov zakon . . . . . 7.3.5. Demonstracija optike anizotropije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.5.1. Demonstracija dvojnog prelamawa svetlosti na kalcitu . . . . . . . . . . 7.3.5.2. Demonstracija dvojnog prelamawa svetlosti na celofanu . . . . . . . . 7.3.5.3. Demonstracija dvojnog prelamawa svetlosti na tenom kristalu . . . 7.3.5.3.1. Demonstracija dvojnog prelamawa svetlosti na tenom kristalu pomou grafoskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.5.3.2. Demonstracija dvojnog prelamawa svetlosti na tenom kristalu pomou digitrona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.5.3.3. Demonstracija postojawa tvist strukture molekula nematskog tenog kristala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.6. Demonstracija izmene optikih svojstava sredine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.6.1. Demonstracija izmene optikih svojstava izotropnih sredina mehanikim naprezawem izotropnog materijala fotoelastinost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.6.2. Demonstracija izmene optikih svojstava tenog kristala mehanikim naprezawem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.6.3. Demonstracija izmene optikih svojstava tenog kristala dejstvom elektrinog poqa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.6.4. Demonstracija izmene optikih svojstava tenog kristala toplotnim dejstvom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.7. Demonstracija interferencije polarizovane svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.8. Demonstracija optike aktivnosti supstancija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3.8.1. Demonstracija obrtawa ravni polarizacije polariskop . . . . . . . . 7.3.8.2. Demonstracija obrtawa ravni polarizacije polarimetar . . . . . . .

116 116 117 118 119 120 123 123 125 125 126 126 127 127 128 129 130 130 131 133 134 135 135 136

136 137 137 138 139 141 141 142

8

8. DISPERZIJA I APSORPCIJA SVETLOSTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1448.1. Totalna refleksija svetlosti na pravougaonoj prizmi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2. Demonstracija totalne refleksije difuzne svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1. Demonstracija totalne refleksije difuzne svetlosti pomou matiranih staklenih ploa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2. Demonstracija totalne refleksije difuzne svetlosti pomou staklenih ploa i novinske hartije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3. Demonstracija totalne refleksije difuzne svetlosti pomou osciloskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. Demonstracija totalne refleksije simulacija optikog kabla . . . . . . . . . . . . . 8.4. Demonstracija disperzije bele svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5. Demonstracija apsorpcije svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6. Demonstracija anomalne disperzije leda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 145 145 147 148 149 150 151 152

9. GEOMETRIJSKA OPTIKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1549.1. Demonstracija pravolinijskog prostirawa svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2. Demonstracija odbijawa svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1. Demonstracija usmerenog i difuznog odbijawa svetlosti . . . . . . . . . . . . . 9.2.2. Demonstracija odbijawa svetlosti na ogledalima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2.1. Demonstracija odbijawa svetlosti na ogledalima pomou Hartlove ploe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2.1.1. Demonstracija odbijawa svetlosti na ravnom ogledalu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2.1.2. Demonstracija odbijawa svetlosti na cilindrinom ogledalu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2.2. Demonstracija odbijawa svetlosti na ogledalima pomou optike klupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2.2.1. Demonstracija odbijawa svetlosti na ravnom ogledalu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2.2.2. Demonstracija odbijawa svetlosti na sfernom konkavnom ogledalu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3. Demonstracija prelamawa svetlosti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.1. Demonstracija prelamawa svetlosti kroz planparalelnu plou . . . . . . . . 9.3.1.1. Demonstracija prelamawa svetlosti kroz planparalelnu plou pomou Hartlove ploe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.1.2. Demonstracija prelamawa svetlosti kroz planparalelnu plou pomou lasera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.1.3. Demonstracija prelamawa svetlosti kroz planparalelnu plou bez posebnog izvora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.2. Demonstracija prelamawa svetlosti kroz prizmu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.3. Demonstracija prelamawa svetlosti kroz soiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.3.1. Demonstracija prelamawa svetlosti kroz soiva pomou Hartlove ploe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.3.2. Demonstracija prelamawa svetlosti kroz sabirno soivo pomou optike klupe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 159 159 160 160 162 163 164 164 165 166 166 166 167 168 171 172 172 174

9

10. OPTIKI INSTRUMENTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17510.1. Demonstracija optikih svojstava oka. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.1. Demonstracija sposobnosti adaptacije oka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.1.1. Demonstracija sposobnosti adaptacije oka pomou malog otvora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.1.2. Demonstracija sposobnosti adaptacije oka na maloj sfernoj povrini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.1.3. Demonstracija sposobnosti adaptacije oka pomou pribora koji uenici predloe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2. Demonstracija uloge aperturne dijafragme na modelu oka akomodiranog na dowu granicu jasnog vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2.1. Demonstracija uveanih likova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2.1.2. Demonstracija uveanih likova iode na sfernim uglaanim povrinama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2.1.3. Demonstracija uveanog lika iode uz pomo malog otvora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2.1.4. Demonstracija uveanih likova slova. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2.1.5. Demonstracija uveanih detaqa predmeta uz pomo malog otvora. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.3. Demonstracija izgleda lika predmeta na mrewai oka . . . . . . . . . . . . . . 10.1.4. Odreivawe uveawa slike predmeta dobijene pomou malog otvora . . . 10.1.5. Demonstracija detekcije astigmatinog oka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 175 175 176 177 177 179 181 182 183 183 185 187 188

11. TOPLOTNO ZRAEWE I KVANTNA PRIRODA ELEKTROMAGNETNOG ZRAEWA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18911.1. Demonstracija fotoelektrinog efekta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.1. Demonstracija fotoelektrinog efekta na metalnoj ploi . . . . . . . . . . . 11.1.2. Demonstracija fotoelektrinog efekta pomou fotoelije . . . . . . . . . . 11.1.2.1. Demonstracija fotoelektrinog efekta pomou fotoelije i galvanometra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1.2.2. Demonstracija fotoelektrinog efekta pomou fotoelije i osciloskopa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2. Demonstracija fotoakustinog efekta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 189 190 190 192 194

12. KVANTNA SVOJSTVA ESTICA I POJAM O KVANTNOJ MEHANICI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19612.1. Demonstracija optike analogije difrakcije elektrona . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 12.1.1. Demonstracija optike analogije difrakcije elektrona na polikristalima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 12.1.2. Demonstracija optike analogije difrakcije elektrona na monokristalima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

13. KVANTNA TEORIJA ATOMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19813.1. Demonstracija emisionih linijskih spektara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1.1. Demonstracija linijskog spektra vodonika i helijuma . . . . . . . . . . . . . . . 13.1.2. Demonstracija linijskog spektra neona. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1.3. Demonstracija linijskog spektra smee neona i helijuma . . . . . . . . . . . . 198 198 199 200

10

13.1.4. Demonstracija linijskog spektra natrijuma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 13.1.5. Demonstracija linijskog spektra ive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 13.2. Demonstracija apsorpcionih linijskih spektara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

14. FIZIKA VRSTOG STAWA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20514.1. Demonstracija modela metala, izolatora i istih poluprovodnika . . . . . . . . 14.1.1. Demonstracija modela kristalne reetke metala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.2. Demonstracija modela kristalne reetke izolatora . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.3. Demonstracija modela kristalne reetke istih poluprovodnika . . . . 14.2. Demonstracija modela kristalne reetke primesnih poluprovodnika . . . . . 14.2.1. Demonstracija modela kristalne strukture poluprovodnika N-tipa . . 14.2.2. Demonstracija modela kristalne strukture poluprovodnika P-tipa . . . 14.3. Demonstracija svojstava poluprovodnike diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.1. Demonstracija strujno-naponske karakteristike poluprovodnike diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.2. Demonstracija jednotalasnog usmeravawa pomou poluprovodnike diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.3. Demonstracija dvotalasnog usmeravawa pomou poluprovodnike diode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.4. Demonstracija svojstava fotootpornika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.5. Demonstracija svojstava i primene fotoelementa-fotodiode . . . . . . . . . . . . . 205 205 207 207 208 209 209 210 210 211 212 213 214

15. INDUKOVANO ZRAEWE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21615.1. Demonstracija luminiscencije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.1.1. Demonstracija fotoluminiscencije i katodoluminiscencije . . . . . . . . 15.1.2. Demonstracija triboluminiscencije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.1.3. Demonstracija elektroluminiscencije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 216 216 216

16. FIZIKA ATOMSKOG JEZGRA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21716.1. Demonstracija tragova alfa-estica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.1.1. Demonstracija tragova alfa-estica pomou spintariskopa . . . . . . . . . 16.1.2. Demonstracija tragova alfa-estica pomou maglene komore . . . . . . . . . 16.2. Demonstracija detekcije i apsorpcije radioaktivnog zraewa . . . . . . . . . . . . 16.2.1. Demonstracija detekcije i apsorpcije radioaktivnog zraewa pomou brojake cevi POLYDIGIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.2. Demonstracija detekcije i apsorpcije radioaktivnog zraewa pomou Indikatora zraewa ELEKTRODELO-SSSR . . . . . . . . . 217 217 218 219 219 220

LITERATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

11

1. ELEKTROMAGNETNA INDUKCIJA1.1. Demonstracija elektromagnetne indukcije uz pomo stalnog magnetaPotreban pribor: 1. kalemovi demonstracionog transformatora, 2. demonstracioni galvanometar, 3. magnet u obliku ipke, 4. provodnici. Raspored i veza pribora:0 3 5 5 2

1

220

Slika 1.

Postupak u radu: Rasporeujemo pribor prema slici 1. Primicawem magneta kalemu (ili kalema magnetu) izazivamo skretawe kazaqke demonstracionog galvanometra u jednu stranu od nultog podeoka skale. Time pokazujemo pojavu elektromotorne sile (EMS) indukcije odreenog polariteta (smera) koja je nastala poveavawem magnetnog fluksa kroz povrinu navoja kalema. Zaustavqamo magnet (ili kalem). Kazaqka galvanometra se vraa na nulti podeok skale i ilustruje iwenicu da na krajevima kalema nema EMS indukcije jer nije bilo promene magnetnog fluksa. Odmicawem magneta od kalema (ili kalema od magneta) ponovo izazivamo skretawe kazaqke galvanometra, ali sada na drugu stranu od nultog podeoka skale. Na taj nain pokazujemo da je i smawivawe magnetnog fluksa uzrok javqawa EMS indukcije, ali da ova EMS indukcija ima suprotni smer u odnosu na onaj koji je imala EMS indukcije izazvana poveawem fluksa. Periodinim primicawem i odmicawem magneta (ili kalema) ostvarujemo periodinu promenu smera EMS indukcije. Pri tome, kazaqka galvanometra osciluje oko nultog podeoka skale. Ukoliko poveamo brzinu pribliavawa i udaqavawa magneta (ili kalema), amplituda oscilovawa kazaqke postaje vea. Poto poveavawem relativne brzine magneta izazivamo bre promene magnetnog fluksa, mi, zapravo, demonstriramo da je EMS indukcije direktno srazmerna brzini promene magnetnog fluksa. Zamenom postojeeg kalema kalemom sa veim ili mawim brojem navoja i ponavqawem bilo kojeg koraka iz opisanog postupka, pokazujemo da je EMS indukcije direktno srazmerna i broju navoja kalema.

1. Elektromagnetna indukcija

13

1.2. Demonstracija EM indukcije uz pomo stalne elektrine strujePotreban pribor: 1. dva kalema sa jednakim brojem navoja (N 1000), 2. feromagnetno jezgro, 3. izvor jednosmerne struje ( = 12 V), 4. demonstracioni galvanometar, 5. prekida, 6. kalem sa N 2000 navoja 7. provodnici. Raspored pribora i shema veza:2

Slika 2.5 3 1 5 0 5 4

220

220

Postupak u radu: Realizujemo kolo sa slike 2. Na izvoru stalne struje, odgovarajuim preklopnikom, podeavamo vrednost EMS na 4 V, a zatim zatvaramo prekida u strujnom kolu primera. Kazaqka na galvanometru se pomera u jednu stranu od nultog podeoka skale da bi se, odmah potom, vratila na wega. Uenici treba da registruju ne samo otklon kazaqke ve i na koju stranu i do kojeg podeoka se otklon dogaa poto ovi podaci ukazuju na polaritet i vrednost EMS indukcije. Vraawe kazaqke na nulti podeqak ilustruje iwenicu da na krajevima kalema nema EMS indukcije jer se EM indukcija ne dogaa dok kroz kolo primara tee struja stalne jaine. Otvarawem prekidaa, opet, izazivamo kratkotrajni otklon kazaqke galvanometra, ali sada na drugu stranu od nultog podeoka. Poveamo vrednost EMS izvora (npr. na 6 V) pa, zatvarawem i otvarawem prekidaa, pokazujemo da su otkloni kazaqke galvanometra sada vei, tj. pokazujemo da je EMS indukcije srazmerna promeni jaine elektrine struje primara. Da se, osim promenom jaine elektrine struje promena magnetnog fluksa, tj. dobijawe EMS indukcije moe ostvariti i promenom induktivnosti kalema, pokazujemo tako to, posle zatvarawa prekidaa i smirivawa kazaqke, brzo odstrawujemo gorwi, pokretni deo jezgra. Kazaqka galvanometra pomera se na istu stranu od nultog podeoka na koju se ranije pomerala pri otvarawu prekidaa. Vraawem jezgra demonstriramo pojavu EMS suprotnog smera. Uticaj broja navoja kalema (sekundara) na vrednost EMS indukcije demonstriramo zamenom sekundara kalemom sa veim brojem navoja i ponovnim izazivawem EM indukcije na jedan od opisanih naina. Primetno vei otklon kazaqke galvanometra pokazuje da je EM indukcije srazmerna broju navoja kalema.

14

1.3. Demonstracija EM indukcije uz pomo naizmenine strujePotreban pribor: 1. generator funkcija (u nedostatku moe da poslui RC-generator), 2. osciloskop, 3. kalem sa N 1000 navoja, 4. stativ. Raspored pribora: Slika 3.3 4 2

11V cm

1x1kHz

Postupak u radu: Realizujemo raspored i nain povezivawa pribora prema slici 3. Pritiskom odgovarajue tipke na generatoru funkcija, odabiramo jedan od tri mogua oblika naizmeninog signala: sinusni, pravougaoni ili trouglasti. Vrednost frekvencije odabranog naponskog signala biramo po eqi, npr. pritiskamo tipku uz koju se nalazi oznaka 1 kHz, a regulator za podeavawe amplitudne vrednosti napona postavqamo u krajwi poloaj (maksimum). Preklopnik za izbor vrste sinhronizacije osciloskopa postavqamo u poloaj oznaen oznakom AUTO (obezbeuje rad generatora vremenske baze), a preklopnik za izbor vrednosti koeficijenta osetqivosti Y ulaza postavqamo u poloaj koji odgovara vrednosti 1 V/cm. Vrui provodnik sa Y ulaza osciloskopa stavqamo u otvor kalema. U tom poloaju ga, sve vreme dok traje ogled, odravamo kako se izmeu wega i kalema ne bi ostvario kontakt. Ukquujemo generator i osciloskop. Posle nekoliko sekundi, koliko je potrebno osciloskopu da se zagreje, pojavie se na ekranu oscilogram EMS indukcije. Wegov izgled ilustruje iwenicu da je EMS indukcije periodina funkcija vremena. Da oblik oscilograma EMS indukcije zavisi od karaktera promene elektrine struje u kalemu, tj. da zavisi od oblika naizmeninog signala iz generatora, pokazujemo tako to (na generatoru funkcija) odabiramo drugi oblik signala. Frekvenciju, pri tom, ne treba da mewamo. Objawewe koje traimo ili dajemo (zavisno od ciqeva ogleda) je: provodnik sa Y ulaza osciloskopa se nalazi u magnetnom poqu elektrine struje. Poto se struja mewa periodino, periodino se mewa i magnetni fluks. Samim tim, na krajevima provodnika indukuje se periodina EMS. 1. Elektromagnetna indukcija

15

1.4. Demonstracija Lencovog pravila uz pomo stalnog magnetaPotreban pribor: 1. ureaj Petroevskog, 2. prstenasto klatno. Postupak u radu: Ureaj Petroevskog sastoji se od plastinog nosaa 1, slika 4., iji metalni vrh slui kao taka oslonca lakoj metalnoj (najee od aluminijuma naiwenoj) poluzi. Na krajevima poluge nalaze se dva aluminijumska prstena. Prsten 2 je prerezan dok je prsten 2 zatvoren. Brzim primicawem stalnog magneta prstenu 2 pokazujemo uzmicawe prstena praeno obrtawem poluge oko svoje take oslonca. Kako bismo uenicima pokazali da karakter ovog meudejstva (odbijawe) ne zavisi od toga koji pol magneta primiemo prstenu, ogled ponavqamo primicawem wegovog drugog pola. Objawewe koje traimo ili dajemo je: primicawem jednog pola magneta prstenu, izazivamo poveawe magnetnog fluksa kroz wegovu povrinu. To za posledicu ima pojavu indukovane struje pa se prsten ponaa kao magnetni dipol. Istoimeni polovi indukovanog magnetnog dipola prstena i stalnog magneta nalaze se jedan naspram drugog zbog ega na wih deluju odbojne magnetne sile. Udaqavawem magneta od prstena 2 izazivamo primicawe prstena (u rotaciju poluge koju ono ima za posledicu), odnosno demonstriramo dejstvo privlane sile na prsten magnetski dipol. Objawewe privlanog karaktera meudejstva traimo od uenika. Od wih, takoe, traimo da prognoziraju (i obrazloe prognozu) ta e se dogoditi ako se magnet primie, odnosno odmie, od prstena 2. Tek po dobijawu obrazloene prognoze, izvodimo (ili izvoewe preputamo ueniku) ogled i pokazujemo da prsten ostaje nepokretan, tj. pokazujemo da interakcija izostaje.

2

1 2

2

Slika 4.

Slika 5.

Prstenasto klatno, slika 5, sastoji se od nosaa oblika slova G na ijem slobodnom kraju visi, obeen o neistegqivu nit, laki aluminijumski prsten. Pribliavawem stalnog magneta prstenu, demonstriramo uzmicawe prstena posledicu dejstva odbojne magnetne sile, a udaqavawem magneta, demonstriramo primicawe prstena posledicu dejstva privlane sile. Ritmikim pribliavawem i udaqavawem magneta izazivamo prinudno oscilovawe klatna posledicu dejstva prinudne periodine magnetne sile.

16

1.5. Demonstracija Lencovog pravila uz pomo stalne elektrine strujePotreban pribor: 1. stativ, 2. bakarni ili aluminijumski prsten, 3. kalem demonstracionog transformatora, 4. tanka gumena nit, 5. konac, 6. lewir, 7. jarko obojena papirna kazaqka, 8. prekida, 9. izvor stalne struje ( = 30 V), 10. feromagnetno jezgro demonstracionog transformatora, 11. provodnici. Raspored pribora:

1 6

7 0

5 4 2 10 8 9

3

Slika 6.220

1

2 9 8 6 5 7

10

3

0 220

Slika 7.


17

Postupak u radu: Pribor rasporeujemo na jedan od dva prikazana naina, slika 6 i 7. U sluaju da smo pribor rasporedili prema slici 6, zatvarawem prekidaa u kolu kalema i izvora stalne struje, pokazujemo skok prstena nagore. U sluaju rasporeda pribora prema slici 7, zatvarawem prekidaa, pokazujemo otklon prstena ulevo. U oba sluaja, zbog zatvarawa prekidaa, magnetni fluks poqa kalema u prstenu se poveava i uzrokuje pojavu indukovane struje. Prsten se, zbog toga, ponaa kao magnetni dipol. Poto se udaqava od kalema, koji je takoe magnetni dipol, oigledno je da su ti dipoli okrenuti jedan drugom svojim istoimenim polovima. Odbojna sila udaqava prsten od kalema, a samim tim magnetni fluks kroz povrinu prstena slabi. Prema tome, smer indukovane struje je takav da ona svojim magnetnim poqem spreava poveavawe magnetnog fluksa koji ju je izazvao. Izveden iz ravnotenog poloaja delovawem odbojne sile, prsten pod dejstvom restitucionih i otpornih sila poiwe prigueno oscilovawe. Da je oscilovawe posledica pojave indukovane struje u momentu zatvarawa prekidaa (odnosno da je posledica promene magnetnog fluksa), pokazujemo tako to, pri zatvorenom strujnom kolu kalema, prsten, posle umirivawa, preputamo dejstvu magnetnog poqa struje koje protie kroz kalem. Kao pokazateq odsustva indukovane struje, odnosno wenog magnetnog poqa, prsten ostaje u stawu mirovawa. Otvarawem prekidaa demonstriramo trzaj prstena nadole (u sluaju rasporeda pribora kao na slici 6) odnosno, udesno u sluaju rasporeda pribora kao sa slike 7. Time pokazujemo da na prsten-magnetni dipol deluje privlana sila. Privlani karakter sile je uslovqen takvim smerom indukovane struje pri emu ona, svojim magnetnim poqem, spreava smawewe magnetnog fluksa koji ju je izazvao. Nastavnici najee izbegavaju ovakvo demonstrirawe Lencovog pravila jer im je jednostavnije a i atraktivnije da pokau veliki odskok lakog aluminijumskog prstena navuenog na jezgro kalema koji se dogaa u momentu kada kalem prikque na gradsku mreu. Pri obradi nastavne jedinice Lencovo pravilo ne preporuujemo izvoewe ovakve varijante ogleda. Prvi razlog kojim se rukovodimo je sloenost objawewa koje ovakva varijanta zahteva, a drugi razlog je iwenica da uenici, u periodu dok prouavaju elektromagnetnu indukciju, nemaju dovoqno znawa da bi sagledali i razumeli uzroke ponaawa prstena. Pravilno objawewe ponaawa prstena u magnetnom poqu naizmenine struje zahteva znawa i o samoindukciji i o otpornostima u kolu naizmenine struje, a to su jedinice koje programski slede znatno kasnije od jedinice Lencovo pravilo. Pravo, prirodno vreme za izvoewe i analizu varijante ogleda sa naizmeninom strujom jeste vreme kada se vri tematsko ponavqawe naizmenine struje. Preporuujemo nastavnicima da tada, sa uenicima, prvo izvre analizu odgovarajueg misaonog eksperimenta, pa, tek potom, dobijene rezultate testiraju realnim eksperimentom.

18

1.6. Demonstracija samoindukcije i Lencovog pravila uz pomo osciloskopaPotreban pribor: 1. izvor jednosmerne struje (1 = 9 V), 2. elektromagnetni rele (U = 12 V), 3. dva otpornika ije su otpornosti: R1 = 1 k i R2 = 62 k 4. kalem ( N = 1000 navoja) sa jezgrom, 5. izvor naizmenine struje (2 = 12 V, = 50 Hz), 6. osciloskop, 7. ispravqaka dioda (BY 130), 8. provodnici. Shema veza:R1 3 Y - 1 9V 5 2 12 V, 50 Hz 7 4 3 R2

Slika 8.

Slika 9.

Postupak u radu: Realizujemo kolo sa slike 8. Ukquujemo osciloskop pa saekamo da se wegova katodna cev zagreje. Preklopnik za izbor vrste sinhronizacije postavqamo u poloaj AUTO (ukquen generator vremenske baze osciloskopa), a preklopnike za izbor vrednosti koeficijenta vremenske baze i koeficijenta vertikalne osetqivosti osciloskopa postavqamo u poloaje kojima odgovaraju vrednosti 2 ms/cm i 5 V/cm, respektivno. Posle ukquewa izvora jednosmerne i naizmenine struje, ue se zvuk preklapawa releja, a na ekranu osciloskopa pojavie se oscilogram, slika 9. Izgled oscilograma moemo poboqavati podeavawem wegove visine (odgovarajuim regulatorom za kontinualno podeavawe vrednosti koeficijenta vertikalne osetqivosti) i sinhronizacije (regulatorom za kontinualno podeavawe vrednosti koeficijenta vremenske baze). U ciqu objawewa nastanka i izgleda dobijenog oscilograma korisno je pokazati i oscilogram naizmeninog napona izvora u kolu releja, slika 10.a, oscilogram (idealizovani) pulsirajueg napona na krajevima releja, slika 10.b i oscilogram (idealizovani) jednosmernog napona koji uslovqava samoindukciju, slika 10.v. Analizirajui oblik napona na oscilogramu sa slike 10.a (dobijamo ga prikquewem izvora naizmenine EMS na Y ulaz osciloskopa), istiemo bitna svojstva ovog napona promenqivu vrednost i promenqiv polaritet. 1. Elektromagnetna indukcija

19

Poduavamo uenike sledeem: vreme trajawa jednog smera (polariteta) napona saznaje se tako to se meri duina brega ili duina doqe, sinusoide oscilograma (u centimetrima), a izmerena vrednost mnoi vrednou koeficijenta vremenske baze. Pri posmatrawu oscilograma pulsirajueg napona (dobijamo ga kada krajeve releja u kolu naizmenine struje prikquimo na ulaz osciloskopa), uenicima treba da objasnimo da je nestanak veeg dela doqa oscilograma posledica usmerakog svojstva poluprovodnike diode, tj. treba da ukaemo na svojstvo diode da proputa elektrinu struju samo u jednom smeru.

a

b Slika 10.

v

Oscilogram sa slike 10.v (dobijamo ga stavqawem vrueg provodnika sa Y ulaza u vorite izmeu releja i otpornika otpornosti R1 u kolu jednosmerne struje) treba da pratimo objawewem da je za preklapawe releja potrebna neka odreena vrednost napona (razliita od nule), te, zbog toga, vremenski interval, kada jednosmerni napon na izlazu releja postoji, nije jednak vremenskom intervalu kada ne postoji. Tek sada uenici mogu da razumeju oscilogram sa slike 9, odnosno tek sada mogu da razumeju da zatvarawe i otvarawe kola jednosmerne struje pomou releja omoguava naizmenino poveawe i smawewe sopstvenog magnetnog fluksa poqa kalema, tj. omoguava ispuwewe potrebnog uslova da se na krajevima kalema javi, naizmenina po jaini i smeru, EMS samoindukcije. U nedostatku releja, isti ogled moemo pokazati upotrebom generatora funkcija realizujui shemu sa slike 11.a.

Y

D GF

R1R2

a

b Slika 11.

v

Odabirawem (na generatoru) signala pravougaonog oblika, uz istovremeno wegovo ispravqawe pomou poluprovodnike diode, postiemo znatno uproavawe aparature, a samim tim olakavamo razumevawe pojave. U ovom sluaju uenicima, osim oscilograma EMS samoindukcije sa slike 9, pokazujemo jo oscilogram pravougaonog napona iz generatora, slika 11.b i oscilogram ispravqenog pravougaonog napona, slika 11.v.

20

1.7. Demonstracija samoindukcije uz pomo sijalicePotreban pribor: 1. kalem demonstracionog transformatora, 2. feromagnetno jezgro demonstracionog transformatora, 3. sijalica (U = 8 V, I = 2,6 A), 4. izvor stalne struje ( = 12 V), 5. provodnici. Raspored pribora i shema veza:3 4 1 4 220 2 2

3 1

Slika 12. (a, b)

Postupak u radu: Realizujemo raspored pribora sa slike 12.a i nain na koji je pribor meusobno povezan, slika 12.b. Pri otvorenom jezgru transformatora ukquujemo izvor jednosmerne struje koga smo podesili tako da je vrednost wegove EMS mawa od vrednosti dozvoqenog napona za sijalicu, te pokazujemo da sijalica svetli. Jaina svetlosti odreena je vrednou stalne struje koja protie kroz sijalicu, tj. odreena je vrednou EMS izvora i prisutnih otpornosti. Sada polaganim zatvarawem jezgra transformatora izazivamo smawewe jaine svetlosti sijalice. Objawewe koje dajemo (ili traimo od uenika to zavisi od mesta i ciqa ogleda u strukturi odabranog tipa asa) je: sporim zatvarawem jezgra postie se (u jedinici vremena) mala pozitivna promena induktivnosti kalema, odnosno postie se mali porast magnetnog fluksa poqa kalema. To za posledicu ima pojavu EMS samoindukcije (tj. pojavu struje samoindukcije) iji je polaritet suprotan polaritetu EMS izvora. Zbog toga to je ukupna EMS mawa, odnosno ukupna struje kola slabija, sijalica slabije svetli. Posle konanog zatvarawa jezgra pokazujemo da sijalica svetli jainom kojom je svetlela i na poetku ogleda poto se sopstveni magnetni fluks kalema vie ne mewa. Polaganim smicawem pokretnog dela jezgra (otvarawem jezgra) izazivamo pojaavawe svetlosti sijalice, odnosno posredno pokazujemo da kroz kalem protie struja samoindukcije u smeru koji ima i struja iz izvora. Uzrok pojave ove struje samoindukcije je smawewe induktivnosti kalema, odnosno smawewe sopstvenog magnetnog fluksa kalema. Potpunim udaqavawem jezgra pokazujemo da, zbog toga to nema promene sopstvenog magnetnog fluksa, sijalica svetli svetlou stalne jaine. Sve opisano ponavqamo brim kretawem jezgra pri emu izazivamo vee promene jaine svetlosti sijalice. 1. Elektromagnetna indukcija

21

1.8. Demonstracija principa rada magnetohidrodinamikog generatoraPotreban pribor: 1. staklena posuda sa sfernim kanalom, 2. keramiki magnet, 3. dve debqe bakarne ice, 4. demonstracioni galvanometar, 5. izvor jednosmerne struje ( = 20 V, I = 5 A), 6. rastvor plavog kamena u vodi, 7. provodnici, 8. grafoskop. Raspored pribora:1

Slika 13.

1

5

3 6 3 2Slika 14.

Sferni kanal staklene posude, slika 13, napunimo, ve pripremqenim, blagim rastvorom plavog kamena u vodi. U rastvor urawamo i uz zid kanala uvrujemo dve debele bakarne ice, slika 14. Na osvetqenu plou grafoskopa postavqamo mali ali jak keramiki magnet. Posudu sa sfernim kanalom stavqamo na magnet, a rastvor plavog kamena posipamo likopodijumom. Kada na bakarne ice prikquimo izvor jednosmerne struje, na dobro izotrenoj grafoprojekciji uoie se kruno kretawe spora likopodijuma. Diskusiju usmeravamo (ka objawewu pojave) pitawima o vrstama nosilaca naelektrisawa u elektrolitima, o ponaawu nosilaca pozitivnog i negativnog naelektrisawa u elektrinom i magnetnom poqu...

22

Prihvatamo ono objawewe uenika koje sadri tvrdwe: kretawe spora izazivaju joni elektrolita na koje, du sfernog kanala, deluje elektromagnetna Lorencova sila. Traimo od uenika da predvide ta e se dogoditi ukoliko izvrimo izmenu polariteta EMS izvora, a ta ukoliko izmenimo polove magneta pa zatim dobijena predviawa verifikujemo ogledom. Time smo demonstrirali i, istovremeno objasnili princip rada elektromagnetne pumpe. Dok kruno kretawe jona i spora traje, odvajamo provodnike (spajaju elektrode sa izvorom struje) od izvora pa ih brzo prikquujemo na galvanometar, slika 15. Otklon kazaqke galvanometra u jednu stranu od nultog podeoka skale pokazae postojawe kratkotrajne EMS. Ponavqawem ogleda, uz obrtawe polova magneta ili uz izmewen polaritet EMS izvora, ponovo izazivamo, najpre kruno kretawe jona i spora, a zatim, odvajawem provodnika od izvora, otklon kazaqke galvanometra na suprotnu stranu od otklona koji je imala u prethodnom sluaju.

0 1 3 6 5 5 4

2

Slika 15.

Time pokazujemo da se izmeu elektroda javqa EMS koja ima suprotni polaritet od EMS nastale u prethodnom sluaju.


23

2. HARMONIJSKE OSCILACIJE2.1. Demonstracija harmonijskih oscilacija metodom senkePotreban pribor: 1. sijalica u kuitu na kome se nalazi otvor (moe dijaprojektor), 2. centrifugalna maina, 3. metalni disk iz kompleta centrifugalne maine, 4. projekciono platno, 5. papirna skala, 6. kuglica od plastelina (na nosau), 7. kazaqka u obliku strelice. Raspored pribora:

4 5 1 3 6 0

2

Slika 1.

1

Postupak u radu: Centrifugalnu mainu sa diskom postavqamo na put divergentnog snopa svetlosti sijalice, slika 1. Na obod diska uvrujemo vertikalni nosa na kome se nalazi kuglica od plastelina. Razdaqinu izmeu diska i kuita sijalice podeavamo sve dok senka kuglice na projekcionom platnu ne bude dovoqno velika i otra, a zatim, paqivim obrtawem diska, kuglicu dovodimo u takav poloaj da joj se senka nae na nultom podeoku papirne skale (skalu smo prethodno postavili i uvrstili horizontalno, du projekcionog platna). Ako iz ovog poloaja kuglice i diska polako ponemo da obremo disk, pokazaemo da senka kuglice vri harmonijsko oscilovawe du papirne skale. Uenicima ukazujemo na to da se ovakvo kretawe senke kuglice moe opisati kao sinusno harmonijsko oscilovawe bez poetne faze ili kao kosinusno oscilovawe sa poetnom fazom od /2. Ukoliko disk rotiramo bre, pokazaemo umnoavawe senke kuglice. Pri dovoqno velikoj brzini, senka e se razvui u horizontalnu treperavu liniju.

24

Kada, posle zaustavqawa diska, u kuglicu, u pravcu tangente na disk, zabodemo debqu kazaqku iji smo slobodni kraj oblikovali kao strelicu, kazaqka i wena projekcija na platnu, pri polaganoj rotaciji diska, demonstrirae (idealizovani) vektor trenutne brzine, slika 2.a. Ako, zatim, kazaqku zabodemo u kuglicu tako da ima pravac radijusa diska, slika 2.b, projekcija kazaqke, u bilo kom momentu u toku polagane rotacije, simulirae (idealizovano) vektor trenutnog ubrzawa oscilatornogkretawa kuglice.

7

0

0

a. Slika 2.

b.

Poto duina senke strelice prikazuje vrednost trenutne brzine kuglice, odnosno vrednost wenog trenutnog ubrzawa, uenici mogu, posmatrajui strelicu pri prolazu kuglice kroz ravnoteni (ili amplitudni) poloaj, doi do zakquka da su trenutna brzina i trenutno ubrzawe kuglice fazno pomereni za /2.

2. Harmonijske oscilacije

25

2.2. Demonstracija harmonijskih oscilacija uz pomo osciloskopaPotreban pribor: 1. generator funkcija ili RC-generator, 2. osciloskop. Raspored pribora:

2

1x 1V cm

kHz 0.015

0.02

Slika 3.

Postupak u radu: Pribor rasporeujemo prema slici 3. Na generatoru funkcija, pritiskom na tipku za izbor oblika signala, odabiramo sinusni naponski signal. Odgovarajuim regulatorima (za izbor amplitudne vrednosti napona i frekvencije signala) podeavamo: vrednost napona na priblino 3 V, a frekvencije na neku iz intervala od 4 Hz do 8 Hz. Izlazne prikquke generatora spajamo sa Y ulazom osciloskopa. Generator vremenske baze osciloskopa iskquujemo (preklopnik za izbor vrste sinhronizacije postavqamo u poloaj X), a vrednost koeficijenta vertikalne osetqivosti podeavamo na 1 V/cm. Posle ukquewa oba ureaja, na ekranu osciloskopa videe se svetla taka (lik mlaza elektrona u luminoforu) koja vri vertikalno oscilatorno kretawe. Mewawem frekvencije sinusnog naponskog signala demonstriramo oscilatorno kretawe sa veim ili mawim periodom, odnosno sa veom ili mawom frekvencijom, a mewawem amplitudne vrednosti napona signala demonstriramo pojavu veih ili mawih amplituda oscilovawa. Ukoliko vrednost frekvencije signala poveamo iznad 10 Hz, umesto kretawa usamqene take, videe se svetla vertikalna linija. Samo treperewe linije davae do znawa da postoji neka periodinost. Situaciju treba iskoristiti i uenicima objasniti kakav znaaj imaju inertnost oka pri snimawu i posmatrawu pokretnih slika i inertnost luminofora u prikazivawu periodinih i neperiodinih signala. Postavqawem preklopnika za izbor sinhronizacije u poloaj AUTO (ukquewe generatora vremenske baze) pokazujemo kako elongacija ovih oscilacija zavisi od vremena. Na ekranu osciloskopa pojavie se oscilogram oblika sinusoide, koga, ukoliko putuje ekranom, smirujemo uz pomo regulatora za fino sinhronizovawe.

26

2.3. Demonstracija zavisnosti perioda oscilovawa matematikog klatna od mase i duine klatnaPotreban pribor: 1. Atvudova maina, 2. tegovi ije su mase 10 g i 20 g, 3. digitalne toperice. Raspored pribora:

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 10 20 30 40 50 60 70 80

a. Slika 4.

b.

Postupak u radu: Na nosa kotura Atvudove maine, za krajeve wegovog horizontalnog dijametra, slika 4.a, vezujemo dva klatna jednakih duina (npr. 50 cm), a razliitih masa (10 g i 20 g). Telo maine okreemo bonom stranom uenicima, oba klatna izvodimo iz ravnotenog poloaja za istu malu vrednost ugaone amplitude te ih putamo da slobodno osciluju. I bez merewa perioda oscilovawa (uoqivo je sinhrono oscilatorno kretawe tegova) uenici lako registruju da oba klatna imaju jednake periode oscilovawa, odnosno lako registruju da period malih oscilacija matematikog klatna ne zavisi od wegove mase. Verifikaciju, ipak, treba da organizujemo tako to emo, na primer, angaovati dva uenika koji e digitalnim topericama izmeriti vreme trajawa 20 malih oscilacija svakog klatna. Na kraju merewa izvriemo (sa svim uenicima) izraunavawe oba perioda oscilovawa i uporediemo dobijene vrednosti. Posle toga, kao klatna, upotrebqavamo tegove jednakih masa (npr. one sa masom 20 g). Tegove vezujemo za niti tako da wihove duine stoje u odnosu 2:1 (npr. 80 cm : 40 cm), slika 4.b, a zatim ih dovodimo u stawe oscilovawa. Dok oscilovawe traje, bie uoqivo da due klatno osciluje sporije. Verifikaciju zakquka organizujemo, kao i u prethodnom sluaju, merewem. Ako nisu napravqene grube greke pri merewu, odnos naenih vrednosti za ova dva perioda oscilovawa iznosie (priblino) 2 : 1. 2. Harmonijske oscilacije

27

2.4. Demonstracija prinudnog oscilovawa i mehanike rezonancijePotreban pribor: 1. matematika klatna na stativima. Raspored pribora:

4

1

3

2

Slika 5.

Postupak u radu: Na demonstracioni sto postavqamo dva univerzalna stativa kako bismo ih upotrebili kao drae za debqu, dobro zategnutu vrpcu, slika 5. Za vrpcu vezujemo etiri klatna razliitih duina. Klatna su na slici 5 oznaena brojevima. Klatno broj 1 i klatno broj 3 imaju jednake duine. Ceo sistem postavqamo u takav poloaj da uenici mogu da posmatraju ravan normalnu na povrinu u kojoj klatna miruju. Kada klatno broj 3 izvedemo iz ravnotenog poloaja i kada pone da osciluje u ravni normalnoj na ravan u kojoj lee stativi i vrpca, ono e, preko vrpce, delovati periodinom prinudnom silom na ostala klatna. Frekvencija ove prinudne sile imae jednaku vrednost kao i sopstvena frekvencija oscilovawa klatna broj 3, tj., zavisie samo od duine ovog klatna. Posle izvesnog vremena, zbog jednakosti sopstvene frekvencije sa frekvencijom prinudne sile, oscilovae primetnom amplitudom klatno broj 1. Klatna broj 2 i broj 4 oscilovae neznatnim amplitudama. Ukoliko se wihove duine znatno razlikuju od duine klatna broj 3, uenicima e se initi kao da su ona ostala u miru. Zbog toga, preporuujemo da duina klatna broj 2 i broj 4 ne bude mnogo vea (odnosno mnogo mawa) od duine klatna broj 3. Preporuujemo da se za posmatrawe svakog klatna zadui po jedna grupa uenika. Neophodno je da grupe uoe sledee: bez obzira na razliite amplitude, sva klatna imaju jednake frekvencije (na sve wih deluje ista prinudna sila), postoji vremensko kawewe klatna broj 1 u odnosu na klatno broj 3, u momentima kada klatno broj 1 dostie poloaj najvee amplitude, klatno broj 3 prolazi kroz ravnoteni poloaj. Isto tako, neophodno je (voewem) uenika dovesti do zakquka da iz situacije navedene pod takom 3, sledi tvrdwa: u momentu kada se nalazi u amplitudnom poloaju klatno broj 1 deluje na klatno broj 3 najjaom prinudnom silom.

28

2.5. Demonstracija priguenih oscilacija LC-kola uz pomo osciloskopaPotreban pribor: 1. RC-generator, 2. usmeraka dioda, 3. kondenzator kapacitivnosti C = 56 nF (ili kondenzatorska dekada), 4. kalem induktivnosti L = 59 mH sa posebnim feritnim jezgrom, 5. opornik promenqive otpornosti (Rmax = 50 ), 6. osciloskop, 7. otpornik (R1 = 1 k), 8. razvodna tabla, 9. provodnici. 2.5.1. Demonstracija priguenih oscilacija LC-kola uz pomo generatora vremenske baze osciloskopa

2 BY130 RC 1 C 5 3 4 L 6AUTO

R

100 cm

Y

Slika 6.

Postupak u radu: Prema shemi sa slike 6 prikquujemo potreban pribor na odgovarajuu razvodnu tablu. Osciloskop i RC-generator podeavamo za rad na sledei nain: postavqamo preklopnik za izbor vrste sinhronizacije u poloaj koji oznaava ukquen generator vremenske baze (poloaj AUTO), preklopnik za izbor vrednosti koeficijenta vremenske baze u poloaj kojem odgovara vrednost 100 s/cm, preklopnik za izbor vrednosti koeficijenta vertikalne osetqivosti na vrednost 1 V/cm, regulator amplitude napona RC-generatora na oznaku za maksimalnu vrednost (5 V), a regulator frekvencije na oznaku za vrednost 200 Hz. Putawem u rad oba ureaja pokazujemo oscilogram priguenih elektrinih oscilacija. Poboqawe izgleda oscilograma (poveawe amplitude, broja grebena i doqa...) postiemo uz pomo regulatora za kontinualnu promenu koeficijenata vremenske baze i vertikalne osetqivosti osciloskopa. Kako period napona iz RC-generatora iznosi 5 ms, to se u toku vremena od 2,5 ms kondenzator u kolu puni (dioda je provodna). Tokom sledeih 2,5 ms on se, preko kalema, prazni (dioda je neprovodna). Na taj nain kolo zaosciluje sopstvenom frekvencijom svaki put kada je dioda neprovodna to omoguuje trajni zapis oscilograma na ekranu osciloskopa. 2. Harmonijske oscilacije

29

Ukoliko se u kolu nalazi kondenzatorska dekada, promenom wene kapacitivnosti pokazujemo zguwavawe i razreivawe oscilacija, odnosno demonstriramo zavisnost perioda (i frekvencije) priguenih oscilacija od kapacitivnosti kola. Demonstrirawe zavisnosti sopstvene frekvencije kola od induktivnosti kalema (kola) postiemo uvlaewem i izvlaewem feritnog jezgra iz kalema pri emu, opet, dolazi do zguwavawa i razreewa sinusoide-oscilograma. Uticaj omske otpornosti kola na stepen priguewa oscilacija (i na faktor dobrote kola) pokazujemo pomerawem klizaa na otporniku promenqive otpornosti. Potpuno priguewe (izostanak) oscilovawa kola demonstriramo oscilogramom koga izazivamo zamenom ovog otpornika otpornikom mnogo vee otpornosti (1 k). 2.5.2. Demonstracija priguenih oscilacija LC-kola bez generatora vremenske baze osciloskopa

BY130 RC

L C

x

R

XSlika 7.

Y

Postupak u radu: Istim priborom, kao i u ogledu 2.5.1. realizujemo shemu sa slike 7. RC-generator pripremamo za rad na isti nain kao to smo to uradili u ogledu 2.5.1. I na osciloskopu ponavqamo slinu proceduru, samo to preklopnik za izbor sinhronizacije prebacujemo iz poloaja AUTO u poloaj X (time iskquujemo generator vremenske baze). Po ukquewu RC-generatora i osciloskopa na ekranu osciloskopa dobijamo oscilogram u obliku spirale. On predstavqa grafiki prikaz rezultata slagawa dve meusobno normalne, fazno pomerene, priguene oscilacije: elektrinog napona na kondenzatoru i elektrinog napona na kalemu. Napomene: Ako u ogledu koristimo pribor drugaijih karakteristika, pri izvoewu obe varijante ogleda vodimo rauna o sledeem: LC-kolo e generisati oscilacije samo ako vrednost omske otpornosti u wemu ispuwava uslov: L . R 2 C U protivnom, prawewe kondenzatora imae aperiodini karakter. Da bi se na ekranu video zgusnuti oscilogram, vreme puwewa kondenzatora preko diode mora biti znatno due od vremena wegovog prawewa preko kalema, tj. sopstvena frekvencija LC-kola mora biti znatno vea od frekvencije napona iz RC-generatora.

30

2.6. Demonstracija nepriguenih niskofrekventnih oscilacijaPotreban pribor: 1. NPN tranzistor (BC 107), 2. izvor jednosmerne struje ( = 2 V), 3. dva kalema (N1 = 1200 i N2 = 2400), 4. kondenzator (C = 20 F) 5. osciloskop, 6. prekida, 7. provodnici, 8. razvodna tabla. Shema veza:1 2 3 1200 4 510 m cm

AUTO

0.25V cm

3

6

2400

Y

Slika 8.

Postupak u radu: Na razvodnu tablu prikquujemo elemente po shemi sa slike 8. Putamo osciloskop u rad i na wemu vrimo sledea podeavawa: preklopnik za izbor vrste sinhronizacije stavqamo u poloaj sa oznakom AUTO, preklopnik za izbor vrednosti koeficijenta vremenske baze stavqamo u poloaj koji odgovara vrednosti 10 ms/cm, a preklopnik za izbor vrednosti koeficijenta vertikalne osetqivosti u poloaj za vrednost 0,25 V/cm. Na ekranu osciloskopa, du X ose, videe se prava linija. Zatvarawem prekidaa, tj. ukquewem izvora jednosmerne struje na ekranu se javqa sinusoida koju, ako putuje, smirujemo finim podeavawem vrednosti koeficijenta vremenske baze. LC-generator, koji smo realizovali prema datoj shemi, je generator niskofrekventnih oscilacija sa autotransformatorskom povratnom spregom LC-kola i pojaavaa. Frekvencija oscilovawa wegovog izlaznog napona ima vrednost oko 50 Hz. Ako izvre merewe ukupne duine jednog brega i jedne doqe sinusoide i ako oitaju vrednost koeficijenta vremenske baze osciloskopa, uenici mogu, uz nau pomo, da dobiju ovu vrednost frekvencije. Da bi, pri tom, koeficijent vremenske baze osciloskopa iznosio 10 ms/cm, moramo voditi rauna da regulator za wegovu kontinualnu promenu postavimo u kalibrisani poloaj. Napomena: Dva kalema, odgovarajua za ovaj ogled, imamo u kabinetu pod imenom Droseqnaja katuka. Namotaji ovih kalemova imaju istu osnovu. 2. Harmonijske oscilacije

31

2.7. Demonstracija nepriguenih visokofrekventnih oscilacijaPotreban pribor: 1. NPN tranzistor (bilo koji iz serije BF), 2. tri otpornika ije su otpornosti: R1 = 10 k, R2 = 1 k, R3 = 2 k, 3. izvor jednosmerne struje ( = 9 V), 4. visokofrekventna zavojnica (L = (200300) mH), 5. dva kodenzatora promenqive kapacitivnosti (Cmax = 500 pF), 6. osciloskop, 7. kondenzator (C = 0,1 F), 8. razvodna tabla, 9. provodnici. Shema veza:

3

2 R1 C

7

4 1 5AUTO 5 cm 1V cm

6

R2

R3

Y

Slika 9.

Postupak u radu: Realizujemo shemu veza sa slike 9. Ukquujemo generator vremenske baze osciloskopa (preklopnik za izbor vrste sinhronizacije postavqamo u poloaj AUTO) i, odgovarajuim preklopnicima, biramo vrednosti koeficijenta vremenske baze (5 s/cm) i koeficijenta vertikalne osetqivosti (1 V/cm). Ukquujemo izvor jednosmerne struje i obremo rotor kondenzatora promenqive kapacitivnosti sve dok na ekranu ne dobijemo mirnu sinusoidu-oscilogram visokofrekventnih oscilacija. U zavisnosti od toga da li poveavamo ili smawujemo kapacitivnost kondenzatora sinusoida-oscilogram pokazuje smawewe, odnosno poveawe uestanosti. Ocenu vrednosti perioda elektrinih oscilacija koje generie ovaj LC-generator (realizovan kapacitivnom povratnom spregom LC-kola i pojaavaa), za dati poloaj rotora kondenzatora, preputamo uenicima uz instrukciju da je potrebno da (u centimetrima) oitaju vrednost ukupne duine jednog brega i jedne doqe sinusoide i da je pomnoe sa oitanom vrednou za koeficijent vremenske baze (5 s/cm). Da bi oitana vrednost koeficijenta vremenske baze bila istinita, treba da vodimo rauna da se regulator za kontinualnu promenu vrednosti ovog koeficijenta mora nalaziti u kalibrisanom poloaju.

32

2.8. Demonstracija prinudnih elektrinih oscilacija i naponske rezonancijePotreban pribor: 1. RC-generator, 2. kondenzatorska dekada, 3. otpornik promenqive otpornosti (Rmax = 1 k), 4. kalem (L = 5,9 mH), 5. osciloskop, 6. razvodna tabla, 7. provodnici. Shema veza:

3

R

4

L

C 2 Y- 1

RC

Slika 10.

Postupak u radu: U odgovarajue buksne razvodne table prikquujemo elemente prema shemi sa slike 10. Kliza otpornika promenqive otpornosti postavqamo u srediwi poloaj, a kapacitivnost kondenzatorske dekade podeavamo na vrednost 56 nF. Frekventno podruje rada RC-generatora odabiramo tako da se u wemu nalaze frekvencije ije su vrednosti vee od 2 kHz. Amplitudu napona RC-generatora reguliemo postavqawem regulatora amplitude u srediwi poloaj. Ako koeficijent vertikalne osetqivosti osciloskopa podesimo da ima vrednost 1 V/cm pa iskquimo generator vremenske baze, na ekranu osciloskopa e se pojaviti vertikalna linija ija duina simulira dvostruku amplitudu prinudnih elektrinih oscilacija. Finim podeavawem vrednosti koeficijenta vertikalne osetqivosti osciloskopa, duinu linije svodimo na 2 cm, pa, zatim, polako poveavamo frekvenciju izlaznog napona RC-generatora. Duina linije se poveava da bi, pri frekvenciji ija vrednost je oko 10 kHz (sopstvena frekvencija datog LC-kola), dostigla maksimum. Time pokazujemo da je amplituda oscilovawa najvea u sluaju kada je prinudna frekvencija jednaka sopstvenoj frekvenciji kola. Daqim poveawem prinudne frekvencije, duina linije (dvostruka amplituda prinudnih oscilacija) se smawuje. Ogled ponavqamo uz promewenu kapacitivnost dekade, te pokazujemo da se maksimum amplitude napona javqa pri nekoj drugoj frekvenciji prinude. Ukquewem generatora vremenske baze osciloskopa i ponavqawem ogleda, uz istovremeno mewawe otpornosti otpornika, pokazujemo vee ili mawe priguewe oscilacija. 2. Harmonijske oscilacije

33

2.9. Demonstracija prinudnih oscilacija promenom induktivnosti kalemaPotreban pribor: 1. izvor naizmenine struje ( = 30 V, I = 10 A), 2. kalem demonstracionog transformatora, 3. feromagnetno jezgro demonstracionog transformatora, 4. demonstracioni ampermetar, 5. kondenzator (C = 30 F), 6. provodnici. Raspored pribora:41

2

01

3

2 3

220 5

Slika 11.

Postupak u radu: Razmetamo i povezujemo pribor na nain koji pokazuje slika 11. Ukquivawem izvora naizmenine struje i podeavawem vrednosti wegovog napona na 30 V, izazivamo pomerawe kazaqke demonstracionog ampermetra, odnosno pokazujemo da kroz LC-kolo tee elektrina struja. Traimo od uenika da oitaju i zapiu wenu vrednost, a zatim lagano podiemo kalem navie i pokazujemo da vrednost struje postaje vea. Pojaawe struje se dogaa sve dok kalem ne dostigne odreenu visinu. Ako i daqe nastavimo sa podizawem kalema, struja e u kolu slabiti. Kazaqka demonstracionog ampermetra to registruje pomerawem ka nultom podeoku skale. Objawewe koje traimo (ili dajemo) glasi: podizawem kalema smawuje se wegova induktivnost. To izaziva poveawe sopstvene frekvencije LC-kola. Struja se u kolu pojaava poto se vrednost sopstvene frekvencije kola pribliava vrednosti frekvencije prinude. Pojaawe struje traje sve dok vrednost sopstvene frekvencije LC-kola ne postane jednaka vrednosti frekvencije prinude, tj. sve dok ne dostigne 50 Hz. Daqim smawewem induktivnosti, sopstvena frekvencija kola postaje vea od prinudne frekvencije, kolo izlazi iz rezonancije, a struja slabi.

34

2.10. Demonstracija rezonantne krive LC-kolaPotreban pribor: 1. dva tranzistora, T1 i T2 (BC 108), 2. otpornici (R1 = R2 = 1 k, R3 = R4 = R6 = 5,1 k, R5 = 10 k), 3. otpornik promenqive otpornosti R7max = 50 , 4. kondenzatori (C1 = C2 = C5 = 2200 pF, C3 = 0,1 F), 5. kondenzatorska dekada (C4max = 1 F), 6. dve diode, D1 bilo koja usmeraica, D2 bilo koja takasta, 7. visokofrekventna zavojnica (L = 200 mH), 8. elektromagnetni rele, Re, (U = 12 V), 9. izvor stalne struje (U1 = 9 V), 10. izvor naizmenine struje (U2 = 10 V, = 50 Hz), 11. razvodna tabla, 12. osciloskop, 13. provodnici. Shema veza:

T1 C11

T2 C2 R6 A D2 B

R1

R3

R4

R2 L R7 C4 C5

D1

R5 Ui

2

Re

C3

x

X

Y

Slika 12.

Objawewe principa rada mini voblera: Na slici 13. prikazana je blok-shema kompletnog mini voblera kojim demonstriramo rezonantnu krivu LC-kola. Blokovi oznaeni brojevima su: 1 astabilni multivibrator, 2 modulator, 2. Harmonijske oscilacije

35

3 LC-kolo iju rezonantnu krivu demonstriramo, 4 demodulator, 5 osciloskop. Pri puwewu kondenzatora kapacitivnosti C3 (vremenski traje 20 ms) koji se nalazi u kolu modulatora, napon na wegovim krajevima raste skoro linearno sa vremenom. Ova promena potencijala preko otpornika, ije su otpornosti R5, R4 i R3, prenosi se na baze tranzistora u bloku multivibratora.

1 2

3

4

5

Slika 13.

Multivibrator zbog toga, skoro linearno, mewa frekvenciju preklapawa stawa to dovodi do iste takve izmene frekvencije wegovog izlaznog napona Ui. Ovaj napon, ija frekvencija je linearna funkcija vremena, vri prinudu nad oscilatornim kolom te je, zbog toga, napon na krajevima kondenzatora koji ima kapacitivnost C4 (nalazi se u LCkolu) amplitudno modulisan. Amplitudna vrednost napona je najvea kada se frekvencija (prinudnog) napona (Ui) izjednai sa sopstvenom frekvencijom LC-kola. Iza LC-kola se nalazi demodulator. Napon sa wegovog kondenzatora (kapacitivnosti C5) vodi se na Y ulaz osciloskopa. Kod ovog mini voblera kolo za modulaciju istovremeno je i generator vremenske baze, te se na X ulaz osciloskopa vodi elektrini napon sa wegovog kondenzatora kapacitivnosti C3. Postupak u radu: Priprema osciloskopa za prikaz rezonantne krive sastoji se u iskquivawu wegovog generatora vremenske baze (preklopnik za izbor vrste sinhronizacije postavqamo u poloaj X) i postavqawu preklopnika za izbor vrednosti koeficijenata za horizontalnu i vertikalnu osetqivost u poloaje koji odgovaraju vrednostima 1 V/cm. Kada vrednost kapacitivnosti kondenzatorske dekade podesimo na 20 nF a vrednost otpornosti R7 na maksimum i ukquimo osciloskop i oba izvora napajawa mini voblera, na ekranu osciloskopa pojavie se rezonantna kriva sa vie rezonantnih pikova. Pikovi su posledica generisawa harmonika u radu multivibratora pa je potrebno (da ne bi zbuwivali uenike) na ekranu izdvojiti samo deo krive na kojem se nalazi najvii pik. On odgovara osnovnom harmoniku koji ima frekvenciju jednaku sopstvenoj frekvenciji LC-kola.

36

Izdvajawe pika vrimo wegovim horizontalnim pozicionirawem na sredinu mree ekrana. Izgled rezonantne krive, tj. wenu visinu i irinu, poboqavamo finom regulacijom koeficijenata za horizontalnu i vertikalnu osetqivost osciloskopa. Kada smo za datu kapacitivnost LC-kola postigli zadovoqavajui izgled krive, slika 14.v, poveawem kapacitivnosti dekade demonstriramo pomerawe rezonantnog pika ka mawim vrednostima frekvencije. Na ekranu osciloskopa to se manifestuje kao pomerawe pika udesno. Isto pomerawe postiemo i uvlaewem feritnog jezgra u zavojnicu LC-kola. Uticaj omske otpornosti LC-kola na faktor dobrote kola pokazujemo pomerawem klizaa na otporniku ija je otpornost R7. Poveawe otpornosti kola, koje na takav nain postiemo, dovodi do smawewa visine pika rezonantne krive. Da bismo uenicima pokazali kako izgleda amplitudno modulisan visokofrekventni napon na kondenzatoru u LC-kolu pre nego to je izvrena wegova demodulacija, potrebno je da vrui provodnik sa Y ulaza osciloskopa prebacimo iz vorita B, slika 12, u vorite A. Oscilogram ovog napona prikazan je na slici 14.a. Ulogu diode-demodulatora D2 moemo demonstrirati izbacivawem kondenzatora kapacitativnosti C5 i ponovnim postavqawem vrueg provodnika Y ulaza osciloskopa u vorite B. Slika koju tada dobijamo na ekranu prikazana je kao slika 14.b. Poreewem slika 14.b i 14.v i poreewem poloaja vorita koja smo prikquivali na Y ulaz osciloskopa, uenicima postaje jasno da kondenzator u bloku demodulatora vri eliminaciju (filtrirawe) visokofrekventnog napona.

a.

b. Slika 14.

v.

Da bi uenici razumeli kako funkcionie ceo ureaj moraju da imaju bar elementarno znawe elektronike. Poto je kod uenika treeg razreda ono oskudno, potpuno objawewe ostavqamo za dodatnu nastavu ili sekciju. Na asu redovne nastave treba samo da demonstriramo i prodiskutujemo izgled rezonantne krive u funkciji parametara LC-kola, tj. u funkciji omske otpornosti, kapacitivnosti i induktivnosti LC-kola. Druge demonstracije (one koje se odnose na amplitudnu modulaciju, demodulaciju i filtrirawe) moemo da uradimo na asovima redovne nastave pri obradi tematske celine Elektromagnetni talasi.

2. Harmonijske oscilacije

37

2.11. Demonstracija slagawa oscilacija bliskih frekvencijaPotreban pribor: 1. osciloskop, 2. dva RC-generatora, 3. razvodna ploa, 4. provodnici. Raspored i veza pribora:

13.5 x 1k generator funkcije 2-20k

100 /cm

2

AUTO

kHz 3.502 RC

low out

3

Y

Slika 15.

Postupak u radu: Uz pomo odgovarajue razvodne ploe vezujemo na red dva RC-generatora ili (ako su im impedance podjednake) vezujemo na red jedan RC-generator i jedan generator funkcija, slika 15. Krajeve redne veze generatora prikquujemo na Y ulaz osciloskopa iji smo koeficijent vremenske baze podesili na vrednost 100 s/cm odgovarajuim preklopnikom. Preklopnik za izbor vrednosti koeficijenta vertikalne osetqivosti osciloskopa treba da je u poloaju koji odgovara najmawoj vrednosti ovog koeficijenta. Frekvencije izlaznih napona oba RC-generatora podeavamo na vrednost 3,5 kHz, smawujemo amplitude napona (kod prvog generatora do neke proizvoqno male vrednosti, a kod drugog generatora do nule), pa generatore putamo u rad. Ukquujemo osciloskop i ekamo da se na ekranu pojavi oscilogram napona prvog generatora (sinusoida). Poveavawem amplitude izlaznog napona tog generatora (regulatorom amplitude) podeavamo visinu oscilograma tako da bude vidqiv za vie uenika. Ukoliko oscilogram-sinusoida putuje ekranom, smirujemo ga regulatorom za finu sinhronizaciju generatora vremenske baze osciloskopa. Sada, obrtawem regulatora amplitude na drugom RC-generatoru (ili generatoru funkcije), poveavamo vrednost drugog napona sve dok se na ekranu osciloskopa ne pojavi oscilogram pulsirajueg napona. Dubinu amplitudne modulacije, koju postiemo ovim poveawem biramo po voqi. Frekvenciju pulsirawa, takoe, moemo poveavati (odnosno smawivati), poveavawem (odnosno smawivawem) razlike vrednosti frekvencija napona oba generatora. Pri tome je najboqe frekvenciju jednog generatora drati stalno na vrednosti 3,5 kHz, a frekvenciju drugog najpre neznatno poveati, a zatim neznatno smawiti u odnosu na 3,5 kHz.

38

2.12. Demonstracija slagawa meusobno normalnih oscilacijaPotreban pribor: 1. osciloskop, 2. dva RC-generatora, 3. provodnici. Raspored i veza pribora: Slika 16.

X

3.500 kHz

2-20k

3.5

low out

x 1k

X

Y

Postupak u radu: Realizujemo raspored i vezu pribora sa slike 16. (u nedostatku dva RC-generatora, moe jednog da zameni generator funkcija). Ako na osciloskopu iskquimo generator vremenske baze a preklopnike za izbor vrednosti koeficijenta horizontalne i vertikalne osetqivosti postavimo u poloaje sredwe osetqivosti (1 V/cm), kratko vreme posle ukquewa ovog ureaja, na wegovom ekranu videe se svetla taka lik mlaza elektrona u luminoforu. Horizontalnim i vertikalnim pozicionirawem, pomou odgovarajuih regulatora na komandnoj ploi, taku postavqamo u sredinu mree ekrana. Na generatorima odabiramo jednake vrednosti frekvencije (npr. 3,5 kHz) i jednake vrednosti amplituda napona (3 V). Ukquujemo onaj generator koji je u spoju sa X ulazom osciloskopa. Uenicima pokazujemo oscilogram u obliku horizontalne linije, odnosno pokazujemo oscilacije du X-ose mree ekrana. Iskquujemo taj generator, a ukquujemo drugi, te pokazujemo oscilogram-liniju u pravcu Y-ose mree ekrana. Kad ukquimo oba generatora, na ekranu e se pojaviti rotirajua elipsa. Veliinu elipse moemo regulisati regulatorima za kontinualnu izmenu osetqivosti oba ulaza osciloskopa, a brzinu rotacije joj moemo smawivati smawivawem razlike frekvencije napona na generatorima.

Slika 17. Ovo je korisna demonstracija pojave u kojoj se vidi da vrlo male razlike frekvencija meu oscilacijama dovode do istog rezultata kao da je meu oscilacijama vremenski promenqiva fazna razlika, slika 17. 2. Harmonijske oscilacije

39

3. NAIZMENINA STRUJA3.1. Demonstracija karakteristika naizmeninog naponaPotreban pribor: 1. izvor naizmenine struje ( = 12 V, = 50 Hz), 2. otpornik (R = 100 ), 3. demonstracioni voltmetar, 4. osciloskop, 5. provodnici. Raspored i veza pribora:3V0

4

15

1

2m /cm

AUTO

5V/cm

2

Y

Slika 1.

Postupak u radu: Realizujemo raspored i vezu pribora sa slike 1. Postavqamo regulatore za kontinualnu regulaciju vrednosti koeficijenata vremenske baze i vertikalne osetqivosti osciloskopa u poloaje koji odgovaraju wihovim kalibrisanim vrednostima, a preklopnike za stepenastu regulaciju ovih koeficijenata na vrednosti 2 ms/cm i 5 V/cm, respektivno. Preklopnik za izbor vrste sinhronizacije treba da postavimo u poloaj AUTO. Ukquujemo osciloskop i izvor naizmenine struje i saekamo da se na ekranu pojavi oscilogram napona na otporniku. Oscilogram ima oblik sinusoide, slika 2. Visinu sinusoide podeavamo regulatorom za vrednost napona na izvoru sve dok ne zauzme celu visinu mree ekrana. Traimo od uenika da izmere visinu dvostruke amplitude (na slici 2 ona je oznaena sa 2Y0), a zatim da oitaju vrednost koeficijenta vertikalne osetqivosti osciloskopa ky. Istovremeno im dajemo uputstvo da se vrednost amplitude naizmeninog napona na otporniku rauna po izrazu: 2Y U 0 ky 0 . 2

40

Poreewem dobijene vrednosti amplitude napona sa vrednou koju pokazuje demonstracioni voltmetar uimo ih ili dokazujemo (to zavisi od vrste i ciqa asa), da voltmetar pokazuje efektivnu vrednost naizmeninog napona koja je mawa od wegove amplitudne vrednosti. Iz ve odreene amplitudne vrednosti naizmeninog napona, pomou izraza:U U0 2

,

uenici treba da izraunaju wegovu efektivnu vrednost, a zatim da je uporede sa vrednou koju pokazuje voltmetar.

X0 2Y0

Slika 2.

Merewem duine sinusoide (na slici 2 oznaena je sa X0), uz oitavawe vrednosti koeficijenta vremenske baze kt, uenici dobijaju podatke potrebne za raunawe perioda T, odnosno frekvencije naizmeninog napona. Za raunawe koriste relacije: T = ktX0 1 kt X 0

Dobijenu vrednost za frekvenciju napona na otporniku uenici treba da uporede sa vrednou frekvencije izvora i uvere se da, meu wima u granicama eksperimentalne greke, postoji slagawe. Osim demonstracije oblika napona (demonstracije zavisnosti wegove trenutne vrednosti od vremena), demonstracije postojawa amplitudne i efektivne vrednosti napona i nalaewa veze meu ovim vrednostima, demonstracije postojawa perioda, odnosno frekvencije napona, ovakvim ispitivawem karakteristika naizmeninog napona obuavamo uenike da koriste osciloskop kao merni instrument za merewe napona i frekvencije. To znawe i ta obuka olakavaju upotebu osciloskopa u kasnijim i drugaijim demonstracionim ogledima, a istovremeno pripremaju uenike za izvoewe prve laboratorijske vebe: Naponi u RLC-kolu.

3. Naizmenina struja

41

3.2. Demonstracija svojstava termogene otpornostiPotreban pribor: 1. dvopolni preklopnik, 2. sijalica (U = 6 V, I = 0,1 A), 3. RC-generator, 4. izvor jednosmerne struje ( = 12 V), 5. osciloskop, 6. otpornici (R = 1 , 10 , i 100 ), 7. izvor naizmenine struje ( = 12 V), 8. fotodioda, 9. mikroampermetar, 10. provodnici.

3.2.1. Demonstracija nezavisnosti omske otpornosti od frekvencije naizmenine struje Shema veza pribora: 3 5V 1 2 1 P S R 1 2 D A 3 4 RC

Slika 3.

Postupak u radu: Realizujemo shemu veza pribora sa slike 3. Na izvoru jednosmerne struje i na RC-generatoru podeavamo vrednosti napona na 5 V, a za frekvenciju napona RC-generatora odabiramo vrednost 50 Hz. Kada preklopnik na dvopolnom prekidau P postavimo u poloaj 13, svetlost sijalice S ima odreenu jainu. Zbog toga kazaqka mikroampermetra pokazuje fotostruju odreene jaine. Prebacivawem preklopnika u poloaj 24, intenzitet svetlosti sijalice se ne mewa. Kazaqka mikroampermetra se ne pomera to znai da instrument registruje jednaku jainu struje kao i pre preklapawa preklopnika. Time smo pokazali da se vrednost jaine struje u kolu sa omskom otpornou nije mewala, odnosno da izmena frekvencije elektrine struje u kolu od vrednosti = 0 Hz u sluaju jednosmerne, do vrednosti = 50 Hz u sluaju naizmenine struje, nije uslovila promenu omske otpornosti. Zakquak o zavisnosti omske otpornosti od frekvencije napona (struje) traimo od uenika.

42

Kada na RC-generatoru poveavamo vrednost frekvencije naizmeninog napona, poevi od 50 Hz pa nadaqe, svetlost sijalica e i daqe imati istu jainu a kazaqka mikroampermetra e i daqe pokazivati fotostruju iste jaine kao i ranije. To samo potvruje, ve izveden zakquak o nezavisnosti omske otpornosti od frekvencije napona (struje). 3.2.2. Demonstracija fazne razlike izmeu napona i jaine struje u kolu sa omskom otpornou Shema veza: Y- 100 3V 10 Slika 4. X-

Realizujemo kolo sa slike 4. Osciloskop pripremamo tako to iskquujemo wegov generator vremenske baze, a vrednost koeficijenata vertikalne i horizontalne osetqivosti ulaza podeavamo na 1 V/cm i 0,1 V/cm, respektivno. Ukquewem osciloskopa i izvora naizmenine struje (na izvoru odabiramo napon vrednosti oko 3 V) na ekranu osciloskopa javqa se prava linija u pravcu IIII kvadrant. Regulatorima za fino podeavawe vrednosti koeficijenata vertikalne i horizontalne osetqivosti ulaza osciloskopa podeavamo izgled ove prave sve dok ne bude kao na slici 5.

Slika 5. Prava je rezultat slagawa dve meusobno normalne elektrine oscilacije: ukupnog naizmeninog napona kola (priblino je jednak naponu na otporniku otpornosti R = 100 poto je ovaj deset puta vei od napona na omskoj otpornosti R = 10 ) i napona na otporniku otpornosti R = 10 . Kako je ovaj posledwi srazmeran jaini struje koja protie kroz kolo, time, zapravo, demonstriramo da su napon na omskoj otpornosti R = 100 i struja koja protie kroz wega u fazi. 3. Naizmenina struja

43

3.3. Demonstracija svojstava kapacitivne otpornostiPotreban pribor: 1. dvopolni preklopnik, 2. sijalica (U = 6 V, I = 0,1 A), 3. izvor jednosmerne struje ( = 12 V), 4. RC-generator, 5. osciloskop, 6. bipolarni kondenzatori (C1 = 4 F i C2 = 0,1 F), 7. otpornik (R = 100 ), 8. izvor naizmenine struje ( = 12 V), 9. fotodioda, 10. mikroampermetar, 11. provodnici. 3.3.1. Demonstracija zavisnosti kapacitivne otpornosti od kapaciteta i frekvencije Shema veza: 5V 1 2 P S C1=4F Slika 6. A B D A 3 4 RC

Postupak u radu: Realizujemo kolo sa slike 6. Na izvoru jednosmerne struje i na RC-generatoru podeavamo vrednosti jednosmernog i naizmeninog napona na 5 V. Regulator frekvencije napona na RC-generatoru postavqamo na vrednost 1 kHz. Ukquujemo oba izvora i u poloaju preklopnika 13 (odgovara spoju redne veze kondenzatora i sijalice u kolu jednosmernog napona) pokazujemo da sijalica ne svetli. Iskquujemo izvore pa kondenzator kapacitivnosti C1 = 4 F zamewujemo kondenzatorom ija je kapacitivnost C2 = 0,1 F. Ponavqamo isti ogled i pokazujemo da sijalica i daqe ne svetli. Time demonstriramo da je otpornost kondenzatora (bez obzira na vrednost wegove kapacitivnosti) u kolu jednosmerne struje beskonano velika. Da je beskonano velika otpornost kondenzatora stvarni uzrok odsustva struje u kolu sijalice, dokazujemo tako to krajeve kondenzatora (A i B) spajamo obinim provodnikom. Sijalica, u ovom sluaju, svetli. Uklawamo obini provodnik, ponovo zamewujemo kondenzatore i preklopnik prebacujemo u poloaj 24. Sada se u kolu nalazi RC-generator.

44

Sijalica svetli, odnosno mikroampermetar u kolu fotodiode D registruje struju izvesne jaine. Poveavawem vrednosti frekvencije napona RC-generatora pokazujemo da se jaina svetlosti sijalice poveava i da jaine fotostruje u kolu fotodiode raste. Time smo, zapravo, pokazali da je kapacitivna otpornost obrnuto proporcionalna frekvenciji naizmeninog napona. Vrednost frekvencije napona iz RC-generatora, opet, podeavamo na 1 kHz, i traimo od uenika da registruju jainu svetlosti sijalice, odnosno da zabelee vrednost jaine fotostruje. Zamewujemo kondenzatore. Kako novi kondenzator ima kapacitivnost od C2 = 0,1 F, sijalica sada slabije svetli, a mikroampermetar registruje vrlo slabu fotostruju. To je dovoqno za izvoewe zakquka (ili za dokaz ve izreene tvrdwe) o obrnutoj srazmeri izmeu otpornosti kondenzatora i wegove kapacitivnosti u kolu naizmenine struje.

3.3.2. Demonstracija fazne razlike izmeu jaine struje i napona u kolu sa kapacitivnom otpornou Shema veza: Y- C1=4F U = 3V = 50 Hz R = 100 X-

Slika 7.

Slika 8.

Postupak u radu: Realizujemo shemu veza sa slike 7. Na Y ulaz osciloskopa prikquujemo kondenzator kapacitivnosti C1 = 4 F, a na X ulaz otpornik ija je omska otpornost R = 100 . Generator vremenske baze osciloskopa, pri tom, mora biti iskquen. Po ukquewu izvora naizmenine struje, mlaz elektrona katodne cevi osciloskopa ispisivae elipsu. Podeavawem vertikalne i horizontalne osetqivosti osciloskopa elipsu treba da nainimo preglednom, slika 8. Podseamo uenike da je takva elipsa rezultat slagawa dve meusobno normalne elektrine oscilacije koje se fazno razlikuju za /2. Primeweno na datu situaciju re je o slagawu oscilacija elektrinog napona sa kondenzatora i elektrinog napona sa otpornika. Kako je elektrini napon na omskoj otpornosti srazmeran jaini struje u kolu, a u fazi je sa wom, on zapravo simulira jainu struje u kolu, te je oigledno da je fazna razlika izmeu napona na kondenzatoru i jaine struje u kolu kondenzatora /2. 3. Naizmenina struja

45

3.4. Demonstracija svojstava induktivne otpornostiPotreban pribor: 1. dvopolni preklopnik, 2. sijalica (U = 6 V, I = 0,1 A), 3. kalem sa feromagnetnim jezgrom (N = 250 navoja), 4. RC-generator, 5. osciloskop, 6. otpornik otpornosti R = 100 , 7. izvor jednosmerne struje ( = 12 V), 8. izvor naizmenine struje ( = 12 V, = 50 Hz), 9. fotodioda, 10. mikroampermetar, 11. provodnici.

3.4.1. Demonstracija zavisnosti induktivne otpornosti od induktivnosti kalema i frekvencije struje Shema veza: 5V RC 200 Hz

5V

1 2 P

3

4

S L Slika 9.

D

A

Postupak u radu: Realizujemo shemu veza sa slike 9. Na izvoru jednosmerne struje i na RC-generatoru podeavamo napone na vrednost 5 V. Frekvenciju RC-generatora podeavamo na vrednost 200 Hz. Preklapawem preklopnika P u poloaj 13, odnosno uspostavqawem provodne veze u kolu jednosmerne struje pokazujemo, uz pomo svetlosti sijalice S, odnosno otklonom mikroampermetra, postojawe elektrine struje. Preklapawem preklopnika u poloaj 24, tj. uspostavqawem provodne veze u kolu naizmenine struje, pokazujemo da sijalica slabije svetli, odnosno da mikroampermetar pokazuje fotostruju mawe jaine. Da bismo izazvali situaciju u kojoj kalem postaje nepropustan za struju, poveavamo frekvenciju naizmeninog napona na RC-generatoru do one vrednosti pri kojoj, zbog velike vrednosti otpornosti kalema, sijalica prestaje da svetli.

46

Ovim postupcima smo demonstrirali direktnu zavisnost induktivne otpornosti od frekvencije naizmenine struje. Sada treba da vratimo frekvenciju RC-generatora na vrednost 200 Hz i da feromagnetno jezgro polako uvlaimo u kalem, odnosno da kalemu, a samim tim i kolu, poveavamo induktivnost. Svetlost sijalice e postepeno slabiti to ukazuje na to da se poveawem induktivnosti kalema postiglo poveawe induktivne otpornosti, odnosno da se postiglo smawewe jaine struje.

3.4.2. Demonstracija fazne razlike izmeu jaine struje i napona u kolu sa induktivnom otpornou Shema veza: Y- L 3V 50 Hz 100 Slika 10. R X-

Postupak u radu: Realizujemo shemu veza sa slike 10. Postupak koji treba da sprovedemo slian je postupku sprovedenom pri demonstrirawu fazne razlike u kolima sa omskom i kapacitivnom otpornou. Zbog naina prikquivawa na osciloskop i zbog postojawa omske otpornosti samog kalema, ose dobijene elipse na ekranu osciloskopa ne poklapaju se sa osama mree ekrana, odnosno elipsa je malo ukoena i zahvata II i IV kvadrant, slika 11.

Slika 11. Da je u pitawu ista induktivna otpornost u kolu naizmenine struje, elipsa bi, svojom uspravnou, pokazivala da fazna razlika izmeu struje i napona iznosi tano /2. Uenicima to treba objasniti ili, po dobijawu nagnute elipse, traiti da sami objasne uzroke ods

demonstracioni ogledi iz fizike

Documents