ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД НА СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗАКОНОВ ОМА И КИРХГОФА

АННОТАЦИЯ

Данная статья посвящена разработке и созданию нового мобильного учебного лабораторного стенда на солнечных элементах для изучения законов постоянного тока.

ABSTRACT

This article is devoted to the development and creation of a new mobile educational laboratory stand on solar cells for studying the laws of direct current.

Ключевые слова: физика, солнечный элемент, практические навыки, законы цепей постоянного тока, лабораторный стенд.

Keywords: physics, solar cell, practical skills, laws of DC circuits, laboratory stand.

Развитие современных технологий требует подготовки специалистов, которые должны вооружиться не только системой научных знаний, но и рядом познавательных и практических навыков. Одной из важнейших научных основ подготовки учащихся является курс физики. Для рационального преподавания физики физический эксперимент, несомненно, играет решающую роль, без чего преподавание предмета неизбежно приводит к формализму и механическому запоминанию. Поэтому действия учителя должны быть направлены на то, чтобы сделать все так, чтобы ученик увидел эксперимент и сделал его своими руками. Это достигается, когда ученики самостоятельно проводят лабораторный физический эксперимент, собирают установки, измеряют физические величины. [4, с.333; 5, с.6].

В последние годы большое внимание уделяется совершенствованию учебного и лабораторного оборудования в средних школах и лицеях [1, с. 31]. При выполнении лабораторных работ учащиеся развивают экспериментальные навыки измерения различных физических величин, обработки и анализа полученных результатов [4, с.333].

Учебные и лабораторные стенды демонстрируют физические явления и законы, подлежащие изучению по данному предмету [4, с.348]. Физический эксперимент имеет преимущество в тех случаях, когда невозможно непосредственно продемонстрировать физические явления как средство прямого наблюдения. Экспериментальный метод направлен на обеспечение процесса усвоения учащимися новых явлений и законов. Использование возможностей физического экспериментирования позволяет наблюдать многие явления, и использование таких лабораторных стендов в школьном курсе физики необходимо для формирования понятий, основанных на восприятии наблюдения у учащихся.

При проведении экспериментов учащиеся развивают экспериментальные навыки, которые включают в себя как интеллектуальные, так и практические навыки. [4, с.334].

Использование уникальных возможностей полупроводниковых фотоэлектрических элементов представляет большой интерес и позволяет разрабатывать и создавать ряд новых образовательных устройств с многофункциональными возможностями для демонстрации физических явлений. Проведение подобных экспериментов позволяет студентам более полно понять суть физических явлений, происходящих в солнечных элементах. С другой стороны, они показывают перспективы и возможности использования солнечных элементов во всех отраслях науки и техники, а также в учебных заведениях технического профиля [1-3].

Целью данной работы является создание мобильного учебного лабораторного стенда для изучения законов постоянного тока и демонстрации возможности использования фотоэлементов (рис. 1).

Рисунок 1. Созданный лабораторный стенд для изучения законов постоянного тока

В состав лабораторного стенда по изучению законов постоянного тока, входит два источника напряжения на солнечных элементах, источник регулируемого постоянного напряжения, амперметр, вольтметр, набор постоянных резисторов, индикаторы на светодиодах и кнопки. Соединение элементов осуществляется проводами. Ток вырабатываемый солнечными элементами при комнатном освещении вполне достаточно для работы светодиодов и проверки законов постоянного тока. Также предусмотрен источник регулируемого источника питания на аккумуляторах который имеет диапазон в пределах от 0 до 10 вольт. Зарядка осуществляется от внешнего источника питания и имеет продолжительность работы около 50-100 часов. Вы также можете использовать цифровой тестер для измерения токов и напряжений в цепи.

Закон Ома для участка цепи, который не содержит источника ЭДС, гласит: падение напряжения в участке с сопротивлением R пропорционально сопротивлению и величине тока, проходящего через эту цепь:

 (1)

Если значение сопротивления резистора не зависит от тока, протекающего через него, то такой резистор называется линейным, а электрическая цепь, состоящая только из таких резисторов - линейной резистивной. Вольт амперная характеристика такого элемента (ВАХ) представляет собой линейную функцию, проходящую через начало координат. Приведенный выше закон позволяет рассчитать напряжение и ток для простейших электрических цепей.

Для экспериментальной проверки закона Ома для участка цепи можно исследовать линейность вольт амперной характеристики постоянного резистора.

Схема для исследования и вольт амперные характеристики для различных значений постоянного резистора приведены на рис. 2 и рис. 3 соответственно.

Рисунок 2. Схема для исследования вольт амперных характеристик постоянного резистора

Рисунок 3. Вольт амперные характеристики для различных значений постоянного резистора

Результаты исследования линейности вольт амперной характеристики постоянного резистора приведены в таблице 1.

Таблица 1.

 Результаты исследования линейности вольт амперной характеристики постоянного резистора

Первый закон Кирхгофа можно сформулировать так: алгебраическая сумма токов в узле (узловой точке) равна нулю.

 (2)

Для проверки первого закона Кирхгофа, можно собрать схему на рис. 3. Для измерения значения тока в ответвлениях, амперметр подключается на соответствующую ветвь. Амперметр должен быть включен значком «*» к узлу.

Рисунок 4. Схема для проверки первого закона Кирхгофа

Таблица 2.

Значения входных и выходных токов входящих в узел при различных напряжениях.

Согласно второму закону Кирхгофа, в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме напряжений на всех резистивных элементах цепи.

 (3)

Для проверки второго закона Кирхгофа, можно собрать схему на рис. 4. Полярность "*" вольтметра всегда должно указывать, например, на основание стрелки, по которой производится обход контур рис. 4.

Рисунок 4. Схема для проверки второго закона Кирхгофа

Подготовив урок "Изучение законов Ома и Кирхгофа" с использованием разработанного лабораторного стенда на солнечных элементах, вы можете быть уверены, что ученикам будет интересно и комфортно на уроке, каждый сделает посильную задачу, проверит в свои силы и возможности. Полученные навыки самостоятельного экспериментирования помогут учащимся более активно участвовать в планировании и проведения опытов. Преподавателю остаётся только поставить перед учащимся задачу, а пути ее решения они находят самостоятельно. Ведь известно, что способности проявляются и развиваются в деятельности, особенно когда она включает коммуникативный, познавательный и предметно - практический компоненты[4, с.348].

Список литературы:

1. Бахадырханов М.К., Курбанова У.Х., Сатторов А.А., Рахмонов Б.Р., «Разработка и создание принципиально новых учебных лабораторных приборов с использованием физических возможностей фотоэлементов» // Журнал «Высшая школа». №2, 2019 – с.31-34.
2. Курбанова У.Х., Сатторов А.А., Рахмонов Б.Р., «Новые учебные приборы демонстрирующие физические возможности фотоэлементов» // “Congres abstract book” конференция. 2018 – с.260-261.
3. Kurbonova U.Kh., Sattorov A.A., Rakhmonov B.R. New education devices demonstrating the functionality possibilities of photocells. // European Journal of Research and Reflection in Educational Sciences. – Green Britain, 2020. Vol.8,- №2.-pp. 204-208.
4. Теория и методика обучения физики в школе. Общие вопросы. Под редакцией С.Е.Каменецкого и Н.С.Пурышевой. Издательский центр «Академия», 2000.-368с.
5. Qurbonov M. Fizikadan namoyish eksperementlarining uslubiy funksiyalarlarini kengashning nazariy asoslari. // Monografiya. - Toshkent: Fan. 2008. – 118b.