Опис експериментів, які можна провести за допомогою набору Amperia

Набір дає можливість експериментувати та самостійно досліджувати явища, які вас цікавлять.
Основи магнетизму
Переконуємось в тому, що постійні магніти завжди мають два полюси, на яких їхні магнітні властивості виражені найсильніше, а також в тому, що два однойменні полюси відштовхуються, а два різнойменні притягуються. Що стосується магнітних матеріалів, таких як залізо чи сталь, то предмети виготовлені з них реагують на магніти - притягуючись до останніх, а предмети виготовлені з немагнітних матеріалів, таких як дерево - на магніти ніяк не реагують.
Переконуємось в тому, що навколо будь-якого магніту існує магнітне поле, силові лінії якого є замкнуті, вони виходять з північного полюсу цього магніту та входять в його південний полюс.
Переконуємось в тому, що електромагніт володіє властивостями магніта лише тоді, коли у його обмотці є струм. У цьому випадку він також має два полюси, північний та південний, та навколо нього існує звичайне магнітне поле.
За допомогою залишкової намагніченості  записуємо простий цифровий сигнал (1 або 0) на звичайні скріпки та зчитуємо його за допомогою магнітометра.
Електричне коло
Переконуємось, що для того, щоб у колі існував електричний струм, потрібно щоб коло було замкнутим і містило щонайменше одне джерело електричного струму. Наявність струму у колі можна виявити за світінням лампи розжарювання.
Вчимося приєднувати у коло амперметр, для визначення сили струму, та вольтметр, для визначення різниці потенціалів на контактах елемента кола. Переконуємось, що сила струму та напруга у колі залежать від вихідних параметрів джерела живлення, кількості та параметрів споживачів електроенергії, а також характеру їхнього підключення.
Переконуємось, що джерело живлення має два різні полюси і електрони можуть рухатись лише від негативного до позитивного полюса, а за напрямок струму прийнято протилежний вектор - від “+” до “-”. У той самий час світлодіод пропускає струм лише в одному напрямку, що дозволяє перевіряти полярність джерела живлення.
Переконуємось, що джерело живлення має два різні полюси і електрони можуть рухатись лише від негативного до позитивного полюса, а за напрямок струму прийнято протилежний вектор - від “+” до “-”. У той самий час світлодіоди пропускають струм лише в одному напрямку, що дозволяє показати відмінність між полюсами джерела живлення.
Визначаємо електрорушійну силу джерела живлення, а також встановлюємо його внутрішній опір.
Переконуємось у тому, що електрична енергія може трансформуватись у інші форми енергії, зокрема у теплову, світлову та механічну, а також енергію звукових хвиль.
Переконуємось, що існують матеріали-провідники та матеріали-діелектрики, перші добре проводять електричний струм, а другі його майже не проводять. Також ми виявили, що різні провідники по різному проводять електричний струм та відрізняються між собою своїм опором.
Опір
Переконуємось, що сила струму у колі залежить від прикладеної напруги та опору цього кола, який, у свою чергу, залежить від опору елементів кола та характеру їхнього підключення.
Перевіряємо закон Ома для ділянки кола за умови сталого опору та переконались, що сила струму у цьому колі прямо пропорційна прикладеній напрузі.
Перевіряємо закон Ома для ділянки кола за умови різного її опору та переконуємось, що сила струму у цьому колі прямо пропорційна прикладеній напрузі та обернено пропорційна опору.
Переконуємось, що існують провідники, наприклад звичайна лампа розжарювання, для якої закон Ома не виконується у дослідженому діапазоні напруг. Виявляємо, що графік вольт-амперної характеристики для лампи має нелінійний вигляд.
З’ясувуємо як із закону Ома можна визначити опір ділянки кола використовуючи амперметр та вольтметр.
З’ясували як із закону Ома можна визначити опір ділянки кола, зокрема представленої високоомним ніхромовим провідником, використовуючи амперметр та вольтметр.
Переконуємось у тому, що опір провідника залежить від таких його характеристик, як: матеріал, з якого він виготовлений, його довжини та площі поперечного перерізу, а також вчимося розраховувати питомий опір матеріалу.
Переконуємось, що опір резистора, під час його нагрівання, дещо збільшується, а опір термістора навпаки - суттєво зменшується.
Переконуємось, що опір мідного провідника за низької температури є малим, а під час підвищення температури провідника до кімнатної температури та температури у близько 100℃ він стає помітно більшим.
Електричний струм у розчинах
З’ясовуємо, що існують речовини-електроліти, які проводять струм у водному розчині, та речовини-неелектроліти, які його не проводять. Серед досліджених речовин чиста вода є неелектролітом, як і цукор, а харчова сода та мідний купорос є електролітами, причому мідний купорос є значно сильнішим електролітом, ніж сода.
Пересвідчуємось, що під час проходження струму через розчин електроліту на електродах відбуваються процеси окиснення аніонів та відновлення катіонів. Зокрема спостерігається руйнування аноду через взаємодію з аніонами та випадання атомарної міді на катоді через взаємодію з катіонами.
Переконуємось, що для системи “розчин купрум(ІІ) сульфату та мідні електроди” при невеликих силі струму та напрузі закон Ома виконується, а для системи “розчин купрум(ІІ) сульфату та графітові електроди” - ні.
Створюємо простий гальванічний елемент з розчину лимонної кислоти та двох електродів: мідного та цинкового, а також визначаємо його ЕРС та його внутрішній опір.
Послідовне та паралельне з’єднання провідників
Перевіряємо закони послідовного з’єднання провідників та переконуємось, що вони виконуються.
Перевіряємо закони паралельного з’єднання провідників та переконуємось, що вони виконуються.
Переконуємось, що при послідовному з’єднанні батарейок напруга у колі буде дорівнювати сумі їхніх напруг, а при паралельному з’єднанні - напруга у колі буде дорівнювати напрузі одного елементу живлення.
Переконуємось, що якщо однакові споживачі електроенергії з’єднати послідовно, напруга на кожному з них буде дорівнювати напрузі джерела живлення поділеному на кількість споживачів, а якщо їх з’єднати паралельно - напруга на кожному споживачі буде дорівнювати напрузі джерела живлення.
Переконуємось, що перший закон Кірхгофа виконується і сума додатних струмів, які надходять до розгалуження, дорівнює сумі від'ємних струмів, які спрямовані від розгалуження.
Переконуємось, що у складніших колах перший закон Кірхгофа також виконується.
Перевіряємо другий закон Кірхгофа.
Окремі елементи електричного кола
Знайомимось з принципами роботи та використання потенціометру - змінного резистора із трьома виводами, один із яких рухомий і використовується як дільник напруги.
Створюємо просте електромагнітне реле та вивчаємо принципи його роботи.
Досліджуємо електромагнітним реле та переконались у тому, що за допомогою цього приладу малий струм може керувати колами із значно більшим струмом, у нашому випадку - на порядок більшим струмом.
Створюємо просту електричну схему, в якій реле контролює вмикання чи розмикання двох кіл: вмикає лампу та вимикає світлодіод, чи навпаки - вимикає лампу та вмикає світлодіод.
Вивчаємо залежність опору фоторезистора від рівня його освітлення, на основі отриманих даних будуємо графік цієї залежності.
Вивчаємо нелінійний напівпровідниковий прилад - випрямний діод, що добре пропускає прямий струм, але лише після “напруги відкривання”, та не пропускає зворотний струм, у діапазоні перевірених нами напруг.
Вивчаємо нелінійний напівпровідниковий прилад - стабілітрон, що пропускає прямий струм, але лише після “напруги відкривання” та, на відміну від випрямного діода, пропускає і зворотний струм, але лише після “напруги пробою”.
Вивчаємо нелінійний напівпровідниковий прилад - світлодіод, що добре пропускає прямий струм, але лише після “напруги відкривання”, та не пропускає зворотний струм, у діапазоні перевірених нами напруг.
Вивчаємо нелінійний напівпровідниковий прилад, а саме біполярнй транзистор npn-типу, один електрод якого, а саме база, дозволяє керувати струмом, що протікає між двома іншими електродами - емітером та колектором.
Вивчаємо вхідну та вихідну вольт-амперні характеристики біполярного транзистора npn-типу.
Вивчаємо вхідну та вихідну вольт-амперні характеристики біполярного транзистора pnp-типу.
Складаємо простий підсилювач струму та переконуємось у тому, що він працює і дійсно значно підсилює вхідний сигнал.
Складаємо схему, яка наочно доводить, що тіло людини є провідником електричного струму.
Складаємо простий прилад, що реагує на зміну рівня освітлення фоторезистора вмиканням чи вимиканням світлодіода. Таку схему можна застосовувати, наприклад, для інформування людей у приміщенні про те, чи на вулиці день чи ніч.
Складаємо простий детектор освітлення, який здатний вмикати джерело світла, якщо приміщення недостатньо освітлене та навпаки вимикати лампу, якщо приміщення освітлене достатньо.
Складаємо простий прилад, який здатний вмикати двигун постійного струму (вентилятор), якщо у приміщенні спекотно та вимикати його, якщо у приміщенні зберігається комфортна температура.
Цифрова електроніка
Вивчаємо принцип роботи логічного вентиля “AND”, складаємо його з простих елементів та перевіряємо на практиці його таблицю істинності.
Вивчаємо принцип роботи логічного вентиля “BUF”, складаємо його з простих елементів та перевіряємо на практиці його таблицю істинності.
Вивчаємо принцип роботи логічного вентиля “NAND”, складаємо його з простих елементів та перевіряємо на практиці його таблицю істинності.
Вивчаємо принцип роботи логічного вентиля “NOR”, складаємо його з простих елементів та перевіряємо на практиці його таблицю істинності.
Вивчаємо принцип роботи логічного вентиля “OR”, складаємо його з простих елементів та перевіряємо на практиці його таблицю істинності.
Вивчаємо принцип роботи логічного вентиля “NOT”, складаємо його з простих елементів та перевіряємо на практиці його таблицю істинності.
Магнітні ефекти струму. Електромагнітна індукція. Трансформатор
Переконуємось, що навколо провідника, у якому є струм, формується магнітне поле, напрям якого залежить від напряму струму у провіднику. Пересвідчуємось, що навколо котушки магнітне поле є суттєво сильнішим, ніж поле навколо прямого провідника.
Переконуємось, що навколо котушки з провідником формується магнітне поле, сила якого залежить від кількості витків провідника.
Переконуємось, що навколо котушки з провідником формується магнітне поле, сила якого прямо залежить від кількості витків провідника, а також сили струму у колі.
Переконуємось у тому, що якщо замкнутий провідник перебуває у змінному магнітному полі або рухається у постійному магнітному полі, у ньому виникає індукційний струм - спостерігається явище електромагнітної індукції.
Пересвідчуємось у існуванні явища самоіндукції, яке полягає у тому, що зміна сили струму у провіднику спричиняє зміну його магнітного поля та створює ЕРС в цьому самому провіднику.
Вивчаємо залежність сили струму у котушці індуктивності від напруги та частоти змінного струму. Виявляємо, що за умови сталої частоти струму його сила лінійно зростає із збільшенням напруги, а за умови сталої напруги - сила струму нелінійно зменшується із збільшенням його частоти.
Вивчаємо залежність сили струму у послідовно та паралельно з’єднаних котушках індуктивності від напруги та частоти змінного струму.
Вчимося визначати індуктивність котушки із закону Ома для змінного струму і кола з індуктивним опором.
Досліджуємо ефективність роботи трансформатора з феритовим осердям, трансформатора без осердя та цього самого трансформатора, але з поміщеним всередину його обмоток сталевим предметом.
Перевіряємо закон Ома для ділянки кола за умови різного її опору та переконуємось, що сила струму у цьому колі прямо пропорційна прикладеній напрузі та обернено пропорційна опору.
Вивчаємо принцип дії трансформатора, який працює на основі явища електромагнітної індукції та ефективність якого залежить від наявності у середині його обмоток феритового осердя.
Запобіжник. Змінний струм
Вивчаємо новий елемент електричного кола, а саме запобіжник, який служить для розриву кола, якщо струм у ньому досягає та перевищує певні гранично допустимі значення.
Принцип роботи плавкого запобіжника
-
Складаємо простий випрямляч струму, який перетворює змінний струм на постійний.
Складаємо просту схему помножувача струму, який не лише випрямляє струм, перетворюючи його зі змінного у постійний, але також і збільшує його напругу у майже два рази.
Дослідження кола з одним діодом за допомогою осцилографа
-
Дослідження кола з діодом та конденсатором за допомогою осцилографа
-
Дослідження простого випрямляча струму за допомогою осцилографа
-
Дослідження простого випрямляча струму з конденсатором за допомогою осцилографа
-
Дослідження випрямляча струму з конденсатором та стабілітроном за допомогою осцилографа
-
Дослідження складної схеми випрямляча струму за допомогою осцилографа
-
Конденсатор. Коливальний контур
Вивчаємо конденсатор та вчимося визначати його електроємність.
Залежність сили змінного струму від його частоти та напруги на конденсаторі
-
Вивчаємо залежність сили струму у послідовно та паралельно з’єднаних конденсаторах від напруги та частоти змінного струму.
Визначаємо ємність конденсатора із закону Ома для змінного струму і кола з ємнісним опором.
Досліджуємо послідовний коливальний контур, який складається із послідовно з’єднаних котушки індуктивності та конденсатора. Також ми досліджуємо амплітудно-частотну характеристику цього контура.
Досліджуємо паралельний коливальний контур, який складається із послідовно з’єднаних котушки індуктивності та конденсатора. Також ми досліджуємо амплітудно-частотну характеристику цього контура.