Chế tạo thiết bị nạp từ cho nam châm phục vụ công tác giảng dạy

1 Phòng GD – ĐT Chợ Mới CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường THCS Thị Trấn Chợ Mới Độc lập - Tự do - Hạnh phúc -------- ------------- SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Đề tài: CHẾ TẠO THIẾT BỊ NẠP TỪ CHO NAM CHÂM PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIẢNG DẠY Người viết: Phan Trọng Nghĩa Đơn vị: Trường THCS Thị Trấn Chợ Mới I. MỤC ĐÍCH: - Phần Điện từ học là một nội dung học quan trọng trong chương trình môn Vật Lý. Ở cấp THCS phần Điện từ học nằm ở chương trình Vật lý 7 và Vật Lý 9. Do đặc trưng bộ môn, các thí nghiệm biểu diễn của giáo viên hoặc các thí nghiệm của các nhóm học sinh là thành phần không thể thiếu trong các tiết dạy Vật lý - phần Điện từ trong chương trình Vật lý THCS cũng không ngoại lệ. Tuy nhiên do chất lượng ban đầu, do quá trình bảo quản sử dụng nhiều nam châm không giữ được từ tính ban đầu, hoặc bị yếu đi nhiều hoặc bị mất từ tính thậm chí bị nhiễm từ ngược lại so với ban đầu dẫn đến sự thành công của các thí nghiệm về điện từ bị đe doạ nghiêm trọng. Đây thật sự là vấn đề cấp thiết cần giải quyết vì thí nghiệm không thành công hoặc diễn ra không như ý muốn sẽ dẫn đến sự mất tin tưởng vào kiến thức được cung cấp hoặc không thể tự mình khám phá kiến thức nên mất hứng thú trong học tập bộ môn, không chỉ chất lượng bộ môn bị ảnh hưởng mà uy tín của giáo viên cũng bị ảnh hưởng. - Sau quá trình tìm hiểu thực trạng đồ dùng dạy học được cấp cả cũ và mới, tôi đã tìm ra giải pháp để phục hồi từ tính, làm mạnh hơn từ tính, điều chỉnh cực từ cho đúng của các nam châm được cấp đó là chế tạo thiết bị nạp từ dựa trên tác dụng từ của dòng điện bằng các thiết bị có sẵn ở phòng thiết bị trường học với chi phí không cao, sử dụng dễ dàng, thuận tiện, lâu dài. - Việc chế tạo thiết bị nạp từ cho nam châm đã giải quyết một cách chủ động vấn đề mất từ tính, yếu từ tính... của các nam châm được cấp nhờ thế cũng giải quyết được vấn đề chất lượng giảng dạy bộ môn ở phần Điện từ học. Cách chế tạo thiết bị nạp từ không quá phức tạp, nguyên vật liệu rẻ tiền, dễ tìm cùng với việc sử dụng dễ dàng nên tất cả các trường đều có thể tự làm thiết bị nạp từ cho đơn vị mình. Việc sử dụng thiết bị nạp từ góp phần tiết kiệm kinh phí mua sắm mới các nam châm bằng cách phục hồi từ tính của các nam châm cũ. Có thể nói thiết bị nạp từ mang lại nhiều hiệu quả tích cực và lâu dài. II. CĂN CỨ KHOA HỌC: 2 1. Thực trạng ban đầu của vấn đề: Trường THCS Thị Trấn Chợ Mới là một trường lớn trong huyện, thiết bị dạy học cũng được phần nào ưu tiên khi cấp mới nên có thể nói về số lượng thiết bị dạy học thì trường có khá đầy đủ so với những trường khác trong huyện. Môn Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm, việc sử dụng thiết bị, đồ dùng dạy học trong các tiết dạy là thường xuyên nên số lượng đồ dùng dạy học môn Vật lý vì thế cũng nhiều hơn các môn khác. Riêng các loại nam châm, bao gồm la bàn, kim nam châm có đế, nam châm thẳng, nam châm chữ U cũng được cung cấp khá đầy đủ. Qua khảo sát: - Đối với các kim nam châm: Khi mới được cấp từ tính của kim nam châm, màu cực từ đảm bảo được sự định hướng trong từ trường Trái Đất với tỉ lệ 100% , qua quá trình sử dụng, bảo quản số kim nam châm đảm bảo được yêu cầu trên sụt giảm còn dưới 30% - Đối với bộ nam châm thẳng, nam châm chữ U dành cho khối 9: Khi mới được cấp các nam châm đảm bảo được cực từ đúng theo màu và tên cực từ được in sẵn nhưng từ tính của các thanh nam châm nhìn chung là yếu đặc biệt là những nam châm chữ U, qua quá trình sử dụng, bảo quản số nam châm còn giữ được đúng cực từ là khoảng 50%, từ tính của đa số nam châm là rất yếu, một số nam châm không còn từ tính. - Đối với bộ nam châm thẳng và nam châm chữ U dành cho khối 7: Khi mới được cấp chỉ đảm bảo đúng tên cực từ còn từ tính thì rất yếu, qua quá trình sử dụng, bảo quản đa số các nam châm hoặc đã mất từ tính hoặc đã nhiễm từ ngược lại từ cực được ghi. Thực trạng trên dẫn đến các giáo viên, học sinh hoặc làm thí nghiệm không thành công hoặc kết quả thí nghiệm không chính xác. Dần dần giáo viên ngại sử dụng các nam châm này trong giảng dạy dẫn đến nguy cơ dạy chay, chất lượng bộ môn Vật lý trong phần điện từ học cũng bị ảnh hưởng xấu. 2. Biện pháp giải quyết: a) Chế tạo thiết bị nạp từ: Dựa trên tác dụng từ của dòng điện, ta sẽ tiến hành chế tạo thiết bị nạp từ (thực chất là một nam châm điện có từ cực xác định) dùng nguồn điện xoay chiều 220V thông qua bộ chỉnh lưu bằng các điốt được lắp thành mạch cầu để trở thành dòng 1 chiều có hiệu điện thế 220V cung cấp cho cuộn dây có số vòng thích hợp (khoảng 4000-5000 vòng) nhằm tạo ra một nam châm điện mạnh đủ sức làm nhiễm từ các thanh nam cũ bị mất từ tính. a1. Các thiết bị, vật tư cần có: - 2 cuộn dây đồng loại 1000 + 1000 vòng (đây là các cuộn dây đồng thuộc các bộ thiết bị được cấp trước đây đã lâu ) 3 Nếu không, có thể dùng các cuộn dây đồng loại 4000 vòng hoặc nhiều hơn trong bộ thiết bị máy biến thế (lưu ý 2 cuộn phải có cùng số vòng và cỡ dây). - 1 lõi sắt non hình chữ U (được ghép bằng những lá sắt non) có thể nằm khít trong lòng các ống dây (đây là lõi sắt trong bộ thiết bị đã cấp trước đây đã lâu) Nếu dùng các cuộn dây trong bộ biến thế mới, ta có thể dùng luôn lõi sắt của bộ này. - 1 công tắc loại 250V - 5A ( công tắc đèn loại thông dụng) - 1 cầu chì - 4 điôt loại lớn - 2 m dây đôi có bọc cách điện - 1 phích cắm 4 - Chì hàn, băng keo cách điện, ốc vít ... a2. Lắp thiết bị nạp từ: - Nối cuộn 1 và cuộn 2 trên mỗi cuộn kép thành một cuộn duy nhất sao cho chúng có cùng chiều quấn. Nối 2 cuộn kép đã nối nối tiếp nhau một lần nữa sao cho chúng có cùng chiều quấn. Điều này rất quan trọng vì nếu ta nối không đúng từ trường của cuộn dây sẽ bị triệt tiêu. Để phân biệt hai cuộn riêng biệt trong một cuộn dây kép có 4 đầu dây ra ta có thể dùng đồng hồ vạn năng đặt ở chế độ đo điện trở, hai đầu dây có điện trở nhỏ là chung 1 cuộn. Để đảm bảo chiều quấn của 2 cuộn ta có thể đánh dấu 1, 2 cho hai đầu cuộn thứ nhất và 3, 4 cho hai đầu cuộn thứ 2. Nối đầu 2 lần lượt với đầu 3 và 4, dùng 1 kim nam châm (hoặc la bàn) đặt gần cuộn dây, một bộ nguồn pin được nối với hai đầu còn lại của cuộn dây sau khi đã nối. Bật công tắc nguồn pin, quan sát độ lệch của kim nam châm, nếu kim nam châm lệch nhiều là đúng. Để dảm bảo dẫn điện tốt ta hàn chì mối nối này và băng cách điện. Tiến hành tương tự với cuộn còn lại ta sẽ được hai cuộn dây mỗi cuộn có 2000 vòng. Lắp hai cuộn dây này vào lõi sắt non, lần lượt mắc mỗi cuộn với bộ nguồn pin và kiểm tra cực từ của từng cuộn khi cho dòng điện chạy qua bằng kim nam châm. Đổi đầu nối dây của một trong hai cuộn để đảm bảo cực từ từng cuộn sau khi lắp vào lõi sắt là nối tiếp nhau. Nối cuối cuộn thứ nhất vào đầu cuộn thứ hai, hàn chì, băng cách điện ta được một nam châm điện có tổng số vòng dây quấn là 4000 vòng cùng lõi sắt non có hai đầu lõi sắt cũng là hai từ cực của nam châm này, sau đó gắn lõi sắt lên bảng gỗ. Các bước trên sẽ không cần thiết nếu ta tháo hết các vòng dây và quấn lại từ đầu bằng dây mới có cùng kích cỡ. - Nối 4 điốt đã chuẩn bị thành mạch cầu như sơ đồ: Vị trí nối Hai đầu dây 1 1 5 Các đầu 1,2 sẽ được nối với nguồn thông qua công tắc và cầu chì, các đầu 3,4 sẽ được nối với 2 đầu còn lại của cuộn dây đã thực hiện phần trên. - Nối mạch điện gồm cuộn dây lõi sắt, điôt chỉnh lưu, cầu chì, công tắc, dây dẫn đôi, phích cắm theo sơ đồ: - Hàn chì và băng cách điện các mối nối - Gắn tấm che những vị trí có phần mạch điện hở (vị trí các điốt) và ta có sản phẩm thiết bị nạp từ sẵn sàng đưa vào sử dụng. 2 3 4 2 3 4 220V 6 a3. Kiểm tra, đánh dấu cực từ của thiết bị nạp từ: Trước khi đưa vào sử dụng ta cần kiểm tra từ cực của thiết bị nạp từ vừa lắp ta cần nối thiết bị với bộ nguồn pin, dùng kim nam châm để xác định cực từ của thiết bị, đánh dấu bằng cách sơn màu xanh đỏ hoặc ghi các chữ cái N, S lên hai đầu của lõi sắt hình chữ U. Để thuận tiện nạp từ sau này ta lưu ý sơn màu xanh, đỏ hoặc ghi chữ cái ngược lại với từ cực của thiết bị (sơn màu đỏ, ghi chữ N cho cực từ Nam của thiết bị sơn màu xanh, ghi chữ S cho cực từ Bắc của thiết bị). Với cách đánh dấu như thế khi nạp từ cho 1 nam châm ta chỉ cần đặt nam châm lên thiết bị với cực Bắc, Nam như đã đánh dấu trên thiết bị. b. Sử dụng: - Chuẩn bị sẵn các nam châm dự tính nạp từ lại, đặt các nam châm nối kín mạch từ của cuộn dây lõi sắt của thiết bị nạp từ theo đúng cực từ được đánh dấu trên thiết bị nạp từ. Với kim nam châm có thể đặt một lần khoảng 5 kim, với nam châm thẳng hoặc nam châm chữ U có thể đặt một lần 2 thanh. - Cắm phích cắm vào nguồn điện 220V, bật công tắc cho dòng điện chạy qua thiết bị nạp từ. - Chờ khoảng 30s, tắt công tắc, lấy các nam châm ra khỏi lõi sắt của thiết bị nạp từ. - Kiểm tra độ mạnh từ tính của các nam châm bằng cách cho chúng hút, đẩy nhau ta sẽ thấy chúng mạnh hơn nhiều so với trước khi nạp từ. - Tương tự ta tiến hành nạp từ cho các nam châm còn lại. 7 - Đối với các la bàn có kim nam châm bị sai từ cực ta phải tháo vỏ la bàn (cần cẩn thận tránh làm vỡ nắp la bàn bằng nhựa trong), lấy kim nam châm ra và tiến hành điều chỉnh cực từ theo yêu cầu sau đó lắp lại kim nam châm vào vỏ la bàn. Công việc nạp từ cho các nam châm có thể thực hiện vào ngày trước khi có tiết dạy, hoặc vào tiết trống trước đó. Người nạp từ có thể là cán bộ thiết bị có chuyên môn Vật lý hoặc chính giáo viên giảng dạy. c. Bảo quản thiết bị: - Để đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định, lâu dài ta không để dòng điện qua thiết bị vượt quá 3 phút cho mỗi lần nạp từ. - Sau khi sử dụng cần bảo quản thiết bị trong môi trường thoáng mát, ít bụi. - Sau thời gian dài không sử dụng cần làm sạch bụi bẩn bằng cọ trước khi sử dụng lại. 3. Hiệu quả khi sử dụng thiết bị nạp từ: - Đối với cá nhân tôi việc chế tạo được thiết bị nạp từ cho nam châm đã chứng minh được rằng bằng sự cố gắng tìm tòi, sáng tạo, biết vận dụng kiến thức bộ môn ta hoàn toàn có thể khắc phục dược những khó khăn trên con đường mang tri thức đến cho học sinh thân yêu và là cơ sở cho những sáng kiến kinh nghiệm sau này. Với học sinh, việc sử dụng thiết bị nạp từ giúp cho các em tránh được những tiết dạy chay ở phần Điện từ học từ đó hứng thú hơn trong học tập, việc thầy cô chế tạo và sử dụng thiết bị nạp từ để nạp từ cho các nam châm cũ sẽ cho các em thấy rõ hơn rằng kiến thức mà các em được truyền thụ trên lớp đang được ứng dụng một cách cụ thể như thế nào. Với tổ chuyên môn việc chế tạo và sử dụng thiết bị nạp từ đã giúp việc giảng dạy các bài có liên quan thuận lợi hơn rất nhiều và là kinh nghiệm quý báu để các thành viên trong tổ có những cải tiến hoặc chế tạo mới các thiết bị để phục vụ ngày càng tốt hơn. Sau 1 năm sử dụng, thiết bị nạp từ đã góp phần nâng cao chất lượng bộ môn, đặc biệt chất lượng các bài kiểm tra có kiến thức liên quan đến nam châm. Cụ thể: Ở khối 7 Xếp loại theo số điểm kiểm tra GIỎI KHÁ TRUNG BÌNH YẾU KÉM Trước khi dùng thiết bị nạp từ 15% 22% 60% 3% Sau khi dùng thiết bị nạp từ 27% 40% 23% Ở khối 9 Xếp loại theo số điểm kiểm tra GIỎI KHÁ TRUNG BÌNH YẾU KÉM Trước khi dùng thiết bị nạp từ 20% 24% 52% 4% Sau khi dùng thiết bị 31% 25% 44% 8 nạp từ - Đối với trường THCS Thị Trấn Chợ Mới, việc chế tạo và đưa vào sử dụng thiết bị nạp từ đã góp phần tiết kiệm một số tiền không nhỏ khi không cần phải đặt mua thêm các nam châm để thay thế các nam châm cũ, hỏng. - Việc chế tạo thiết bị nạp từ chỉ bằng những thiết bị có sẵn, rẻ tiền cũng có những hạn chế nhất định như: + Hình thức không bắt mắt. + Số vòng dây quấn, cỡ dây; chất lượng, kích thước lõi chưa thật sự hoàn hảo đã làm cuộn dây khá mau nóng khi sử dụng. Tuy nhiên những hạn chế này cũng có thể khắc phục: + Về hình thức tùy sự sáng tạo của giáo viên. + Tăng số vòng dây một cách thích hợp cho các cuộn dây sẽ gúp ta vừa tăng được lực từ của nam châm điện vừa giúp cuộn dây ít nóng hơn. 4. Nguyên nhân thành công và tồn tại: - Việc chế tạo và đưa vào sử dụng thiết bị nạp từ đã giải quyết được căn bản vấn đề hư hỏng, giảm chất lượng của các nam châm được cấp góp phần nâng cao chất lượng bộ môn là một thành công, thành công này cho thấy nếu mỗi giáo viên Vật lý đều chịu khó đầu tư suy nghĩ, tìm cách giải quyết các vấn đề bất cập trong công tác giảng dạy thì mọi khó khăn đều có thể vượt qua. - Những hạn chế về chất lượng đồ dùng dạy học được cấp, sự chậm trễ bổ sung cấp mới thiết bị ...đã phần nào ảnh hưởng đến việc tập trung vào công việc chính là giảng dạy. Thay vì tập trung giảng dạy thật tốt với những thiết bị đảm bảo chất lượng, các giáo viên phải phân tâm để tìm cách khắc phục những hạn chế, hư hỏng của thiết bị. III. TÍNH THỰC TIỄN CỦA SKKN: 1. Tác dụng của SKKN: - Đối với học sinh, việc chế tạo và đưa vào sử dụng thiết bị nạp từ đã giúp các em chủ động hơn trong việc khám phá tri thức thông qua việc được thực hành trên những nam châm đảm bảo chất lượng từ đó nâng cao chất lượng học tập bộ môn. - Đối với bản thân tôi, việc chế tạo và đưa vào sử dụng thành công thiết bị nạp từ giúp tôi thêm tự tin vào năng lực bản thân, để thấy rằng nếu cố gắng tìm cách giải quyết thì những những khó khăn đều có thể khắc phục. - Đối với tổ bộ môn, việc chế tạo và đưa vào sử dụng thiết bị nạp từ đã giúp các giáo viên chủ động hơn, tự tin vào chất lượng của các nam châm từ đó có thể toàn tâm toàn ý trong công tác giảng dạy mà không phải bận tâm giải quyết những trục tặc do chất lượng của những nam châm, chất lượng giảng dạy của tổ nhờ đó cũng được nâng lên. - Đối với nhà trường, việc chế tạo và đưa vào sử dụng thiết bị nạp từ cho nam châm đã góp phần tiết kiệm kinh phí mua sắm mới để thay thế các nam châm cũ, hư. Mặt khác việc mua thêm thiết bị từ công ty thiết bị trường học không phải lúc nào cũng thuận lợi. 2. Phạm vi áp dụng: 9 Việc chế tạo thết bị nạp từ không quá phức tạp, cách sử dụng đơn giản mà hiệu quả mang lại khá cao nên hoàn toàn có thể nhân rộng kinh nghiệm này cho các trường THCS trong huyện, thậm chí cả tỉnh. 3. Bài học kinh nghiệm: Nếu nỗ lực tìm tòi, sáng tạo mỗi giáo viên đều có thể tự mình tìm ra cách giải quyết những hạn chế về chất lượng thiết bị. Bên cạnh đó, việc trao đổi các phương án giải quyết với đồng nghiệp sẽ giúp chúng ta hoàn thiện hơn giải pháp của mình. IV. KẾT LUẬN: Những hạn chế về chất lượng của những thiết bị dạy học được cấp trong thực tế đã gây khó khăn không ít cho giáo viên trực tiếp giảng dạy. Thiết bị nạp từ cho nam châm chỉ có thể giúp giải quyết một phần những hạn chế trên, đó là phục hồi từ tính của những nam châm cũ hư giúp giáo viên thuận lợi hơn trong giảng dạy các kiến thức liên quan đến nam châm. Bên cạnh đó còn nhiều khó khăn khác trong việc sử dụng thiết bị dạy học khi chất lượng của những thiết bị này là khá thấp. Dù vậy, việc chế tạo và đưa vào sử dụng thiết bị nạp từ cũng cho thấy rằng những bất cập về chất lượng thiết bị dạy học môn Vật lý hoàn toàn có thể giải quyết bằng những giải pháp đơn giản mà hiệu quả. Tôi tin rằng đồng nghiệp của tôi, những giáo viên Vật lý, với kiến thức của mình cùng sự tìm tòi sáng tạo, tinh thần vượt khó nhất định sẽ tìm ra giải pháp hợp lý cho những vấn đề còn lại. Riêng bản thân tôi cũng đang ấp ủ nhiều ý tưởng và tôi sẽ tìm cách biến những ý tưởng trên thành sự thật trong tương lai đồng thời tôi cũng sẽ tìm cách hoàn thiện hơn thiết bị nạp từ để thiết bị này có thể hoạt động tốt hơn. Chợ Mới ngày 20 tháng 11 năm 2010 Người viết PHAN TRỌNG NGHĨA