XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Технология NFC

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Атизолов М.М. 1

---

1МБОУ "Одинцовская СОШ № 12"

Сутковенко О.В. 1

---

1МБОУ "Одинцовская СОШ № 12"

Работа в формате PDF

374.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Актуальность. Near field communication, NFC — технология беспроводной передачи данных малого радиуса действия, которая даёт возможность обмена данными между устройствами, находящимися на небольшом расстоянии, которая позволяет моментально подключаться множеству устройств. На наш взгляд, актуально использовать технологию NFC  и в общеобразовательной организации, что значительно упростит работу учителей в некоторых вопросах.

Объект исследования: технология NFC

Предмет исследования: электромагнитная индукция и электромагнитные волны

Проблема. На данный момент обнаружен недостаточный уровень осведомленности учащихся и педагогического коллектива о возможностях использования технологии NFC во время учебного процесса. Исходя из проблемы, была сформулирована цель исследовательской работы: исследование технологии NFC с точки зрения физики.

Для достижения цели, нами были сформулированы следующие задачи:

- изучить примеры использования, физические характеристики технологии NFC;

- обработать полученные данные и разработать рекомендации для применения технологии NFC на уроках физики.

Гипотеза исследования: технологию NFC можно использовать на уроках полностью подтвердилась.

Методы исследования:

- изучение, теоретический анализ и обобщение естественно - научной литературы, данных сети интернет и периодических изданий по теме исследования;

- обработка данных, полученных в ходе исследования, на основе которых сформулирован вывод

Практическая значимость исследования: нами созданы авторские метки NFC, которые можно будет использовать в общеобразовательной организации, составлена инструкция по их созданию и использованию для учащихся и педагогов.

Глава 1. Теоретический анализ проблемы.

1.1. История открытия электромагнитных волн

Существование электромагнитных волн теоретически было доказано английским физиком Джеймсом Кларком Максвеллом (как утверждается в некоторых источниках, первое упоминание в 1862 году опубликовано в работе «О физических силовых линиях», более точное описание теории возникновения электромагнитных волн вышло в 1867 году). Максвелл очень «аккуратно» перевел в математическую плоскость не только схематические изображения опытов Майкла Фарадея, которые описывали электрические и магнитные явления, но и результаты опытов других ученых. Проанализировав все электрические и магнитные явления, которые наблюдались учеными того времени, Максвелл обнаружил несколько принципиальных противоречий [2]. Закон Фарадея утверждает, что переменные магнитные поля порождают электрические поля, но не было доказано, порождают ли переменные электрические поля — магнитные.

Чтобы избавиться от данного противоречия Максвелл ввел в уравнения дополнительный член, который помог описать возникновение магнитного поля при изменении электрического. Одновременно с этим математическим открытием Эрстед на опыте доказал эту теорию. Работы Максвелла поражали ученых-современников. Максвелл не дожил до точного экспериментального подтверждения своих математических расчетов. Международное научное сообщество были взбудоражены, тем, что через 20 лет (1886–89) в результате серии опытов Генрих Герц продемонстрировал генерацию и прием электромагнитных волн. Ученый не только доказал экспериментально теорию Максвелла, но защищал его взгляды. Герц не только экспериментально доказал существование электромагнитных волн, но и исследовал их основные свойства [9].

1.2 Электромагнитная индукция

В настоящее время в основе многих устройств лежит явление электромагнитной индукции. Примеров ее использования множество: двигатели или генераторы электрического тока, трансформаторы, радиоприемники и многие другие устройства. 

Электромагнитная индукция - явление возникновения тока в замкнутом проводнике при прохождении через него магнитного потока, изменяющегося со временем [1, с.102].

Это явление позволяет преобразовывать механическую энергию в электрическую. До того, как открыли явление электромагнитной индукции люди получали электрический ток только от источников тока [5, с.143].

На наш взгляд стоит предложить к исследованию пару классических опытов Фарадея:

О пыт первый: Если в соленоиде (катушка индуктивности), который замкнут на гальванометр, вдвигать или выдвигать постоянный магнит, то в моменты его перемещения внутри катушки мы видим отклонение стрелки гальванометра (возникает индукционный ток); при этом отклонение стрелки меняет свое направления в зависимости от направления движения магнита. Отклонение стрелки гальванометра увеличивается с увеличением скорости движения магнита относительно катушки. Если сменить в опыте полюсы магнита, то и изменяется направление отклонения стрелки. Чтобы получить индукционный тока при неподвижном магните следует относительно него перемещать соленоид.

Опыт второй: расположим две катушки, например, на общем сердечнике или одну катушку внутри другой, и одну из катушек подключить к источнику тока, и начинаем замыкать и размыкать ключ в цепи первой катушки, мы можем наблюдать во второй катушке индукционный ток (наблюдается отклонение стрелки гальванометра, а также в моменты его уменьшения или увеличения, а также при перемещении катушек друг относительно друга). Мы можем заметить, что аналогично первому опыту направления стрелки гальванометра противоположны при включении или выключении тока, его увеличении или уменьшении, приближении или удалении катушек [4].

Анализируя результаты своих опытов, Фарадей сделал вывод, что индукционный ток возникает тогда, когда в опыте осуществляется изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции (магнитного потока).

Благодаря открытию явления электромагнитной индукции появилась  возможность получить электрический ток теперь и с помощью магнитного поля. Это открытие позволило связать электрические и магнитные явления, а это в свою очередь, позволило разрабатывать теории электромагнитного поля [3, с. 98].

1.3. Практическое применение электромагнитной индукции

Радиовещание

Переменное магнитное поле, которое возбуждается изменением тока, создаёт в окружающем пространстве электрическое поле, которое начинает возбуждать магнитное поле, и т.д. Поля взаимно порождают и образуют единое переменное электромагнитное поле - электромагнитную волну. Возникнув в том месте, где есть провод с током, электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света -300000 км/с [6].

Магнитотерапия

В спектре частот разные места занимают радиоволны, свет, рентгеновское излучение и другие электромагнитные излучения. Их обычно характеризуют непрерывно связанными между собой электрическими и магнитными полями [3, с.102].

Синхрофазотроны

В настоящее время, под магнитным полем понимают особую форму материи, которая состоит из заряженных частиц. В современной физике пучки заряженных частиц используют для проникновения в глубь атомов с целью их изучения. Сила, с которой действует магнитное поле на движущуюся заряженную частицу, называется силой Лоренца [7].

Расходомеры - счётчики

Метод расчета расхода воды основан на применении закона Фарадея для проводника в магнитном поле: в потоке электропроводящей жидкости, движущейся в магнитном поле, наводится ЭДС, пропорциональная скорости потока, преобразуемая электронной частью в электрический аналоговый/цифровой сигнал [1, с.110].

Генератор постоянного тока

В режиме генератора якорь машины вращается под действием внешнего момента. Между полюсами статора появляется постоянный магнитный поток, который пронизывает якорь. Проводники обмотки якоря движутся в магнитном поле и, следовательно, в них индуктируется ЭДС, при этом на одной щетке возникает положительный потенциал относительно второй. Если к зажимам генератора подключить нагрузку, то в ней пойдет ток [1, с.109].

Трансформаторы

Трансформаторы применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.

Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется благодаря переменному магнитному полю. Трансформатор - сердечник из тонких стальных изолированных одна от другой пластин, на котором помещаются две, а иногда и больше обмоток (катушек) из изолированного провода. Обмотка, к которой присоединяется источник электрической энергии переменного тока, называется первичной обмоткой, остальные обмотки - вторичными.

Если во вторичной обмотке трансформатора намотано в несколько раз больше витков, чем в первичной, то магнитное поле, созданное в сердечнике первичной обмоткой, пересекая витки вторичной обмотки, создаст в ней во столько же раз большее напряжение.

Применив трансформатор с обратным соотношением витков, можно так же легко и просто получить пониженное напряжение [8].

1.4. NFC: Разбортехнологии Near Field Communication

В современном мире никого не удивишь наличием в смартфоне технологии NFC. Многие заблуждаются, что технология NFC используется для оплаты покупок. В этой главе мы разберем другие возможности данной технологии.