Khóa Luận Tốt Nghiệp: Ứng Dụng Vi Điều Khiển Arduino Và Cảm Biến Lực Chế Tạo Bộ Thí Nghiệm Khảo Sát Lực Từ Tác Dụng Lên Dòng Điện Thẳng Phục Vụ Giảng Dạy Vật Lý 11

• Tác giả: Lê Lâm Anh Phi
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Phát
• Trường học: Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý
• Đề tài: Ứng dụng vi điều khiển Arduino và cảm biến lực chế tạo bộ thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên dòng điện thẳng phục vụ giảng dạy Vật lý 11
• Loại tài liệu: luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. TỔNG QUAN
• 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lực từ tác dụng lên dòng điện thẳng đặt trong từ trường
• 2.2. Các đại lượng cần kiểm chứng, đo đạc
• 2.3. Vi điều khiển Arduino Nano
• 2.3.1. Lịch sử hình thành
• 2.3.2. Cấu tạo vi điều khiển Arduino Nano CH340
• 2.3.3. Chức năng mạch Arduino Nano CH340 trong mô hình
• 2.3.4. Các thông số kỹ thuật nổi bật của Arduino Nano CH340
• 2.4. Cảm biến lực (Loadcell)
• 2.5. IC khuếch đại đo lường INA125P
• 2.6. Một số linh kiện khác
• 2.6.1. Động cơ điện một chiều
• 2.6.2. Mạch tạo dao động sử dụng IC555
• 2.6.3. Hệ truyền động bánh răng
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về ứng dụng Arduino và cảm biến lực

Ứng dụng Arduino và cảm biến lực trong việc chế tạo bộ thí nghiệm lực từ là một hướng đi mới trong giáo dục vật lý. Arduino là một vi điều khiển linh hoạt, dễ sử dụng, kết hợp với cảm biến lực để đo lường chính xác các lực tác dụng trong thí nghiệm. Bộ thí nghiệm này nhằm mục đích hỗ trợ giảng dạy Vật lý 11, đặc biệt là các kiến thức về lực từ tác dụng lên dòng điện thẳng. Việc sử dụng Arduino và cảm biến lực giúp tự động hóa quá trình đo đạc, tăng độ chính xác và giảm thời gian xử lý số liệu.

1.1. Vai trò của Arduino trong thí nghiệm

Arduino đóng vai trò trung tâm trong việc điều khiển và xử lý dữ liệu từ cảm biến lực. Với khả năng lập trình linh hoạt, Arduino giúp tự động hóa các thao tác thí nghiệm, từ việc điều chỉnh góc lệch đến ghi nhận kết quả đo. Điều này giúp học sinh tập trung vào việc phân tích kết quả thay vì thực hiện các thao tác thủ công.

1.2. Cảm biến lực và ứng dụng

Cảm biến lực được sử dụng để đo lực từ tác dụng lên dòng điện thẳng. Cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi lực thành tín hiệu điện, sau đó được Arduino xử lý. Việc sử dụng cảm biến lực giúp tăng độ chính xác của thí nghiệm, đồng thời giảm thiểu sai số do thao tác thủ công.

II. Thiết kế và chế tạo bộ thí nghiệm

Bộ thí nghiệm được thiết kế để khảo sát lực từ tác dụng lên dòng điện thẳng trong từ trường. Arduino và cảm biến lực là hai thành phần chính, kết hợp với các linh kiện điện tử khác như động cơ DC, IC khuếch đại, và hệ thống truyền động bánh răng. Mục tiêu của bộ thí nghiệm là kiểm chứng công thức lực từ và khảo sát sự phụ thuộc của lực từ vào các yếu tố như cường độ dòng điện và góc lệch.

2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Bộ thí nghiệm bao gồm Arduino Nano CH340, cảm biến lực, động cơ DC, và hệ thống truyền động bánh răng. Arduino điều khiển động cơ để thay đổi góc lệch giữa dòng điện và từ trường, trong khi cảm biến lực đo lực từ tác dụng. Dữ liệu được hiển thị trên màn hình LCD và có thể kết nối với máy tính để xử lý.

2.2. Quy trình chế tạo

Quy trình chế tạo bắt đầu từ việc lắp ráp các linh kiện điện tử, bao gồm Arduino, cảm biến lực, và động cơ DC. Sau đó, hệ thống truyền động bánh răng được lắp đặt để điều chỉnh tốc độ quay của nam châm điện. Cuối cùng, mạch điện tử được hoàn thiện và kiểm tra để đảm bảo hoạt động chính xác.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Bộ thí nghiệm đã cho kết quả đo lường chính xác, phù hợp với lý thuyết về lực từ tác dụng lên dòng điện thẳng. Việc sử dụng Arduino và cảm biến lực giúp tự động hóa quá trình thí nghiệm, giảm thiểu sai số và tăng hiệu quả giảng dạy. Bộ thí nghiệm này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các trường THPT để hỗ trợ giảng dạy Vật lý 11.

3.1. Kết quả đo đạc

Kết quả đo đạc cho thấy mối quan hệ giữa lực từ và góc lệch phù hợp với công thức lý thuyết. Đồ thị biểu diễn lực từ theo sinα là một đường thẳng, chứng tỏ độ chính xác của bộ thí nghiệm. Các giá trị đo được cũng được so sánh với kết quả tính toán, cho thấy sự tương đồng cao.

3.2. Ứng dụng trong giáo dục

Bộ thí nghiệm này là công cụ hữu ích trong việc giảng dạy Vật lý 11, giúp học sinh hiểu rõ hơn về lực từ và các yếu tố ảnh hưởng đến nó. Việc tự động hóa quá trình thí nghiệm giúp giáo viên tiết kiệm thời gian và tập trung vào việc giải thích các hiện tượng vật lý.