Ứng dụng vi điều khiển PIC16F877A và các cảm biến điện tử để chế tạo bộ thí nghiệm có tương tác với máy tính nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo trong hoạt động dạy học về các định luật thực nghiệm của chất khí lí tưởng

Bài viết tập trung trình bày kết quả nghiên cứu ban đầu việc chế tạo một bộ thí nghiệm khắc phục những hạn chế của các bộ thí nghiệm cùng loại hiện có về các định luật của chất khí lí tưởng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng vi điều khiển PIC16F877A và các cảm biến điện tử để chế tạo bộ thí nghiệm có tương tác với máy tính nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo trong hoạt động dạy học về các định luật thực nghiệm của chất khí lí tưởngJOURNAL OF SCIENCE OF HNUEEducational Sci., 2016, Vol. 61, No. 8B, pp. 128-137This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vnDOI: 10.18173/2354-1075.2016-0167ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A VÀ CÁC CẢM BIẾN ĐIỆN TỬĐỂ CHẾ TẠO BỘ THÍ NGHIỆM CÓ TƯƠNG TÁC VỚI MÁY TÍNH NHẰMPHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, SÁNG TẠO TRONG HOẠT ĐỘNG DẠY HỌCVỀ CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM CỦA CHẤT KHÍ LÍ TƯỞNGNguyễn Huỳnh Duy Khang, Nguyễn Tấn Phát, Nguyễn Lâm DuyKhoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí MinhTóm tắt. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu ban đầu việc chế tạo một bộ thí nghiệmkhắc phục những hạn chế của các bộ thí nghiệm cùng loại hiện có về các định luật của chấtkhí lí tưởng. Chúng tôi sử dụng vi điều khiển PIC16F877A, các cảm biến áp suất và nhiệtđộ với sai số tương đối nhỏ hơn 2%, cùng với cơ cấu truyền lực có thể tạo ra một lực tối đa80N và hệ thống ghi nhận thể tích bằng bộ đếm xung quang học có độ chính xác nhỏ hơn0.1ml để thu nhận ba thông số trạng thái của khối khí cần nghiên cứu một cách liên tục, tựđộng thông qua chương trình giao tiếp đơn giản trên máy tính cá nhân và cho kết quả phùhợp các định luật thực nghiệm đã biết. Với thiết kế nhỏ gọn, bộ thí nghiệm này đơn giảnhoá các thao tác lắp đặt, tiến hành và hiển thị dữ liệu đo đạc, cho phép giáo viên có thểthực hiện được các thí nghiệm về ba định luật thực nghiệm của chất khí một cách nhanhchóng, dễ dàng trong phạm vi một tiết học. Ngoài ra, học sinh có thể thực hành với bộ thínghiệm này để hiểu sâu sắc hơn về các kiến thức trừu tượng được học, góp phần phát huyhoạt động nhận thức tích cực, sáng tạo của học sinh.Từ khóa: Bộ thí nghiệm; định luật thực nghiệm chất khí; vi điều khiển; cảm biến; nhiệtđộng học.1.Mở đầuĐổi mới phương pháp dạy học và ứng dụng khoa học, công nghệ vào dạy học đang là mộtnhu cầu cấp thiết [1]. Việc nghiên cứu, chế tạo các thiết bị, dụng cụ thí nghiệm nhằm giúp cho họcsinh có thể tiếp xúc với các hiện tượng thực tế một cách trực quan là vô cùng cần thiết. Trong phầnNhiệt học, chương trình Vật Lí lớp 10 THPT, bên cạnh các bộ thí nghiệm do các hãng chế tạo thiếtbị giáo dục nước ngoài (Pasco, Leybold, Phywe, . . . ) sản xuất có sử dụng cảm biến nhiệt độ, ápsuất và bộ ghép nối [2-4] thì trong nước cũng đã có một số công trình nghiên cứu chế tạo các bộthí nghiệm từ các vật liệu đơn giản (chai nhựa, vỏ lon, xi-lanh y tế, . . . ) [5-11] cho đến sử dụngcảm biến nhiệt độ và áp suất [12-15] để kiểm chứng các định luật thực nghiệm và phương trìnhtrạng thái của khí lí tưởng. Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn còn một số nhược điểm cần khắcphục như không có hệ thống cơ học điều chỉnh thể tích khí được điều khiển bằng hệ thống điện vàviệc ghi nhận đồng thời ba thông số nhiệt độ, áp suất và thể tích vẫn chưa thể thực hiện được.Ngày nhận bài: 18/8/2016. Ngày nhận đăng: 20/9/2016.Liên hệ: Nguyễn Tấn Phát, e-mail: phatnt@hcmup.edu.vn128Ứng dụng vi điều khiển Pic16f877a và các cảm biến điện tử để chế tạo bộ thí nghiệm...Như vậy, việc nghiên cứu chế tạo một bộ thí nghiệm về các định luật của chất khí lí tưởngcó khả năng thay đổi thể tích của khối khí tự động thông qua chương trình điều khiển, cùng với cơcấu đo thể tích với độ chính xác cao là một yêu cầu được đặt ra từ thực tiễn. Bằng cách sử dụngvi điều khiển PIC16F877A [16], cảm biến áp suất và nhiệt độ, bài báo này trình bày một bộ thínghiệm có khả năng ghi nhận đồng thời và liên tục ba thông số trạng thái (áp suất, thể tích và nhiệtđộ) của một khối khí xác định, có khả năng tương tác với người sử dụng thông qua chương trìnhgiao tiếp trên máy tính cá nhân. Với cấu trúc hệ thống nhỏ gọn được đặt trên một đế nhựa kíchthước 31cm 15cm và bộ ghép nối điện tử kích thước 15cm 14cm, cùng với giao diện tương tác đơngiản nhưng vẫn đảm bảo được đầy đủ các tính năng ghi nhận, xử lí, biểu thị và lưu trữ kết quả đođạc, bộ thí nghiệm này sẽ làm đơn giản hoá các bước lắp đặt dụng cụ và các thao tác thực hiệnthí nghiệm, giá trị đo của cả ba thông số trạng thái được cập nhật liên tục theo thời gian thực trênmàn hình máy tính sẽ giúp tiết kiệm thời gian và công sức của người giáo viên khi sử dụng bộ thínghiệm này để giảng dạy. Đối với học sinh, khi được giảng dạy hoặc trực tiếp thực hành trên bộthí nghiệm này sẽ làm cho việc học bớt khô khan, trừu tượng, tăng tính hấp dẫn và góp phần khắcsâu kiến thức được học.Hình 1. Một số bộ thí nghiệm hiện có để giảng dạy về các định luật thực nghiệm của chất khílí tưởng do (a) Phywe [4], (b) Leybold [3] và (c) Công ty Sách và Thiết bị trường học TP. HồChí Minh [11] sản xuất2.Nội dung nghiên cứuHình 2. Sơ đồ hệ thống thí nghiệmTrên cơ sở xác định các phương pháp và đối tượng nghiên cứu cụ thể, chúng tôi tiến hànhthiết kế hệ thống thí nghiệ ...