利用Phyphox和ESP32蓝牙做关于楞次定律的实验探究
近日，一直困扰于ESP32开发板不能测量反向电流的问题，如果ESP32开发板不能测量方向变化的电流，那么设计电流方向变化的探究实验就无法利用智能手机开开展。
2020年10月15日，微主在微信群交流中受到北京和平街一中梅晓璇老师作品的启发，避开ESP32不能测量反向电流的缺陷，利用ESP32开发板和Phyphox成功记录下了磁铁插入和拔出线圈过程中的感应电流的变化规律，为探究楞次定律提供了实验数据支持。
设计原理主要参考了电磁波发射过程中的调制和接收过程中的解调思路，事先在线圈所在回路中建立一个基准电流，让感应电流与基准电流叠加在一起，形成脉动直流，然后将脉动电流数据通过蓝牙发射给Phyphox，Phyphox再将接收到的脉动直流数据与基准电流数据作差，就可以显示出方向可正可负的感应电流了。
在本次实验中，将10欧姆的线圈与10欧姆的取样电阻串联，用ESP32内的5V电压供电，构建基准电流环境。
随后建立Phyphox与ESP32的蓝牙连接，闭合电路，开始实验，Phyphox输出的电流即为基准电流，将基准电流值录入“基准电流”输入框，实现对感应电流图像的调零。
接着，将磁铁插入或拔出线圈，Phyphox就自动绘制出了感应电流的图像。观察图像可以发现，在磁铁插入或拔出线圈的过程中，感应电流的方向是相反的。
如果明确磁铁的N、S极指向和线圈的绕向，就可以建立磁通量变化与感应电流磁场方向的关系。
以此案例为标志，我们已经具备了利用ESP32和Phyphox研究交流信号的能力，诸如LC振荡回路、断电自感、楞次定律之类的电流方向变化的探究实验，都可以按需开展了。
ESP32实验源代码
#include <phyphoxBle.h>
int Pin = 33;
int iV = 0;
void setup()
{
PhyphoxBLE::start("Phyphox实验");//蓝牙名称
PhyphoxBleExperiment plotVoltage;
plotVoltage.setTitle("楞次定律");//实验标题
plotVoltage.setCategory("Phyphox蓝牙实验");//实验分类
plotVoltage.setDescription("探究感应电流方向与磁通量变化的关系");//实验说明
//View
PhyphoxBleExperiment::View firstView;
firstView.setLabel("MyView"); //Create a "view"
//Graph
PhyphoxBleExperiment::Graph firstGraph;
firstGraph.setLabel("感应电流图像");//图像名称
firstGraph.setUnitX("s");//横坐标单位
firstGraph.setUnitY("A");//纵坐标单位
firstGraph.setLabelX("时间");//横坐标物理量
firstGraph.setLabelY("电流");//纵坐标物理量
firstGraph.setChannel(0, 1);//蓝牙0,1信道
firstView.addElement(firstGraph);
plotVoltage.addView(firstView);
PhyphoxBLE::addExperiment(plotVoltage);
}
void loop()
{
iV = analogRead(Pin);
float I = iV * 5.0 / 4095.0 / 10;//计算电流
PhyphoxBLE::write(I);//蓝牙1信道发射数据
delay(50);
PhyphoxBLE::poll();
}
说明：此实验源代码在北京和平街一中梅晓璇老师发布的“电压表”实验的源代码的基础上修改的。
Phyphox实验源代码
用Phyphox扫描二维码可将加载该实验
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