elektronika v moderním automobilu

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L ÁVÁ N Í

elektronika v moderním automobilu Každému elektronickému systému v automobilu přísluší digitální řídící jednotka; např. pro zapalování a vstřikování, pro ABS nebo pro automatickou převodovku. Každé řídící jednotce přísluší určité speciální snímače a akční členy. Pochody kontrolované jednotlivými řídícími jednotkami musí být vzájemně skloubené. Neustále se zvyšující výměna informací mezi řídícími jednotkami má pro celkový systém vozidla nesmírný význam. Aby elektrická a elektronická část vozidla zůstala i přesto přehledná a nezabírala v něm mnoho místa, je nutné najít a uplatnit jednoduchý systém. Jedním z nich je datová sběrnice CAN. Princip přenosu dat: Příprava dat – Zprávy (data) vycházejí vždy z řídící jednotky. Řídící jednotka předává svému řadiči data, která mají být poslána. Poslání dat – Vysílač CAN dostane tato data od řadiče CAN, přemění je na sériové elektrické signály a pošle je dál. Přijetí dat – Ostatní řídící jednotky, které jsou zapojeny do sítě datové sběrnice CAN, poslaná data přijmou. Kontrola dat – Řídící jednotky prověřují, zda jsou přijatá data pro jejich činnost potřebná. Převzetí dat – Jsou-li přijatá data pro řídící jednotku potřebná, převezme je a dále je zpracuje. Nejsou-li přijatá data pro činnost řídící jednotky potřebná, tak na ně řídící jednotka nereaguje.

www.talenty-pro-vedu.cz

CZ.1.07/2.3.00/09.0235

řešitelé projektu:

partneři projektu:


Gyroskop Gyroskop je zařízení využívané v navigaci. Používá se zejména u letadel a balistických raket. Také v torpédu je gyroskop. Přístroj obsahuje setrvačník, který zachovává polohu osy své rotace v inerciálním prostoru. Přesnost gyroskopu závisí na stabilitě udržení jeho otáček. Rotátor s orbitálním gyroskopem Na konci volně sklopného ramena otočného okolo vertikální osy je ve volném závěsu upevněn elektricky poháněný diskový setrvačník. Na vertikální ose rotátoru je vypínač s přepínáním smyslu otáček motoru pohánějícího setrvačník. Zatímco centrální horizontální osa ramena je permanentně volná, obvodový závěs setrvačníku lze přitažením šroubu zaaretovat v pevném úhlu vůči ramenu. Tak je dosaženo dvou režimů demonstrace: s volnou vertikální osou setrvačníku a režimu s osou fixovanou vůči ramenu rotátoru, který jej uvádí do precesního kruhového pohybu. Gyrokompas Gyrokompas je realizován vnitřním elektricky poháněným setrvačníkem, který rotuje ve vnitřní přibližně kulové kleci. Uvedená klec je prostřednictvím vnější osy, kolmé k rotaci, volně otočná v ložiscích uvnitř vnější klece. Vnější klec gyrokompasu je vybavená obvodovou azimutální stupnicí a otočná okolo vertikální osy. Po dosažení pracovních otáček setrvačníku se jeho osa vlivem rotace Země a tíhové síly stabilizuje rovnoběžně s místním poledníkem (asi za 100 min).


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


Levitátor Demonstrační zařízení slouží k ukázce technické aplikace odpudivých magnetických sil při zavěšení tělesa v prostoru bez pevné opory. Levitátor se skládá z plošného generátoru levitačního magnetického pole a levitujícího magnetického dipólu. Generátor tvoří plochý tvarovaný permanentní magnet, který vytváří v prostoru nad svou horní rovinou nehomogenní magnetické pole se speciálním profilem. Jde o druh tzv. magnetické pasti, která zajišťuje stabilitu levitujícího dipólu přímo nad jeho středem. Levitující statický dipól je však nestabilní a má tendenci vertikálně se převrátit a poté být naopak ke generátoru přitažen. Aby k takovému překlopení nedošlo je orientace levitujícího magnetu ve tvaru setrvačníku gyroskopicky stabilizovaná rotací kolem vertikální osy.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


Magnetická brzda Demonstrační zařízení slouží k ukázce technické aplikace fyzikálních jevů, které jsou spojeny s působením tzv. vířivých proudů ve vodivých deskách při jejich pohybu v magnetickém poli. Demonstrační magnetická brzda se skládá z následujících částí: Rotační magnetická brzda Základem demonstračního zařízení je pohonná motorová jednotka s indikátorem okamžité rychlosti otáčení (tzv. tachodynamo). Na osu motoru je upevněn rotující brzdný disk z vodivého materiálu (měď, hliník). Souběžně s rotujícím brzdným diskem je umístěn statický brzdný disk, který je symetricky osazen permanentními magnety se střídavou polaritou. Osovou vzdálenost obou disků je možno ručně nastavit šroubem mechanického posuvu, který tak umožňuje regulaci velikosti indukovaných vířivých proudů a tím i intenzity brzdění. Míra brzdících účinků je pomocí tachodynama indikována jako pokles otáček na panelovém měřícím přístroji. Lineární magnetická brzda Demonstrace lineární magnetické brzdy je postavena na vizuálním srovnání rychlosti pohybu soustavy plochých permanentních magnetů se střídavou polaritou po měděné a plastové nakloněné rovině stejného sklonu. Demonstrace probíhá postupným klouzáním magnetického čtverce po plastovém povrchu a poté ve dvou různých orientacích po povrchu měděném. Při příčné orientací dlouhých magnetů vůči pohybu bude intenzita brzdění výrazně vyšší než při orientaci podélné.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


magnetické kapaliny Existují kapaliny, u nichž se významně projevuje interakce mezi kapalinou a magnetickým polem. Tyto kapaliny se tak staly materiály, které nalézají výhodné využití v různých oblastech techniky, biochemie a lékařství a lze očekávat, že se v budoucnu budou rozšiřovat jejich aplikace. Vznikl obor nazývaný ferohydrodynamika, který zkoumá interakci mezi magnetickým polem a magneticky polarizovatelnou, elektricky nevodivou kapalinou. Magnetické kapaliny jsou suspenze velmi jemných feromagnetických nebo ferimagnetických částic v nosné kapalině. Tyto částice mají přibližně kulový tvar a průměr řádově v nanometrech (10 m), a proto se nazývají nanočástice. Nanočástice –9

se nosné kapalině pohybují náhodným tepelným pohybem. Nepůsobí-li na kapalinu magnetické pole, jsou magnetické momenty nanočástic náhodně orientovány a kapalina se navenek jeví jako nemagnetická. Chemické a mechanické vlastnosti magnetické kapaliny určuje nosná kapalina, kdežto její magnetické vlastnosti určují nanočástice a jejich koncentrace.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


mazání valivých ložisek Model demonstruje, jaký vliv má množství plastického maziva na provozní teplotu ložiska. Pro srovnání jsou na jednom hřídeli uložena dvě stejná ložiska v oddělených ložiskových domcích. Jedno z ložisek je standardně namazáno, druhé je úmyslně přemazáno plastickým mazivem. Přestože ložiska nejsou zatěžována žádnou vnější silou, dochází po zapnutí motoru k rozdílnému nárůstu teplot ložisek. Na termočlánkovém teploměru je možné sledovat výrazné zahřívání přemazaného ložiska. Model má tyto části: – elektromotor, – pružnou spojku, – dva ložiskové domky spojené hřídelí, – dva termočlánky a zobrazovací zařízení, – ovládací krabici. Pro zrychlení efektu zahřívání ložisek je mezi vnějším kroužkem ložiska a ložiskovým domkem vložka, která je vyrobena z materiálu s nízkou teplotní vodivostí.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


MODEL JEŘÁBU MOSTOVÉHO TYPU Model dvounosníkového mostového jeřábu byl realizován za účelem simulace příčivých účinků jeřábu při jeho pojezdu po jeřábových kolejnicích vlivem nesymetrie umístění pojezdového vozíku (kočky) a břemene na mostu jeřábu, jakož i simulace přídavných zatížení jeřábu při jeho pojezdu po kolejnicích uložených ve vodorovném směru s nevhodnou roztečí. Rozměrové hodnoty modelu jeřábu byly navrženy na základě skutečných rozměrových parametrů mostového jeřábu dle ČSN 270200. Náhodný proces příčení jeřábů je úzce svázán s deformací nosné ocelové konstrukce v horizontální rovině na jeřábové dráze. Z tvaru a typu konstrukce jeřábu je možno analyzovat několik deformačních tvarů, které vedou k souměrným nebo nesouměrným deformacím rámové nosné konstrukce jeřábu, resp. ke kombinacím těchto tvarů deformací na jednotlivých prvcích ocelové konstrukce jeřábu.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


MODEL VIZUALIZACE DYNAMICKÉHO CHOVÁNÍ MECHANICKÉHO SYSTÉMU Demonstrační zařízení umožňuje zviditelnit základní dynamickou vlastnost každého mechanického systému, nebo-li každé deformovatelné věci. Tuto vlastnost nazýváme vlastní frekvenci nebo spektrum vlastních frekvencí a pozorujeme ji např. u strunových hudebních nástrojů, kde se struna chvěje právě vlastními frekvencemi a toto chvění pak tělo nástroje transformuje a zesiluje na slyšitelný zvuk. Podobných příkladů máme v každodenním životě spousty, mj. mikrofon a reproduktor mobilních telefonů využívají stejný princip. U tohoto zařízení kmitá uchycená planžeta s lokálními břemeny, přičemž jejich uspořádání umožňuje předvést, že zmíněná vlastnost závisí pouze na hmotnosti břemene a na tuhosti, resp. poddajnosti planžety.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


OPTICKÁ BEZVLÁKNOVÁ HOVOROVÁ SOUPRAVA Zařízení se chová jako duplexní komunikátor, který komunikuje pomocí optické bezvláknové cesty. Jako externí modulátor zde slouží zvukový signál, který je do komunikátoru připojen přes externí mikrofon. Přes 3,5 mm konektor lze připojit i jiný externí přístroj a modulovat následně optický signál. Pro rozlišení komunikačních cest a zamezení přeslechů slouží úzkopásmové filtry, které jsou průchozí jenom pro náš potřebný signál (barvu světla). Jsou zde využity filtry s vlnovou délkou 590 nm a 660 nm. Zařízení se skládá ze dvou základních částí, optické a elektrické. Každá tato část má nezbytnou funkci v této soustavě. Optická část slouží pro přenos hlasem modulovaného optického signálu v duplexním režimu. Tento systém se dá použít jako demonstrační zařízení pro mnoho jevů. Elektrická část je navržena tak, aby bylo možno celé zařízení bez dalšího externího zdroje možno zapojit do elektrické sítě. Na čelním panelu je ovládání hlasitosti výstupního reproduktoru. Zadní část obsahuje konektory, pro připojení externího mikrofonu, připojení zdroje záření a detektoru.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


PARNÍ STROJ Parní stroj je pístový tepelný stroj, přeměňující tepelnou energii vodní páry na energii mechanickou, nejčastěji rotační pohyb. Vynález parního stroje je připisován Jamesi Wattovi, který ho vynalezl v roce 1765. V 19. století (století páry) se parní stroj stal nejvýznamnějším zdrojem energie jak v průmyslu (stroje poháněné transmisemi od centrálního parního stroje, parní kladiva, parní buchary či parní lisy), tak v dopravě (vlaky tažené parními lokomotivami, parníky, povrch silnic pak upravovaly parní válce). Výhody: Vysoká spolehlivost, schopnost práce v mnoha pracovních režimech (různé otáčky i výkony, snadná reverzace). Nevýhody: Proti současným tepelným strojům má parní stroj nízkou účinnost přeměny energie (maximálně 30 %). Spolu s kotlem, který má tepelnou účinnost okolo 50 % je výsledná účinnost (podle typu stroje a kotle) mezi 5–15 %. To je proti spalovacím motorům s běžně dosahovanou účinností okolo 35 % nedostačující. Další nevýhodou je velká spotřeba vody a paliva (uhlí), náročná obslužnost stroje nebo znečišťování okolního prostředí.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


STIRLINGŮV MOTOR Energetické stroje pracující s přeměnou některého z druhů energie na energii mechanickou se souborně označují motory. Tepelné motory mají na vstupu energii tepelnou a rozlišujeme podle způsobu práce motory objemové (nejčastěji pístové) a dynamické (turbíny). Podle pracovního média mohou být v obou případech motory plynové nebo parní. Objemové motory plynové mohou být s vnitřním spalováním (zážehové a vznětové), kde se tepelná energie uvolňuje z přivedeného paliva spalováním přímo v pracovním prostoru. Dá se říci, že motory s vnitřním spalováním jsou veřejnosti poměrně známé. Druhou variantu představují plynové motory s vnějším spalováním, podle prvního vynálezce často nazývané Stirlingovy motory, ve kterých je teplo přiváděno do pracovního prostoru zvenčí soustavou výměníků. Historicky se jedná o motory podstatně starší, než jsou motory s vnitřním spalováním. Objevily se na začátku 19. století a nástupem motorů s vnitřním spalováním (na začátku 20. století) byly v podstatě vytlačeny. Pro své některé vlastnosti se od druhé poloviny 20. století objevují pro některé specifické aplikace. Jejich rozvoj v posledních desetiletích je založen hlavně na možnosti využít i jiné zdroje tepelné energie, než je spalování ušlechtilých fosilních paliv.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


TURBODMYCHADLO Demonstrační panel obsahuje centrální motorovou jednotku (v modelu je reprezentována lineárním ventilátorem, který simuluje na vstupu sání a na výstupu výfuk), která je potrubním rozvodem propojená s turbodmychadlem z osobního automobilu. Na potrubním rozvodu vzduchu je v místě sání umístěn přepínací ventil pracovních režimů „sání“ a „přeplňování“. Srovnání rozdílných výkonů v obou režimech je umožněno tělískovým průtokoměrem (rotametrem) výstupního vzduchu – „výfukových plynů“ mezi „motorem“ a turbodmychadlem. Celé zařízení se spouští elektrickým vypínačem motoru na demonstračním panelu – startérem.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


VÝUKOVÝ MODEL AUTOMATIZACE DOPRAVNÍHO SYSTÉMU Výukovým modelem automatizace dopravního systému je řízení světelného signalizačního zařízení modelu dopravní křižovatky pomocí programovatelného automatu Simatic S7 1200. Moderní řídící systémy využívající výpočetní techniku lze prakticky nalézt ve všech oblastech lidské činnosti. Základním prvkem řídících systémů je řídící člen. V průmyslu je nejčastěji používaným řídícím členem programovatelný automat. Ve výukovém modelu je využito nejnovější PLC firmy Siemens, typ Simatic S7 1200, který se řadí mezi malé PLC. Řízením křižovatky se rozumí řízení dopravy prostřednictvím světelného signalizačního zařízení. Základním pojmem tohoto řízení je světelná fáze, což je stav, v němž mají určité proudy vozidel křižovatkou volný průjezd (na návěstidle svítí zelená – signální znak „volno“) a jiné proudy zakázaný průjezd (na návěstidle svítí červená – signální znak „stůj“).


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


VÝUKOVÝ MODEL JEDNOTKY FREKVENČNÍHO MĚNIČE Zařízení demonstrující jednoduchý elektrický pohon sestávající se z měniče frekvence, asynchronního motoru a poháněného mechanizmu. Asynchronní motor je nejběžnějším a nejvíce používaným strojem v průmyslu. Měnič frekvence sestaven z neřízeného usměrňovače a napěťového střídače s technologií PSM (pulsně šířková modulace), řídí rychlost a směr otáčení motoru, reguluje proudy motorem a chrání motor a celé zařízení před tepelným přetížením. Popis zařízení • rotační buben • třífázový asynchronní motor • měnič frekvence Zařízení se ovládá pomocí měniče frekvence. Tímto lze pohon uvádět do chodu, měnit směr otáčení bubnu a jeho rychlost.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


VÝUKOVÝ MODEL ROBOTA S PĚTI STUPNI VOLNOSTI Průmyslové manipulátory jsou dnes hojně využívány v mnoha odvětvích. V dnešní době je lze aplikovat do většiny výrobních procesů. Pro pohyb svého těla využívají většinou šest, ale i více os. Sedmá osa může být např. použita pro pohyb po koleji, kdy robot popojíždí vedle výrobku, synchronizován s dopravníkem a po vykonání úlohy se vrací zpět, nebo pro sevření kleští při bodovém svařování. Model simuluje aplikaci robotického ramene v praxi. V dosahu má dva zásobníky s materiálem (míčky), které přenáší. V zásobníku je snímač, který rozpozná přítomnost míčku podle odrazu záření. Snímač se chová jako optická závora, kdy v přítomnosti předmětu pustí na výstup signál. Snímač je spojen s SSC-32 jednotkou, která signál detekuje, převede na textový řetězec a pošle ji do PC pomocí RS-232. Program v PC data přijme a provede naprogramované úkony. www.talenty-pro-vedu.cz

CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


VÝUKOVÝ MODEL SOLÁRNÍCH SYSTÉMŮ Měřící systém Solar pro tuto demonstrační úlohu se skládá z hardwarového a softwarového provedení. Daná měřící soustava je dimenzována na solární články do 10 V. Je zde uvedena měřící soustava pro solární články do 10 V. Soustava pro měření VA charakteristik FV článků nebo panelů je realizována prostřednictvím počítače, měřícího modulu USB 6008, převodníku Solar, 9 V stabilizovaného zdroje, měřených solárních panelů a světelného zdroje. Tato demonstrační pomůcka je realizována prostřednictvím PC za pomoci programu LabView a měřící karty National Instruments. Tato kombinace nám zajišťuje komfortnost a různorodost řešení. Při použití tohoto produktu v průmyslu je nutné zvolit vhodnější typ karty s více vstupy a výstupy a s větší přenosovou rychlostí.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


VÝUKOVÝ MODEL SOUSTAVY PALIVOVÉHO ČLÁNKU Palivové články se čím dál tím častěji vyskytují v nejrůznějších aplikacích a z tohoto důvodu je vhodné s principem palivových článků seznámit i veřejnost. Tato aplikace využívá reverzibilní PEM (PROTON EXCHANGE MEMBRANE) palivový článek. Princip tohoto palivového článku spočívá, v prvotním vytvoření reakčních plynů (vodíku a kyslíku) tím, že je připojen na zdroj elektrické energie. Po odpojení od zdroje začne sám palivový článek z reakčních plynů vytvářet elektrickou energii. V této úloze je ukázán princip reverzibilních palivových článků a měření různých elektrických veličin jako je voltampérová charakteristika, nabíjecí a vybíjecí charakteristiky, měření účinnosti. Aplikace je rozdělena na dvě části. Jedna část je pro automatické a druhá pro manuální měření. Manuální měření umožňuje uživateli měření voltampérové charakteristiky a účinnosti palivového článku a tím i odzkoušení a ukázání principů palivového článku a vodíkových technologií. Automatické měření je pro měření nabíjecích a vybíjecích charakteristik palivového článku a pro měření počtů cyklů, resp. životnosti palivového článku.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


ZAŘÍZENÍ REZONANČNÍCH FREKVENCÍ Úkolem modelu je podpořit představivost studentů a dokázat existenci vlastních frekvencí – rezonančních frekvencí. Na modelu je možné ukázat tvary šířící se vlny při rezonanci. Model rezonančních frekvencí demonstruje vlastní tvary jednotlivých rezonančních frekvencí (první tři rezonanční módy). Funkční částí modelu je vlákno s velkou elastickou deformací. Je spojeno s excentrem, budící tyčí, která přenáší nucené kmity od excentru na vlákno. Velikost buzení je konstantně dána excentrem a frekvence buzení se mění podle otáček elektrického motoru. Otáčky motoru jsou řízené frekvenčním měničem, který je ovládán ručně potenciometrem na ovládacím panelu. Výsledkem je znázornění vlastních tvarů rezonančních frekvencí dané soustavy. Řízení a ovládání je realizováno třemi prvky: 1. Přepínací tlačítko „vypnuto/zapnuto“ (umístěno na ovládací panelu), – zapne nebo vypne přívod elektrického proudu k zařízení. 2. Ovládací kolečko (umístěno na ovládacím panelu), – nastavuje plynule frekvenci měniče v rozsahu 0 až 50 Hz s přesností 0,1Hz. 3. Tlačítko „Run/Stop“ (umístěno na frekvenčním měniči), – zapne, respektive vypne frekvenční měnič.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


MIGRACE NANOŽELEZA HORNINOU Zařízení demonstruje migraci koloidních částic horninovým prostředím vlivem proudění podzemní vody. Koloidní = schopná pohybu. Koloidní částice je tedy částice s tak malými rozměry, které umožňují její transport vlivem proudění vody (v horninovém prostředí tedy mohou procházet póry horniny). Obecně jsou částice s rozměrem menším než 1 µm považovány za koloidní. Takto malé částice vyhovují tedy i kritériím pro nanočástice, které mají rozměr v řádech nanometrů, tzn. 1–1000 nm. Základem zařízení je akvárium vyplněné skleněnými kuličkami o průměru 1,5 mm, které simulují horninové prostředí. Z jedné části akvária je připojen vstup vody, jejíž tlak je řízen regulačním ventilem. Po zapnutí vody dochází uvnitř akvária k vytvoření proudění vody. Do tohoto proudu vody je pomocí injekční stříkačky zasáknut roztok fluoresceinu, který simuluje koloidní částice. Vlivem proudění vody pak lze pod UV světlem dobře pozorovat migraci fluoresceinu „horninou“ a lze tímto způsobem identifikovat existující preferenční cesty v proudovém poli (obtékání nepropustné překážky tvořené kameny).


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


ZAŘÍZENÍ NA VÝROBU ŘAS Existuje několik základních principů výroby řas. Jako nejvhodnější se ukazuje princip, který byl vyvinut MBÚ AV ČR Třeboň. Jedná se o ocelovou konstrukci s nakloněnou rovinou, po které samospádem stéká voda obohacená rostoucími řasami. Koloběh uzavírá oběhové čerpadlo, které točí vodu stále dokola. K vodě má neustálý přístup okolní vzduch, což znamená, že se může voda samovolně odpařovat a tím snižovat svojí teplotu. Při růstu řas totiž teplota vzrůstá. Katalyzátorem růstu řas je ultrafialové záření obsažené ve slunečním svitu. Zařízení je osazeno řídicím systémem, který umožňuje pružně reagovat na aktuální změny počasí (osvit slunce, déšť, teplota). Principem reálného zařízení je automatizace procesu pěstování řas. Reálné zařízení obsahuje senzory teploty, slunečního svitu, deště a teploty, CO2. Na základě těchto signálů vyhodnocuje a nastavuje požadovaný průtok případně osvit zářivkovými tělesy. Zároveň je nutné ve vhodný okamžik všechnu vodu vyčerpat a umožnit automatické napuštění vody nové, ve které se celý postup opakuje. Průběh celého procesu je monitorován a jeho průběh ukládán z důvodu pozdější možné rekonstrukce nebo vyhodnocení výsledků. Toto zařízení je jednoúčelové a v praxi umožňuje sledovat a zaznamenávat přírůstky řas v tekutině v závislosti na různých činitelích a následně tyto procesy zefektivnit.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


Laser show dle vašeho přání Pomocí tohoto přístroje můžete vytvořit pohyblivý laserový obrazec na promítací stěně. Regulací otáček a směru otáčení dvou motorků skládáte dva téměř kruhové pohyby. Složením těchto dvou pohybů se na promítací stěně vytvářejí obrazce, kterým se říká trochoidy. Ty vznikají odvalováním menší elipsy (pohyb vytvořený druhým zrcátkem) po velké křivce (pohyb vytvořený prvním zrcátkem). Přestože se na promítací stěně pohybuje jen bod, pomalé lidské oko vytváří iluzi celé křivky. To, že se po ploše pohybuje pouze bod, si můžete ověřit fotoaparátem s velmi krátkou expoziční dobou. Protože délky křivek popisující tento pohyb nejsou v celočíselném poměru, pohyb není uzavřený a neopakuje se. Malé změny obrazce při snímání okem vytvářejí iluzi otáčení křivky. Podobná zařízení jsou často používána v zábavném průmyslu na vytváření zajímavých laserových obrazců. Fyzikální principy tohoto zařízení, které využívají odrazu světelného paprsku a rychlé změny v pohybu světelného zdroje využívají všechny zobrazovací zařízení: obrazovky, projektory, fotoaparáty i kamery. I film vytváří svou iluzi pohybu rychlým střídáním 25 až 30 statických snímků za jednu sekundu. Tato drobná nedokonalost oka je základem filmu a všech zobrazovacích přístrojů.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


Mechanická želva Cílem úlohy je ukázat jednoduchý dvouosý stroj, který je sestavený z běžně dostupných komponent a funguje na stejných principech, jako některé dospělé výrobní stroje. Vzhledem k jeho jednoduché a průhledné kostrukci jsou zcela jasně vidět problémy, se kterými se konstruktéři takových strojů musí potýkat. Jedná se zejména o vlastnosti mechanických prvků (pružná spojka, řetěz), které způsobují vůle a tím jednak zpoždění reakce stroje a jednak hysterezi při snaze dosáhnou požadované polohy (skutečná poloha ukazatele záleží na tom, ze kterého směru do daného bodu přijedeme). Dále pak elektromechanická výbava (krokové motory, řídící elektronika) umožňuje pohyb pouze po diskrétních krocích, což způsobuje vibrace celého zařízení. Stejné principy používá mnoho výrobních strojů z různých oblastí průmyslu, např. při tisku reklam (plotter, řezací plotter), při řezání skla (zejména v automobilovém průmyslu), řezání dřeva (zejména plošné ozdobné předměty), při osazování elektronických součástek, vrtání (zejména desek plošných spojů) a podobně. Obvykle se označují jako CNC (Computer Numeric Control) stroje.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


Hořící železo Cílem úlohy je demonstrovat nové vlastnosti, které jsou u známých materiálů způsobeny nanorozměry. V tomto případě úloha demonstruje oxidaci železa, která se v makrosvětě projevuje jeho „rezavěním“. Pokud je železo bez povrchového ošetření (nátěr barvou, atd…) ponecháno na pospas vlivům počasí, začne v důsledku kontaktu se vzdušným kyslíkem a vodou oxidovat. Po delší době se jeho celý povrch pokryje rzí a může dále docházet k rezavění až v celém objemu materiálu. To může vést až k jeho kompletnímu rozpadu (např. rezavý blatník u auta). Zařízení demonstruje chemickou oxidaci látky (Fe) vzdušným kyslíkem a vodou. Chemicky tato reakce představuje oxidačně-redukční reakci, při které dochází k přestupu elektronu z jedné látky na druhou, čímž dochází k látkové přeměně.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


Machův vlnostroj Machův vlnostroj je přístroj, na kterém modelujeme různé druhy vlnění. Otočením spodního přípravku můžeme rozkývat kyvadla kolmo na směr šíření vlny. Takto vzniklé vlnění nazýváme příčným vlněním. Připomíná nám vlny na vodní hladině. Podobným vlněním, ale elektromagnetického pole, je například světlo. Pokud pomocí horního přípravku srovnáme úchyty kyvadla vedle sebe (kolmo k řadě kyvadel). Změní se příčné vlnění na podélné. Toto vlnění nám připomíná vlnění klasů ve větru. Podobným vlněním je například zvuk. Pro malou demonstraci stačí vychýlit pouze první kyvadlo a energie jeho kmitů díky propojení leteckou gumou rozvlní celou řadu.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


ZAŘÍZENÍ NA KAPILÁRNÍ JEVY A STYK KAPALIN S PEVNÝM TĚLESEM 1) otočná deska se skleněnými trubičkami 2) skleněné trubičky různých vnitřních průměrů 3) popsané skleněné trubičky v pohledu zpředu (průměr a výška výstupu kapaliny) 4) miska s kapalinou 5) zvětšovací sklo 1. část: V zařízení jsou na otočné desce umístěny skleněné trubičky různých průměrů, které jsou částečně vsunuty do kádinky s vodou. Díky hydrostatickému tlaku vystoupá kapalina do různých výšek ve skleněných trubičkách. Na příkladu je ukázáno, že nezáleží na vnějším průměru trubičky, ale pouze na vnitřním průměru. Pomocí otočné desky lze sledovat výšku vystoupání kapaliny v jednotlivých skleněných trubičkách, nad hladinu v kádince. Čím menší průměr, tím výše vystoupá hladina ve skleněné trubičce. Zvětšovací sklo slouží pouze k větší názornosti.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


MIGRACE IONTŮ ÚČINKEM STEJNOSMĚRNÉHO PROUDU Přístroj demonstruje pohyb iontů v roztocích některých látek (případně v jejich taveninách) účinkem stejnosměrného proudu. Elektrolytické pochody jsou využívány v mnoha průmyslových odvětvích, např: 1) pokovování předmětů zinkem, mědí, chromem 2) výroba chemicky čistých kovů (sodíku, draslíku, hliníku…) 3) výroba plynů (chlóru, vodíku, kyslíku…) Zavedením stejnosměrného proudu do roztoku dochází k přechodu kationtů (sodíku a draslíku) k záporné elektrodě (katodě) a vinanových aniontů k anodě. Užitím indikátoru (fenolftaleinu), který ve vhodném pH prostředí vznikajícím na obou elektrodách mění své zabarvení, je možné migraci iontů pozorovat. Vznik červeného zbarvení je důkazem přechodu kationů K a Na v roztoku k záporné elektrodě. +

+

Případným přepólováním elektrod dojde pozvolna ke změně zabarvení na elektrodách.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


MĚŘENÍ RYCHLOSTI A ZRYCHLENÍ ROTUJÍCHO KOLA Zařízení demonstruje měření fyzikální veličiny (v tomto případě okamžitých otáček rotujícího kola, resp. po přepočtu obvodové rychlosti rotujícího pláště) jejího přenosu a vyhodnocení na počítači. Na připojeném PC je v reálném čase graficky vykreslován průběh okamžité rychlosti, dále je vypisována maximální a průměrná rychlost a celková ujetá vzdálenost během měření. Studenti zde mohou změřit své síly a zkusit dosáhnout vyšší maximální nebo průměrné rychlosti než jejich spolužáci. Studenti rukou otáčejí klikou, která přes převod ozubeným řetězem roztáčí kolo. Na konstrukci je umístěn magnetický senzor, který je spínán pomocí magnetů na rotujícím kole (více magnetů na kole je zde použito z důvodu lepší citlivosti měření). Připojené PC měří čas mezi jednotlivými impulsy, těmto časům odpovídá obvodová rychlost kola – čím kratší je čas mezi impulsy tím rychleji se kolo otáčí. Aby nebylo možné kolo jednoduše roztočit na maximální otáčky je na kole připojeno dynamo simulující zátěž.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


MAGNETICKÉ BRZDĚNÍ (MAGNETICKÝ TLUMIČ) Přístroj demonstruje využití magnetismu pro tlumení při pádu tělesa. Dále umožňuje testovat vliv váhy padajícího předmětu na rozkmit při tlumení. Zařízení pracuje na principu dvou navzájem se odpuzujících silných neodymových magnetů. Jeden z magnetů je umístěn v základně zařízení, druhý na pohyblivé části nad základnou. Upuštěním pohyblivé části na základnu dojde k odpuzování magnetů, což způsobí postupné tlumení pádu. Kovovými podložkami lze zvyšovat hmotnost pohyblivé části a měnit tak velikost rozkmitu při tlumení.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


NANOŽELEZO V MAGNETICKÉM POLI Cílem zařízení je demonstrovat využití magnetického pole k ovlivnění migrace železných nanočástic ve vodě. Zařízení využívá magnetických vlastností nanoželeza jako feromagnetického materiálu. Nanočástice železa rozptýlené ve vodné suspenzi je možné rychle separovat z vody za použití silného magnetu. Přiložením magnetu na okraj nádoby s vodnou suspenzí nanoželeza, která byla nejdříve důkladně protřepána, lze pozorovat migraci částic ve směru přitažlivých sil. Po krátké době je voda prakticky čistá. Tento jev je využíván např. pro separaci nanočástic, které jsou již zreagované popř. je na nich chemickou reakcí navázána látka, která má být odstraněna z roztoku. Výhodou použití železných nanočástic jsou jejich nezávadné vlastnosti ve vztahu k okolnímu prostředí. Železo je přirozenou látkou vyskytující se v horninovém prostředí – 5 % zemské atmosféry je tvořeno právě železem.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:


MIKRO A NANO SVĚT Cílem zařízení (databáze) je demonstrovat možnosti využití laboratorních mikroskopů a formou zábavných kvízů poznávat materiály a předměty běžného života. Zařízení využívá počítačů demonstračního centra v Liberci, kde je nahrána databáze fotografií různých chemických látek a materiálů běžného života jako jsou například vlasy, kůže apod. Děti pomocí interaktivních kvízů hádají při různých zvětšeních jaký materiál, případně látku fotografie znázorňuje. Databáze obsahuje celkem 20 vzorků v různých stupních zvětšení. Současně jsou vytvořeny pracovní listy pro další práci lektora v několika stupních obtížnosti.


CZ.1.07/2.3.00/09.0235


partneři projektu:

elektronika v moderním automobilu

Recommend Documents