ELEKTŘINA KOLEM NÁS – ELEMENTÁRNÍ ELEKTROTECHNICKÉ STAVEBNICE
LADISLAV RUDOLF ČÍSLO OPERAČNÍHO PROGRAMU: CZ.1.07 NÁZEV OPERAČNÍHO PROGRAMU: VZDĚLÁVÁNÍ PRO KONKURENCESCHOPNOST OPATŘENÍ: 7.1 ČÍSLO OBLASTI PODPORY: 7.1.3 DÍLNA TECHNIKY VE SVĚTĚ DĚTÍ – ZÁŽITKOVÉ TVŮRČÍ DÍLNY V ROZVOJI TECHNICKÉHO MYŠLENÍ UČITELŮ A DĚTÍ V MATEŘSKÉ ŠKOLE REG. Č. CZ.1.07/1.3.00/48.0011
OSTRAVA 2014
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Recenzent: Doc. Ing. Vladimír Král, Ph.D.
© Doc. Ing. Ladislav Rudolf, Ph.D., 2014 © Ostravská univerzita v Ostravě, Pedagogická fakulta
PO OUŽITÉ GR RAFICKÉ SY YMBOLY Cíl kapittoly
Čas na prostudován p ní kapitoly
Klíčová slova
Kontrolní otázky
Obsah Slovo úvodem ............................................................................................................................ 5 1 Elektronická stavebnice „Boffin“ ........................................................................................... 6 1.1 Jak se stavebnicí pracovat ........................................................................................... 6 1.2 Co můžeme udělat špatně při sestavování obvodů .................................................... 8 1.3 Seznam jednotlivých dílů a součástek ......................................................................... 9 2 Pracovní listy vybraných zapojení ze stavebnice „Boffin“ .................................................. 13 2.1 Pracovní list 1 – Stejnosměrný (DC) motor ............................................................... 13 2.2 Pracovní list 2 – Světelná dioda LED .......................................................................... 15 2.3 Pracovní list 3 – Vypínač řízený zvukem .................................................................... 17
Slovo úvodem Vzdělávání dětí hrou je trend, o kterém všichni píšou a mluví. Hůře se daří již vyvíjet hračky, které by tato kritéria opravdu naplňovala. Většina tzv. edukativních hraček bohužel skončí po prvotním, mnohdy i vynuceném zájmu dětí odložena a zaprášena někde v koutu. Svět se neustále vyvíjí a mění. Se dřevěnými kostkami, se kterými si hrály naše babičky už dnešní generaci dětí tak netáhnou. Technika v tomto dělá pokroky a děti kolem sebe vše vnímají. Generace rodičů je již odkojená na stavebnici Merkur, vláčky, autodráhou, případně televizním tenisem. Dnešní naše děti jsou netrpělivé, každá hračka musí ihned fungovat a být zábavou pro volný čas. Tuto oblast vyplnily zčásti elektrostavebnice, které můžou v různých zapojeních předvádět smysluplná zařízení, které dnešní generaci dětí zaujmou. Jednoduchou stavebnicí je „Boffin“ a v této publikaci jsou uvedeny základní její prvky a vybraná tři zapojení, kde jsou prezentovány postupy, návody a principy funkce. Snad se podaří generaci dětí elektrostavebnicí „Boffin“ zaujmout a získat u nich větší zájem o techniku.
5
Kapitolaa první
1 Ele ektronick ká staveb bnice „Bo offin“ Cíl kapitoly Cílem kaapitoly je seznámení s eleektronickou stavebnicí s „B Boffin“. Jedn ná se o pokyn ny, jak zařízení užívat, z jakých součástí se skládáá a její využittí v zájmové činnosti.
Klíčová slova s Základníí plastová podložka, p mo odré vodiče, červené a černé spojjovací dráty,, baterie (B B1), vypínač s páčkou (SS1), vypínač s tlačítkem (S2), odporr (R1), fotorezistor (RP),, žárovka (LL1), motor (M M1), reprodu uktor (SP), píískací čip (WC), led (D1), integrovanýý odvod, plasst, zkrat.
Čas na prostudování p í kapitoly í cca 3 hodin Doba k prostudován p ny
1.1
J se sta Jak avebnicí pracovat p
V sadě jssou součástkky, které majjí různé barvvy a jsou označeny písmeeny a čísly v kolečku. Kažždá součástkka je zespod du opatřenaa kontakty tzv. t „cvoky““, které slou uží pro sesttavení různýých elektrickkých a elektrronických ob bvodů. Každáá součástka má svojí fun nkci, kterou si v následujjící kapitole popíšeme.
O Označení součástek
O 1 Označčení typů sou Obr. učástek
6
Kapitola první
Cvoky
Obr. 2 Ukázka spínacích kontaktů tzv. cvoků
Pro stavbu obvodů nám bude pro zapojování sloužit velká čirá plastová podložka, která má řady označené písmeny A-G a sloupce čísly 1-10. Tato podložka není k sestavení obvodu nezbytně nutná, pomáhá pouze k pohodlnému zkompletování celého obvodu.
Sloupce1-10
Řádky A-G
Obr. 3 Plastová podložka
Jednotlivé části obvodu jsou označeny černými čísly. Ta vyjadřují úroveň umístění každého z komponentů. Nejprve umístíme na velkou čirou plastovou podložku součástky označené černými čísly 1, potom 2, poté 3, atd. Uvedeme si příklad podle obr. 4, kde nejprve umístíme na plastovou podložku součástky označené černými čísly 1 – rezistor (R1), vypínač s páčkou (S1), baterie (B1). Poté umístíme součástky označeny černými čísly 2 – Led dioda (D1), vypínač s tlačítkem (S2), vodič se 3 kontakty (3).
7
Kapitola první
Obr. 4 Úroveň sestavování součástek
1.2
Co můžeme udělat špatně při sestavování obvodů
Při sestavování obvodu buďte opatrní, abyste nevytvořili nechtěně přímé spojení přes uchycení baterie (vznikne zkrat) – tím by došlo k vybití baterie a poškození součástky.
Obr. 5 Ukázka přímého zkratu baterie
8
Kapitola první Jestliže je vypínač s páčkou (S1) zapnutý, dojde v obvodu ke zkratu. Zkrat znemožní další funkce zařízení. Viz obr. 6, kde je uveden zkrat v obvodu.
Obr. 6 Zkrat v obvodu
Důležitá upozornění: nikdy nepřipojujte zařízení do elektrické sítě! nenechávejte obvod bez dozoru, pokud je zapnutý! nesahejte na motor, pokud se otáčí vysokou rychlostí!
1.3
Seznam jednotlivých dílů a součástek
Vodič s 1 kontaktem Vodič se 2 kontakty Vodič se 3 kontakty Vodič se 4 kontakty Vodič s 5 kontakty Vodič s 6 kontakty
Modré vodiče (1-6) Jsou opatřeny kontakty, vyskytují se v různých délkách a slouží k propojení ostatních komponentů, kterými prochází elektrický proud. Vytváří přesná spojení na základní podložce.
9
Kapitola první
Vypínač s páčkou (S1) Vzájemně připojuje (ON), odpojuje (OFF) jednotlivé kontakty v obvodu.
Vypínač s tlačítkem (S2) Připojuje (stisknutím), kontakty v odvodu.
odpojuje
(uvolněním)
jednotlivé
Fotorezistor (RP) Odpor je citlivý na světlo, jehož hodnota se mění podle osvětlení. Z absolutní tmy (nekonečna) až k jasnému světlu (1000 Ohmů).
LED dioda (D1) Je světelná dioda, slouží jako speciální jednosměrná žárovka. Svítí pouze v jednom směru.
Lampa (L1) Je zařízení, ve kterém je umístěna světelná žárovka.
Reproduktor (SP) Přeměňuje elektrický proud na zvuk.
Pískací čip (WC) Obsahuje dvě destičky, které se vlivem elektrického signálu lehce napnou a tak se oddálí. Jakmile signál zmizí, vrátí se na původní místo. Takto vznikne zvuk.
Rezistor (R1) Používá se k řízení či omezení elektrického proudu v obvodu. Větší odpor snižuje velikost elektrického proudu.
10
Kapitola první Motor (M1) Přeměňuje elektrický proud na točivý pohyb na hřídelce.
Baterie (B1) Vytváří elektrické napětí, které lze chápat jako „elektrický tlak“, který vhání elektrický proud do obvodu. Napětí, se kterým budeme pracovat, je nižší než napětí, které používáme v domácnostech (230V). „Elektrický tlak“ se dá zvýšit použitím většího počtu baterií, čímž dojde také ke zvýšení množství proudící elektřiny.
Některé druhy elektronických součástek lze několikanásobně zmenšit, vměstnat mnoho komponentů do prostoru menšího než je např. nehet. (rezistory, kondenzátory, tranzistory). Tyto elektronické součástky se nazývají Integrované obvody, které se v dnešní době používají skoro všude. (elektronické hračky, domácí spotřebiče, výpočetní technika atd.). V uvedené stavebnici „Boffin“ jsou k dispozici tři druhy Integrovaných obvodů: Integrovaný obvod hudba (U1) Integrovaný obvod obsahuje 20 sekundovou melodii.
Integrovaný obvod poplach (U2) Integrovaný obvod obsahuje pět poplašných zvuků.
Integrovaný obvod hvězdné války (U3) Integrovaný obvod obsahuje sekvenci osmi zvuků.
11
Kapitolaa první Spojovací dráty (černý, červený)) U Umožňují flexibilní pro opojení v příípadě, kdy by propoje ení p pomocí modrých vodičů s kontakty bylo b obtížně rrealizovateln né.
Kontroln ní otázky: 1. V jakém pořaadí umisťujeeme součástkky na plastovvou podložku u? 2. Jak J velké nap pětí používáme ve staveb bnici „Boffin“ při sestavo ování obvodů ů? 3. Co C může způ ůsobit vybití baterie, uveďte příklad zapojení? z 4. Co C je integro ovaný obvod a z čeho se skládá? 5. K čemu sloužží spojovací dráty d (červený, černý)?
12
K Kapitola druhhá
2 Pracov vní listy vybranýc v ch zapoje ení ze sta avebnice „Boffin“ Cííl kapitoly Cíílem této kaapitoly je podle p pracovních listů tzv. kuchařky sestaven ní funkčních zařízení (m modelů), kdee bychom měli m využívaat základní znalosti jednotlivých so oučástek z předchozí p kaapitoly. Pracovní listy jso ou navrženyy velmi jednoduše, tak aby a pochopily děti před dškolního věěku princip činnosti jedno otlivých zapo ojení.
Klíčová slova M Motor, vypínaač, vrtule, baterie, b led dioda, sluch hátko, integrrovaný obvo od, pískací čip, č vodič s kontakty, k rezzistor, spojovvací drát.
Čaas na prostudování kapittoly Do oba k prostudování cca 3 hodiny
2.1 Praco ovní list 1 – Stejnosměrný (D DC) motorr
Cííl kapitoly: Ukkázat, jak se elektřina po oužije k otáčeení vrtule u stejnosměrné s ého motoru..
Fu unkce obvod du: Po o sepnutí vyp pínače s páččkou (S1) dojjde k roztoče ení stejnosm měrného mottoru (M1), ktterý otáčí vrrtulí. Při vypn nutí vypínačče s páčkou (S1) ( dojde k zastavení motoru m (M1) a vrtule se přestane ottáčet. Seeznam použiitých součásttek: Vyypínač s páčkkou (S1) – 1kks, motor s vrtulí v (M1) – 1 ks, prosto or pro bateriee (B1) – 1ks,, vodič se třeemi kontaktyy (3) – 1ks, vodič v se 2 kon ntakty (2) – 4ks, 4 baterie AA A 1,5 V – 2ks
Obrr. 7 Schéma zapojení z DC motoru, otáčející vrtulí
13
Kapitola druhá Pracovní postup dle obr. 7: Pro umístění součástek na podložku používejte červeně označená písmena A až G (v našem případě C až E) a červené číslice 1 až 10 (v našem případě 2 až 6) podle obrázku, na podložce jsou bezbarvě vyražené, viz kapitola 1.1. Nejprve umístěte na pracovní podložku součástky označeny černou číslici 1, potom přidejte součástky označené černou číslicí 2. Po sestavení zařízení vložte do prostoru pro baterie 2 ks AA baterií 1,5 V (obě 3V), poté přepněte páčku do polohy ON na vypínači (S1)a po úspěšném zapojení vidíme, jak se motor s vrtulí otáčí.
Obr. 8 Skutečné zapojení DC motoru, otáčející vrtulí
14
K Kapitola druhhá
2.2 Pracov vní list 2 – Světelná á dioda LE ED
Cííl kapitoly: Ukkázat sériovéé spojení rezzistoru a LED diody tak, aby při ovládáání vypínače svítila.
Fu unkce obvod du: Po o sepnutí vyypínače s páččkou (S1) zaačne obvode em procházeet elektrický proud z baterie přes vyypínač s páčkkou (S1), rezistor (R1) a světelnou s LED diodu (D1) zpět k bateerii. (LED dio oda svítí). Op pačně otočená LED diodaa svítit nebude. Zaapnutý vypín nač s páčkou (S1) uzavvírá obvod, rezistor (R1 1) snižuje m množství elekktrického prroudu a brán ní poškozeníí LED diody. Nikdy neum misťujte LED diodu přímo o proti baterrii! (může see zničit). Seeznam použiitých součásttek: Vyypínač s páčkkou (S1) – 1 ks, LED diodaa (D1) – 1 ks, prostor pro o baterie (B1 1), Rezistor (R R1) – 1ks, vo odič se 2 kon ntakty (2) – 4 ks, baterie AA A 1,5 V – 2kks
Obr. 9 Zapojení Z obvvodu LED diody Prracovní postup k obr. 9: Prro umístění součástek na podložku používejte červeně č oznaačená písmeena A až G (v ( našem přřípadě B až F) F a červené číslice 1 až 10 (v našem m případě 3 až a 6) podle o obrázku, na podložce jso ou bezbarvěě vyražené, viz kapitola 1.1. Nejprve umístěte na pracovníí podložku součástky s ozznačeny čern nou číslici 1, potom přideejte součástkky označené černou č čísliccí 2.
15
Kapitola druhá Po sestavení zařízení vložte do prostoru pro baterie 2 ks AA baterií 1,5 V (obě 3V), poté přepněte páčku do polohy ON na vypínači (S1) a po úspěšném zapojení vidíme, že Led dioda (D1) svítí.
Obr. 10 Skutečné zapojení obvodu LED diody
16
K Kapitola druhhá
2.3 Pracov vní list 3 – Vypínač řízený zv vukem
Cííl kapitoly: Ukkázat, jak mů ůžeme zvuko ově zapnout elektronické é zařízení.
Fu unkce obvod du: Po o sepnutí vypínače s pááčkou (S1) začne hrát hudba, kteerá se po cchvíli vypne.. Jakmile tleeskneme rukkama v blízkosti pískacíh ho čipu (WC)), nebo foukkneme na píískací čip (W WC) začne op pět hudba naa chvíli hrát. Dojde tímto o k vyvinutí zvvukového siggnálu. Seeznam použiitých součásttek: Vyypínač s páčkkou (S1) – 1 ks, pískací čip č (WC) – 1kks, integrovaaný obvod „h hudba“ – (U1) – 1 ks, prrostor pro baaterie (B1), vodič v se 2 kontakty (2) – 2 ks, vodič se 3 kontaktyy (3) – 1 ks, vodič v se 4 ko ontakty (4) – 1 ks, vodič s 5 kontaktyy (5) – 1 ks, spojovací drrát červený – 1 ks, spojo ovací drát čeerný – 1 ks, reproduktor (SP) ( – 1 ks, baterie b AA 1,5 V – 2ks
Obr. 11 Zapo ojení vypínačče řízeného zvukem z Prracovní postup dle obr. 11: 1 Prro umístění součástek na podložku používejte červeně č oznaačená písmeena A až G (v ( našem přřípadě B až F) F a červené číslice 1 až 10 (v našem m případě 2 až a 6) podle o obrázku, na podložce jso ou bezbarvěě vyražené, viz kapitola 1.1. Nejprve umístěte na pracovníí podložku součástky s ozznačeny čern nou číslici 1, potom přideejte součástkky označené černou č čísliccí 2. o sestavení zařízení vložžte do prostoru pro baaterie 2 ks AA A baterií 1 1,5 V (obě 3V), 3 poté Po přřepněte páčkku do polohyy ON na vypíínači (S1) a po p úspěšném m zapojení slyyšíme, jak náám začala hrrát na chvíli hudba. Jak hudba h přestaane hrát, takk pleskněte, nebo foukněěte do pískacího čipu W a hudba by WC) b měla opětt začít hrát.
17
Kapitola druhá
Obr. 12 Skutečné zapojení vypínače řízeného zvukem
18
Použitá a citovaná literatura http://www.boffin.cz Kolektiv autorů Uživatelská příručka Projekty 1-101: ConQuestentertainment a.s., 2014
Název: Autor: Vydání: Počet stran: Určeno pro projekt: Reg. číslo projektu: Nakladatel:
Elektřina kolem nás – Elementární elektrotechnické stavebnice Doc. Ing. Ladislav Rudolf, Ph.D. první, 2014 20 Dílna techniky ve světě dětí – Zážitkové tvůrčí dílny v rozvoji technického myšlení učitelů a dětí v mateřské škole CZ.1.07/1.3.00/48.0011 Ostravská univerzita v Ostravě, Dvořákova 7, 701 03 Ostrava
Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku odpovídá autor.
