FYZIKA ROČNÍK

SBORNÍK

FYZIKA 8.- 9. ROČNÍK Mgr. Petra Trnčíková

Vytvořeno v rámci Projektu „Škola hrou - počítače ve výuce kroměřížských základních škol“ Tento projekt je spolufinancován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu ČR

Základní škola Zachar, Kroměříž, příspěvková organizace

Člověk a příroda FYZIKA 8.ročník Kompetence, které se během výuky mohou plnit:

Kompetence k učení �� vyhledává a třídí informace a na základě jejich pochopení, propojení a systematizace je efektivně využívá v procesu učení, tvůrčích činnostech a praktickém životě �� operuje s obecně užívanými termíny, znaky a symboly, uvádí věci do souvislostí, propojuje do širších celků poznatky z různých vzdělávacích oblastí a na základě toho si vytváří komplexnější pohled na přírodní jevy �� samostatně pozoruje a experimentuje, získané výsledky porovnává

Kompetence k řešení problémů �� samostatně řeší problémy; volí vhodné způsoby řešení; užívá při řešení problémů logické, matematické a empirické postupy �� ověřuje prakticky správnost řešení problémů

Kompetence komunikativní �� formuluje a vyjadřuje své myšlenky a názory v logickém sledu, vyjadřuje se výstižně, souvisle a kultivovaně v písemném i ústním projevu

Projekt " Škola hrou - počítače ve výuce kroměřížských základních škol". Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem


�� rozumí různým typům textů a záznamů, obrazových materiálů, běžně užívaných gest, zvuků a jiných informačních a komunikačních prostředků �� využívá informační a komunikační prostředky a technologie pro kvalitní a účinnou komunikaci s okolním světem

Kompetence sociální a personální �� účinně spolupracuje ve skupině, podílí se společně s pedagogy na vytváření pravidel práce v týmu �� podílí se na utváření příjemné atmosféry v týmu

Kompetence občanská �� chápe základní ekologické souvislosti a environmentální problémy

Kompetence pracovní �� používá bezpečně a účinně materiály, nástroje a vybavení, dodržuje vymezená pravidla



MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ VLASTNOSTI KAPALIN A PLYNŮ cíl: na základě experimentů si osvojit vlastnosti kapalin a plynů

Vlastnosti kapalin - dají se přelévat - mění tvar podle tvaru nádoby - nemění objem - snadno se dělí - téměř nestlačitelné - v GP Země zaujímá hladina volný vodorovný povrch tvar

tekuté

nestlačitelné

vodorovná hladina



Vlastnosti plynů - dají se přelévat - mění tvar podle tvaru nádoby - mění objem (rozpínavost a stlačitelnost) - snadno se dělí stlačitelnost

tekutost

(TEKUTINY = společný název pro kapaliny a plyny z důvodu společných vlastností – hlavně přelévání)



TLAK V KAPALINĚ cíl: a) na základě experimentu ukázat, že při stlačení kapaliny nebo plynu vzroste tlak ve všech místech stejně b) experimentálně dokázat, že tlak v kapalině s hloubkou roste c) umět vysvětlit jevy související s hydrostatickým tlakem, zejména funkci spojených nádob

Tlak p je fyzikální veličina, která charakterizuje stav tekutiny v klidu. Tlak v tekutinách může být vyvolán: a) vnější silou prostřednictvím pevného tělesa, které je s tekutinou v přímém styku b) účinkem gravitační síly Země na kapalinu a) Působením vnější tlakové síly kolmo na povrch kapaliny v uzavřené nádobě vznikne ve všech místech kapaliny stejný tlak.

tzv. PASCALŮV ZÁKON

Blaise Pascal

(neboli tlak v kapalině se šíří všemi směry rovnoměrně a stejně)



- využívá se zde vlastnosti kapaliny nestlačitelnost - tlak počítáme podle vztahu: F p= S

F = tlaková síla S = plocha pístu

Pascalův zákon je základem hydraulických zařízení, která využívají přenosu tlaku a tím i tlakové síly od jednoho pístu k druhému. Velikostí pístu se dá ovlivnit i velikost tlakové síly.



- lisy, brzdy, nůžky, zvedáky,… Hlavní částí hydraulického zařízení jsou dvě válcové nádoby s různým průřezem u dna spojené trubicí. Oba válce i trubice jsou vyplněny kapalinou, která je uzavřena pohyblivými písty. princip: Širší píst bude působit tolikrát větší silou, kolikrát je obsah jeho průřezu větší než obsah průřezu menšího pístu.



b) V důsledku působení gravitační síly Země působí kapalina v nádobě v klidu tlakovou silou kolmo - na dno nádoby - na stěny nádoby - na plochy ponořené v kapalině Tato síla se nazývá HYDROSTATICKÁ TLAKOVÁ SÍLA značka…Fh jednotka…N vztah pro výpočet … Fh = S . h . . g S = obsah plochy h = hloubka kapaliny = hustota kapaliny g = gravitační konstanta



Hydrostatická tlaková síla vyvolá v klidné kapalině HYDROSTATICKÝ TLAK. značka……ph jednotka… Pa vztah pro výpočet…ph = h . . g h = hloubka kapaliny = hustota kapaliny g = gravitační konstanta Hydrostatický tlak v kapalině roste s hloubkou a hustotou kapaliny. důsledky v praxi: krk žirafy, infúze, potápěči, spojené nádoby



podstata spojených nádob: - jsou to nádoby, které jsou u dna spojeny trubicí. Jejich tvar může být jakýkoli. Nalijeme-li do těchto nádob kapalinu o stejné hustotě, pak se hladina ve všech nádobách ustálí ve stejné výšce. - např. konvice, vodojem, WC, sifon - umyvadlo, hadicová libela



ATMOSFÉRICKÝ TLAK cíl: pochopit příčinu existence atmosférického tlaku a jeho běžné projevy (důraz na předpověď počasí)

Atmosféra = plynný obal Země - 21% kyslík, 78 % dusík, 1% ostatní plyny



Atmosférický tlak = tlak vzduchu na zemský povrch - není v určitých místech pořád stejný, závisí na teplotě, bouřkách aj. - se stoupající nadmořskou výškou klesá - hodnota normálního atmosférického tlaku: pa = 1013 hPa (přesně 101 325 Pa)

- měření atm.tlaku (Torricelli)



barograf

aneroid

rtuťový tlakoměr



METEOROLOGIE - zabývá se fyzikálními vlastnostmi atmosféry (zkoumá hlavně troposféru, ve které probíhají veškeré jevy, týkající se počasí) - zákl.meteorologické prvky: teplota vzduchu tlak vzduchu vlhkost vzduchu proudění vzduchu oblačnost srážky tlak vzduchu - na různých místech zemského povrchu není stejný - tlakové poměry popisuje tzv. synoptická mapa (obsahuje IZOBARY= myšlené čáry, spojující místa nad Zemí se stejným atmosférickým tlakem)



- rozdílný tlak nad zemským povrchem se vyrovnává pomocí proudění vzduchu (anemometr = přístroj na měření rychlosti větru)

Tlaková výše - tlak vyšší než normál.atm.tlak - jasno, teplo



Tlaková níže - tlak nižší než normál.atm.tlak - velká oblačnost, ochlazení

Fronta - hranice mezi teplým a studeným vzduchem - při přechodu teplé fronty prší slabě a dlouze - při přechodu studené fronty prší krátce a silně Oblaka = shluky kapek a ledových krystalků, které se hromadí v atmosféře některé typy oblak:

cumulus

cirrus

stratus



TLAK PLYNU V UZAVŘENÉ NÁDOBĚ cíl: experimentálně vytvořit podtlak a přetlak vzduchu v nádobě

Tlak plynu v uzavřené nádobě měříme manometrem – kapalinový deformační Je-li tlak plynu v nádobě menší než atmosférický tlak pa …podtlak Je-li tlak plynu v nádobě větší než atmosférický tlak pa… přetlak



VZTLAKOVÁ SÍLA (v kapalinách a plynech) cíl: experimentálně ukázat působení vztlakové síly na těleso ponořené do kapaliny, umět rozhodnout, kdy těleso v kapalině stoupá, vznáší se nebo klesá dolů, pochopit praktické důsledky Archimédova zákona

- působí na těleso ponořené do kapaliny nebo plynu svisle vzhůru (nadnáší ho)

Vztlaková síla závisí na: Projekt " Škola hrou - počítače ve výuce kroměřížských základních škol". Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem


- objemu ponořené části tělesa (čím větší objem ponoření, tím větší vztlak) - hustotě kapaliny (čím větší hustota kapaliny, tím větší vztlak) ! Nezáleží na hloubce a množství kapaliny! ARCHIMÉDŮV ZÁKON: - Archimedés (Heuréka)



„Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno silou, která je rovna tíze kapaliny, kterou těleso vytlačí.“ Fvz = Vp . . g Fvz ...vztlaková síla Vp ...objem ponořené části tělesa 3 ...hustota kapaliny (hustota vody =1000 kg/m ) k g...gravitační konstanta (g =10 N/kg)

Hustota lidského těla Po nadechnutí Průměr Po vydechnutí

kg/m3 945 985 1 025



CHOVÁNÍ STEJNORODÉHO TĚLESA V KAPALINĚ cíl: umět rozhodnout, kdy těleso v kapalině stoupá, vznáší se nebo klesá dolů

1. těleso plove…ϱ t < ϱ k např. dřevěný špalek ve vodě



2. těleso se v kapalině volně vznáší… ϱ t = ϱ k např.ryby 3. těleso klesá ke dnu… ϱ t > ϱ k např. kovové předměty ve vodě



ENERGIE cíl: naučit se na konkrétních příkladech určit, zda má těleso energii a jaký druh

- charakterizuje STAV tělesa z hlediska možnosti konat práci - fyzikální veličina značka…E jednotka…J (joule) - platí tzv. Zákon zachování energie Energie se nemůže nikde ztratit, může jenom jeden její druh přecházet v jiný její druh. (např. cirkulárka: elektrická energie energie)

pohybová energie tepelná

Druhy energie:



1) pohybová (kinetická) …jedoucí auto 2) polohová (potenciální)…zvednuté činky 3) elektrická…zdroj elektrického napětí 4) jaderná… atomové jádro 5) chemická…vazebná energie 6) tepelná…pára v hrnci 7) sluneční…Slunce (4, 5, 6…souhrnně nazýváme vnitřní energie) 1) pohybová energie - závisí na rychlosti a hmotnosti tělesa - vztah pro výpočet…EK = 0,5 · m · v2

2) polohová energie

- závisí na hmotnosti tělesa a výšce tělesa nad Zemí - vztah pro výpočet…EP = m · g · h



PRÁCE cíl: pochopit podstatu práce jako fyzikální veličiny, naučit se vypočítat velikost práce, prakticky předvést práci o velikosti 1J, umět převádět běžné jednotky práce

- fyzikální veličina - značka…W jednotka…1J (joule)

James Prescott Joule

Těleso koná práci, jestliže působí na jiné těleso silou a přemísťuje ho po určité dráze (je tím větší, čím větší je působící síla a dráha).



1J - práce, kterou vykoná síla 1N působením na dráze 1m (např. posunutí 100gramové čokolády o 1 metr).

Výpočet mechanické práce W=F·s W [J]... práce v joulech F [N] ... síla v newtonech s [m] ... dráha v metrech. př. Jakou práci vykoná jeřáb, jestliže zdvihne cihly do výšky 5 m silou 6 kN? s=5m F = 6 kN = 6 000 N W = ? [J] W=F·s



W = 6 000 · 5 W= 30 000 J = 30 kJ Jeřáb vykoná práci 30 kJ. Jednoduché stroje – práci nezmenšují, ale usnadňují např. kladka, kladkostroj, páka, nakloněná rovina

pevná kladka

kladkostroj

páka



nakloněná rovina



VÝKON cíl: pochopení závislosti tří veličin: práce, výkon, čas

Výkon je práce vykonaná za čas. Výkon je veličina charakterizující jak rychle byla práce vykonána.

značka…P jednotka…W(watt)

dříve 1 kůň = 3/4kW

James Watt



1W - výkon, kdy dojde k práci 1J za 1s (např. zvednutí 100gramové čokolády do výšky 1m za 1 s). Výpočet výkonu P=W:t P [W] ...výkon ve wattech W [J] ... mechanická práce v joulech t [s] ... čas v sekundách př. Jaký výkon má jeřáb, jestliže zdvihne cihly do výšky 5 m silou 6 kN za 20 s? s=5m F = 6 kN = 6 000 N



t = 20 s P= ? [W] W=F·s P=W:t P = 6 000 · 5 : 20 P = 1 500 W = 1,5 kW Jeřáb má výkon 1,5 kW. Vyjádření práce pomocí výkonu W=P·t W [J] ... práce v joulech P [W] ... výkon ve wattech t [s]... čas v sekundách



TEPLO cíl: pochopit rozdíl mezi teplotou a teplem, naučit se rozlišit druhy tepelné výměny, pochopit význam měrné tepelné kapacity látky pro danou látku v praxi

Teplo je druh energie, která přechází z jednoho tělesa na druhé pomocí tepelné výměny.

vedením - dotyk tepelná těles výměna př. ruka na kamnech, lžička v čaji ap.



sáláním = zářením - na dálku závisí na teplotě zdroje, vzdálenosti, barvě tělesa a úpravě povrchu př. Slunce, kamna, žárovka

prouděním teplejší látka stoupá vzhůru, studenější klesá, v kapalinách a plynech př. tvorba větru, ústřední topení



Teplo - fyzikální veličina značka…Q jednotka…1 J (joule) měří se…kalorimetrem

Rozdělení látek z hlediska schopnosti vést teplo a) tepelné vodiče (kovy,…) b) tepelné nevodiče-izolanty (peří, srst, polystyrén, vakuum,…) Měrná tepelná kapacita = důležitá charakteristika látky z hlediska vodivosti tepla



- udává, jaké množství tepla je třeba dodat 1 kg látky, aby se její teplota zvýšila 1°C - fyzikální veličina značka…c jednotka… kJ/kg.oC např. voda…c=4,18kJ/kg.°C Výpočet množství tepla Q = m.c.(t-to) Q…teplo [J] m…hmotnost [kg] c…měrná tepelná kapacita [kJ/kg.oC] t…konečná teplota [°C] t0…počáteční teplota [°C]



př. Jaké teplo přijme voda o hmotnosti 5kg, když zvýší svou teplotu z 20oC na 90oC? m = 5 kg t = 90oC to = 20oC c = 4,18 kJ/kg.oC Q = ? [kJ] Q = m.c.(t-to) Q = 5 .4,18.(90-20)

Q = 1463kJ Voda přijme teplo 1463 kJ.



ZMĚNY SKUPENSTVÍ cíl: naučit se popsat částicovou stavbu tří skupenství látek, v konkrétních situacích umět předpovědět, k jaké změně skupenství dojde (s využitím MFCh tabulek), zaměřit se na praktické aplikace ovlivňování rychlosti vypařování a teploty varu



Tání - změna z pevné látky na kapalinu - teplota, při které se látka mění na kapalinu se označuje jako teplota tání (pro jednotlivé látky najdeme v tabulkách) Tuhnutí - změna z kapalné látky na pevnou - teplota tuhnutí má stejnou hodnotu jako teplota tání - např. voda taje i tuhne při 0°C

(amorfní látky – např.vosk - nemají konkrétní teplotu tání a tuhnutí, pozvolna měknou a tuhnou)



Vypařování a var - změna z kapaliny na plynnou látku - kapalina se a) vypařuje ze svého povrchu při jakékoliv teplotě b) vaří v celém svém objemu při určité teplotě varu (MFCh tabulky) Teplota varu není stálá, závisí na tlaku (např. voda obvykle vaří při 100°C, ale vysoko v horách je nižší tlak vzduchu a voda vaří při teplotě menší než 100°C)



Kapalnění (kondenzace) - změna z plynné látky na kapalinu (např. vodní pára z úst zkondenzuje na studeném okně)

Sublimace - změna z pevné látky přímo na plynnou látku (např. naftalen) Desublimace - změna z plynné látky přímo na pevnou látku (např. jinovatka)



tání vypařování sublimace kondenzace tuhnutí desublimace

sníh, led voda do atmosf. mizející sníh rosa, mlha, déšť led, kroupy jinovatka,námraza

Skupenské teplo - fyzikální veličina, označuje teplo, které je nutné předat nebo odebrat látce, aby změnila své skupenství (např. vypařila se, roztála, ztuhla) - skupenské teplo se potřebuje k …vypařování varu sublimaci tání uvolňuje se při…kapalnění tuhnutí desublimaci



SPALOVACÍ MOTORY cíl: naučit se pojmenovat vstupující a vystupující energii a umět popsat změny energií při činnosti spalovacího motoru http://dum.rvp.cz/materialy/pistove-spalovaci-motory-teorie.html



ELEKTRICKÉ JEVY cíl: pomocí periodické tabulky ovládat zjednodušený model atomu konkrétního prvku, umět těleso nabít třením, experimentálně dokázat, zda jsou tělesa nabitá, zda se vzájemně přitahují nebo odpuzují

- starověké Řecko, rozvoj 18.a 19.stol. - ELEKTRON = řecky jantar - stavba atomu:



atomové jádro obsahuje atomový obal

protony

mají kladný elektrický náboj

neutrony

jsou elektricky neutrální

elektrony

mají záporný elektrický náboj

Zelektrování ( nabití ) tělesa 1. třením – např.ebonitová tyč třená liščím ohonem



2. dotykem – např.nabitá tyč a elektroskop

Tělesa nabitá souhlasnými náboji se vzájemně odpuzují elektrickou silou. Tělesa s nesouhlasnými náboji se vzájemně přitahují elektrickou silou.



Elektrický náboj - fyzikální veličina značka…Q jednotka…C (coulomb [kulomb] podle fyzika Coulomba) Nejmenší nedělitelný elektrický náboj se nazývá elementární elektrický náboj - označuje se e - jeho nositeli jsou proton... +e elektron…–e (neutrony jsou elektricky neutrální) (jde o velmi malou jednotku, která by nevyhovovala praxi, proto byl za jednotku elektrického náboje zvolen 1C )

1 C = 6. 1018 e



- atom elektricky neutrální počet protonů a elektronů je stejný - atom elektricky nabitý počty protonů a elektronů jsou různé a) kladně nabitý…převažují protony b) záporně nabitý…převažují elektrony Zjišťování a měření elektrického náboje ELEKTROSKOP – přístroj pouze na zjištění elektrického náboje



ELEKTROMETR – přístroj na měření velikosti elektrického náboje



ELEKTRICKÉ POLE cíl: umět experimentálně zjistit, zda je v určité oblasti elektrické pole

- existuje kolem každého nabitého tělesa - nemůžeme ho přímo pozorovat a vnímat - ke znázornění elektrického pole navrhl anglický fyzik Faraday představu siločar = myšlené křivky, které vystupují z kladně nabitého a vstupují do záporně nabitého náboje (nebo tělesa)



Siločáry dvou opačných nábojů vedle sebe

STEJNORODÉ ELEKTRICKÉ POLE

- elektrické siločáry jsou rovnoběžné a stejně daleko od sebe



VODIVOST cíl: umět experimentálně ověřit, zda je látka elektrický vodič nebo nevodič

Různé látky mají různou schopnost přenášet elektrický náboj - mají různou vodivost. Vodivost látek závisí především na počtu volných nábojů v jejich struktuře - mohou jimi být volné elektrony (v kovech) - kladné a záporné ionty (v kapalinách a plynech)

Podle vodivosti rozdělujeme látky do tří skupin: vodiče, nevodiče, polovodiče VODIČE - obsahují dostatek volných nábojů



kovy (Ag, Cu, Al…) roztoky solí a kyselin lidské tělo za určitých okolností plyny NEVODIČE - neobsahují téměř žádné volné náboje. Nevodiče se také nazývají izolanty neboli dielektrika. sklo, porcelán, guma, některé plasty, suchý vzduch apod. POLOVODIČE - jejich vodivost leží mezi vodiči a nevodiči, počet volných nábojů v



jejich struktuře se může měnit např. změnou teploty nebo osvětlením. křemík- prvek na výrobu polovodičových součástek (diody, mikroprocesory…)



ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ cíl: pochopit princip činnosti zdroje napětí, umět zvolit vhodný zdroj napětí pro daný spotřebič, změřit napětí mezi dvěma body obvodu, převádět jednotky napětí

- fyzikální veličina - značka…U - jednotka…V (volt) - měřidlo…voltmetr schématická značka paralelní zapojení k prvku

definice: Je to práce sil elektrického pole při přemísťování el.nábojů ve vodiči. Zdroje el.napětí - galvanické články Projekt " Škola hrou - počítače ve výuce kroměřížských základních škol". Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem


- Luigi Galvani, Alessandro Volta - funkce galvanického článku spočívá v přeměně chemické energie na elektrickou energii - dělí se na primární a sekundární (akumulátory) a) primární články - poskytují drahou energii, jsou jen „na jedno použití“(po vybití = nebezpečný odpad). (tužková baterka, plochá baterka,…)

Nejjednodušší galvanický článek se



skládá z elektrolytu a dvou elektrod.

b)sekundární články - akumulátory, které se mohou opakovaně vybíjet a nabíjet



ELEKTRICKÝ PROUD cíl: pochopit podstatu elektrického proudu na základě částicové stavby látek, umět změřit el.proud v daném místě obvodu, převádět jednotky proudu

- André Marie Ampér - fyzikální veličina - značka…I jednotka…A (ampér) měřidlo…ampérmetr schématická značka

zapojení do obvodu

sériově



definice: Je to uspořádaný pohyb nabitých částic.

- v kovech jsou nabité částice volné elektrony - v kapalinách a plynech jsou to ionty Velikost el.proudu – je daná nábojem Q, který projde vodičem za čas t I=Q/t !!!aby vodičem procházel el.proud, musí být připojen ke zdroji napětí!!! El.proudy protékají i v lidském těle a jiných živých organismech. V lidském těle souvisí el.proudy s činností srdce a mozku.



EKG…elektrokardiograf EEG…elektroencefalograf EKG

EEG



Směr el.proudu dohoda…od + pólu zdroje k - pólu zdroje skutečnost… od - pólu zdroje k + pólu zdroje

Rychlost šíření el.proudu (tj.vzájemných nárazů jednotlivých částic s nábojem) je 300 000 000 m/s (= rychlost světla) (samotné částice urazí přitom jen několik mm/s)



VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V PLYNECH cíl: pochopit souvislost mezi bleskem a jevem vedení elektrického proudu v plynech

Plyny - za normálních podmínek nevodivé = izolanty - aby mohl plynem procházet elektrický proud, musí v něm vzniknout dostatečný počet elektricky nabitých částic - iontů - děj, při kterém se vytvářejí ionty, nazýváme ionizace – (např.zahřátím, radioaktivním zářením nebo působením silného el.pole – např.při bouřce, v zářivkách…) - elektrický proud v plynu = VÝBOJ V PLYNU



BLESK Blesk je obrovský elektrický výboj - typy blesků: jiskrový, kulový a) jiskrový - délka dráhy blesku je kolem 2-3 km - trvání 0,001 s - teplota 20 000°C i víc - je způsoben nevyvážeností elektrického náboje mezi dvěma mraky nebo mezi mrakem a povrchem Země - hrom je zvukový efekt, provázející blesk, vzniká prudkým zahřátím a rozpínáním vzduchu - ochrana - bleskosvody - kovové tyče s hrotem, postavené na nejvyšších místech budov a vodivě spojené se Zemí - vynálezci bleskosvodu jsou Projekt " Škola hrou - počítače ve výuce kroměřížských základních škol". Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem


Prokop Diviš a Benjamin Franklin

b)kulový

- vzniká při každé bouřce v místech zlomu jiskrového blesku - tvar : koule(prům.15-30cm), elipsoid, toroid - teplota: na povrchu 100°C uvnitř 300 - 400°C - barva: bílá, žlutá, namodralá - svítí jako 100W žárovka - pohyb: tichý, šumí, praská, kopíruje povrch



Země, obchází vodivé předměty - životnost: asi 10s - 1min, pak vybuchne nebo tiše vyhasne



ELEKTRICKÝ ODPOR cíl: pochopit podstatu elektrického odporu, umět porovnat odpor kovových drátů lišících se délkou, průřezem a materiálem, umět zapojit spotřebiče sériově a paralelně, umět určit jejich výsledný odpor

- fyzikální veličina - značka…R - jednotka…Ω (ohm)

- měřidlo…ohmmetr

George Simon Ohm

- definice: Je to schopnost elektrických vodičů vést elektrický proud. - elektrický odpor závisí na materiálu tvaru (délka, průřez) teplotě vodiče



Elektrický odpor vodiče je přímo úměrný jeho délce. Elektrický odpor vodiče je nepřímo úměrný obsahu příčného řezu drátu. Elektrický odpor vodiče závisí na materiálu vodiče. Elektrický odpor kovů se zvětšuje se stoupající teplotou.

Rezistor je elektrotechnická součástka

elektrotechnická značka rezistoru:



Spojení za sebou – sériově R = R1 + R2 U = U1 + U2 I = konstantní Sériově se zapojují do elektrických obvodů např.žárovky na vánočním stromku. spojení vedle sebe – paralelně I = I1 + I2 U = konstantní

Paralelně jsou spojeny elektrické spotřebiče v domácnosti. Každý spotřebič má vlastní větev, proto pracuje nezávisle na ostatních spotřebičích.



Shrnutí: Proud Napětí

Paralelní zapojení

Sériové zapojení

I = I1 + I2 U = U1 = U2

I = I1 = I2 U = U1 + U2

Odpor

R = R1 + R2

REOSTAT = nastavitelný rezistor schématická značka reostatu

- reostat se používá 1.

na změnu proudu v obvodě

2.

jako dělič napětí – tzv.potenciometr

(v praxi - na regulaci hlasitosti, basů a výšek, vypínače na regulování intenzity světla)



OHMŮV ZÁKON (pro část kovového vodiče) cíl: naučit se předpovědět změnu proudu v obvodu v závislosti na změně další veličiny, umět vypočítat jednu z veličin, jsou-li známy zbývající dvě, umět používat reostat k regulaci proudu v obvodu

Elektrický proud v kovech můžeme popsat několika vztahy, které slouží k výpočtu proudu, napětí, odporu, výkonu a energie. Ohmův zákon - vztah mezi elektrickým proudem, napětím zdroje a odporem spotřebiče - je jedním z nejdůležitějších zákonů elektrotechniky - objevil ho německý fyzik Georg Simon Ohm Elektrický proud procházející obvodem je tím větší, čím větší je napětí a čím menší je odpor.



Fyzikální veličina proud má značku I a jednotku A (ampér). Fyzikální veličina napětí má značku U a jednotku V (volt). Fyzikální veličina odpor má značku R a jednotku (ohm).

Ohmův zákon můžeme psát třemi způsoby: I = U / R nebo U = R . I nebo R = U / I



ELEKTRICKÁ PRÁCE, ENERGIE, VÝKON cíl: pochopit souvislost mezi elektrickou prací, energií a výkonem, orientovat se v příslušných matematických vztazích, umět porovnat velikost příkonu u běžných el.spotřebičů, vypočítat cenu el.energie spotřebované při činnosti el.spotřebiče

Při průchodu elektrického proudu vodičem konají síly elektrického pole práci. Tato práce se nazývá elektrická práce. Prochází-li vodičem, mezi jehož konci je napětí U, proud I po dobu t, vykoná elektrické pole práci: W = U.I.t příklad: Mezi svorkami elektrického spotřebiče je napětí 28 V. Spotřebičem prochází elektrický proud 200mA po dobu 60 s. Jakou elektrickou práci vykonají síly elektrického pole ve spotřebiči?

U = 28 V



t = 60 s I = 0,200 A W = ? [J] W = U.I.t W= 28 . 60 . 0,200 W = 336 J Síly elektrického pole vykonají ve spotřebiči práci 336 J.

Elektrická energie - protože elektrické pole koná práci, přisuzuje me mu energii, kterou nazýváme elektrická energie - pochází ze zdroje elektrického napětí



Výkon elektrického proudu Elektrický výkon je elektrická práce W vykonaná za dobu t elektrickým proudem I ve vodiči P=W/t=U.I S použitím Ohmova zákona můžeme výkon proudu vypočítat také ze vzorců: P = R.I2 nebo P = U2 / R Příkon spotřebiče Po - práce dodaná zdrojem za jednotku času Výkon spotřebiče - práce vykonaná tímto spotřebičem za jednotku času



Účinnost elektrického zařízení (éta) se vypočítá jako podíl výkonu a příkonu: P - výkon (jednotka W) Po - příkon (jednotka W) - účinnost (bezrozměrné číslo - nemá jednotku, často se vyjadřuje v procentech, např. účinnost 0,6 = 60%)

Elektroměr – měří spotřebovanou elektrickou energii (v kilowatthodinách) 1 kWh = 3600000 J



Člověk a příroda FYZIKA 9.ročník Kompetence, které se během výuky mohou plnit:

Kompetence k učení �� vyhledává a třídí informace a na základě jejich pochopení, propojení a systematizace je efektivně využívá v procesu učení, tvůrčích činnostech a praktickém životě �� operuje s obecně užívanými termíny, znaky a symboly, uvádí věci do souvislostí, propojuje do širších celků poznatky z různých vzdělávacích oblastí a na základě toho si vytváří komplexnější pohled na přírodní jevy �� samostatně pozoruje a experimentuje, získané výsledky porovnává

Kompetence k řešení problémů �� samostatně řeší problémy; volí vhodné způsoby řešení; užívá při řešení problémů logické, matematické a empirické postupy �� ověřuje prakticky správnost řešení problémů

Kompetence komunikativní �� formuluje a vyjadřuje své myšlenky a názory v logickém sledu, vyjadřuje se výstižně, souvisle a kultivovaně v písemném i ústním projevu



�� rozumí různým typům textů a záznamů, obrazových materiálů, běžně užívaných gest, zvuků a jiných informačních a komunikačních prostředků �� využívá informační a komunikační prostředky a technologie pro kvalitní a účinnou komunikaci s okolním světem

Kompetence sociální a personální �� účinně spolupracuje ve skupině, podílí se společně s pedagogy na vytváření pravidel práce v týmu �� podílí se na utváření příjemné atmosféry v týmu

Kompetence občanská �� chápe základní ekologické souvislosti a environmentální problémy

Kompetence pracovní �� používá bezpečně a účinně materiály, nástroje a vybavení, dodržuje vymezená pravidla



ELEKTROMAGNETICKÉ JEVY MAGNETISMUS cíl: naučit se na konkrétních příkladech jevů ukázat magnetické vlastnosti látek, pochopit princip magnetizace, princip vzájemného silového působení mezi magnety

= schopnost tělesa přitahovat předměty z feromagnetických materiálů (např. ocel, železo, nikl, kobalt) - rozdělení magnetů a) přírodní = nerost magnetovec



b) umělé = ferity (tvar tyče, válce, podkovy, koule)

- části magnetu – 2 póly a mezi nimi netečné pásmo



- okolo magnetu působí MAGNETICKÁ SÍLA v tzv. MAGNETICKÉM POLI (důkaz: železné piliny, které se položí do tvaru oblouků = magnetické indukční čáry)

Vzájemné silové působení magnetů souhlasné póly se odpuzují nesouhlasné póly se přitahují



Magnetické pole (MP) Země - magnetické póly nejsou totožné se zeměpisnými póly - magnetické póly se na zeměkouli stěhují - využití MP Země – kompasy, buzoly

V současné

ní nikdo schopen říci, jak

do ne dlouho



Magnetizace = přeměna tělesa z feromagnetické látky na magnet a) dočasně – tzv. magneticky měkká ocel b) trvale – tzv. magneticky tvrdá ocel (využití: diskety, disky, platební karty, magnetická rezonance)



ELEKTROMAGNETISMUS cíl: umět prakticky předvést vznik indukovaného proudu, naučit se rozlišovat zdroje napětí na střídavé a stejnosměrné, pochopit princip činnosti transformátoru, pochopit vzájemné vztahy mezi veličinami popisující střídavý proud, pochopit pozitivní a negativní vliv střídavého elektrického proudu na člověka, naučit se základní pravidla bezpečnosti při práci s elektrospotřebiči

- dánský fyzik Oersted: MP existuje nejen okolo magnetů, ale taky okolo vodičů s elektrickým proudem

(ukázal na souvislost mezi elektřinou a magnetismem, neboť EP vyvolalo vznik MP)



- výborné výsledky vykazoval vodič smotaný do několika závitů = cívka

- teče-li cívkou proud, vzniká kolem MP, jehož velikost závisí na počtu závitů cívky a na procházejícím proudu



Elektromagnet = cívka s jádrem z magneticky měkké oceli (toto jádro se při průchodu el.proudu stává magnetem - využití: kovošroty)

- anglický fyzik Faraday: platí to i naopak ? - vyvolá MP vznik EP ?

Faraday objevil princip ELEKTROMAGNETICKÉ INDUKCE: = jev, kdy při změně MP v okolí cívky vzniká v obvodu cívky proud



K elektromagnetické indukci může dojít různým způsobem: pohybem permanentního magnetu nebo elektromagnetu v blízkosti cívky pohybem cívky v blízkosti permanentního magnetu nebo elektromagnetu změnou proudu v primární cívce - do primární cívky přivádíme proud ze zdroje, sekundární cívka je nasunuta na společném jádře s primární. Změna velikosti proudu v primární cívce vyvolá indukci napětí na sekundární cívce. Jde o základní princip transformátoru.





STŘÍDAVÝ PROUD - výroba založena na jevu elektromagnetické indukce (vzájemný pohyb cívky a magnetu)

Otáčením závitu v magnetickém poli vzniká v obvodu STŘÍDAVÝ PROUD. - doba jedné otočky se nazývá perioda, má značku T a jednotku s (sekunda) - počet period za sekundu se nazývá frekvence (kmitočet), má značku f a jednotku Hz (hertz) - frekvence střídavého proudu v naší energetické síti je 50-60 Hz - mezi periodou a frekvencí platí jednodu-



ché vztahy T = 1 / f

a

f=1/T

- průběh střídavého proudu se pravidelně (periodicky) opakuje - grafickým znázorněním závislosti střídavého proudu na čase je křivka sinusoida

schéma rozvodné energetické sítě:



Zásuvka (síťová) - v domácnosti

Do zásuvky jsou přivedeny tři vodiče: fázový vodič - mezi ním a zemí je napětí 230 V. V zásuvce musí být vždy vlevo a zapojen musí být vodičem s černou izolací. !!!V případě dotyku= zasažení elektrickým proudem! Elektrikáři ho hovorově nazývají "fáze". nulový vodič - mezi ním a fázovým vodičem je napětí 230 V, proti zemi 0 V. V zásuvce musí být vždy vpravo a zapojen musí být vodičem s modrou izolací. Spolu s fázovým vodičem tvoří dva póly, na které se připojují spotřebiče. Elektrikáři ho hovorově nazývají "nulák".



ochranný vodič — mezi ním a fázovým vodičem je napětí 230 V, proti zemi 0 V. V zásuvce je připojen na kolík a zapojen musí být vodičem se žlutozelenou izolací. Je určen k tomu, aby se na něj připojil kryt kovových spotřebičů. V případě, že by se totiž na tento kryt dostalo (např. poruchou spotřebiče) elektrické napětí, zajistí, aby bylo svedeno do země. !!! I přesto, že spotřebič bez něj bude fungovat, je velice důležitý, protože ochrání v případě poruchy spotřebiče od zásahu elektrickým proudem! Spotřebiče s kovovým krytem nesmí být bez ochranného vodiče provozovány! Správné zapojení zásuvky je na obrázcích:



jističe = ochranný prvek v rozvodné síti



POLOVODIČE cíl: na základě pochopení vnitřní struktury prvků pochopit vznik jednotlivých typů polovodičů, umět se orientovat v periodické tabulce prvků, pochopit fyzikální děj v P-N přechodu, vytvoření představy o činnosti polovodičových součástek v praxi

- vedou elektrický proud jen za určitých podmínek (změna osvětlení, teploty, přidání příměsí) - rozdělení: 1.vlastní (čisté) 2.nevlastní (příměsové) 1.vlastní polovodiče - Ge, Si, Se, Te, Bi 2.nevlastní polovodič typu N

polovodič typu P



- v nevlastních polovodičích zprostředkuje elektrický proud jen jeden typ volných částic s nábojem (elektrony nebo díry) Diodový jev - nastává při přechodu 2 typů polovodičů - v místě rozhraní vzniká přechod PN, který se vyznačuje usměrňovací vlastností = propouští elektrický proud jen jedním směrem bez zdroje napětí:



propustný směr:

závěrný směr:

Polovodičová dioda

- schématická značka: - prvek s jedním přechodem PN - nejjednodušší polovodičová součástka - polovodič P je připojen k elektrodě



nazývané anoda, polovodič N je připojen ke katodě - slouží k usměrnění střídavého proudu a umožňuje tak napájení stejnosměrných spotřebičů ze střídavé sítě LED dioda

fotodioda

baterie slunečních článků



využití: je součástí zařízení, která převádí osvětlení na elektrické napětí Tranzistor

- schématická značka - je tvořen 2 přechody PN - slouží k zesilování proudu Integrovaný obvod – velké množství polovodičových součástek na malé ploše



Termistor

- sch.značka

- použití: teplotní čidla, teploměry



AKUSTIKA cíl: umět porovnat šíření a vnímání světla a zvuku v různých prostředích, experimentálně dokázat chvění částic tělesa jako zdroje zvuku, naučit se pochopit vzájemný vztah mezi veličinami popisující zvuk, pochopit negativní vliv zvuku nadměrné intenzity na člověka

= nauka o zvuku - zvuk - rozruch vycházející z chvějícího se tělesa a šířící se prostředím (chvění vzniká při kmitání částic tělesa a šíří se VLNĚNÍM pomocí vln)

- chvění pravidelné - vznik tónu - chvění nepravidelné vznik hluku



podmínky slyšení zvuku = zdroj + prostředí + zdravé ucho zdroj zvuku - chvějící se těleso, které rozkmitá částice okolního prostředí př.: hlasivky, struny, blány, vzduch v trubici, křídla a nohy hmyzu, ladička,… šíření zvuku - pouze „hmotným“ prostředím !!!ne ve vakuu!!! a) vodiče zvuku - ocel, voda, vzduch b) zvukový izolant - vakuum



rychlost zvuku - ve vzduchu…340 m/s tzv. 1 MACH ve vodě…1460 m/s v oceli…. 5000 m/s ucho - kmitající část = bubínek



- slyšíme zvuky v rozmezí frekvence 16 Hz -16 000 Hz (frekvence lidské řeči je okolo 1000 Hz) - je-li frekvence nižší než 16 Hz...tzv.infrazvuk - je-li frekvence vyšší než 16kHz…tzv.ultrazvuk Vyšetření pomocí ultrazvuku:



Dorozumívání kosatek infrazvukem:

využití ultrazvuku… využití infrazvuku…

charakteristiky zvuku 1) frekvence = kmitočet - jednotka Hz (hertz) 2) hlasitost = intenzita - jednotka…B (bell) v praxi 1 decibel dB = 0,1B



Odraz zvuku - nastává při nárazu zvuku na překážku ozvěna - pokud je překážka vzdálena víc jak 17m Dozvuk - prodloužení původního zvuku



JADERNÁ FYZIKA - zkoumá stavbu a vlastnosti atomového jádra

STAVBA ATOMU cíl: na základě znalostí z chemie ovládat stavbu atomu prvku, zejména atomového jádra



Základní složení atomu Elektronový obal elektron

J. J. Thomson, 1897

Atomové jádro proton

E. Rutherford, 1913

neutron

J. Chadwick, 1932

nukleony

společný název pro protony a neutrony



RADIOAKTIVITA (RA) cíl: pochopení radioaktivity jako průvodního jevu přeměny atomových jader, naučit se rozlišit negativní a pozitivní vliv radioaktivity na člověka

= schopnost některých (nestabilních) atomových jader přeměňovat se ve stabilní atomová jádra a vyzařovat přitom neviditelné pronikavé záření - přirozená – r.1896 - probíhá samovolně (M.C.Sklodowská+Becquerel)



- umělá - r.1934 - probíhá v laboratoři (Irena Sklodowská)

Marie Curie Sklodowská - Polka žijící ve Francii - 2 Nobelovy ceny 1903 za fyziku – objev přirozené RA 1911 za chemii – objev 2 prvků Polonium - Po Radium - Ra - výzkum jáchymovského smolince = uranová ruda)



Pierre Curie

původní laboratoř M.a P.Curieových

Jáchymovský smolinec

uran - v čisté formě se nevyskytuje - známý už ve starověkém Řecku - rozpuštěn v říční i mořské vodě - k nám dovoz z Ruska - štěpný uran je 3milionkrát výhřevnější než uhlí



Radioaktivita z přírody

Měření RA – přístroje dozimetry



- typy RA záření

- ochrana kůží, listem papíru - zdroj např. plyn radon v podloží, stavebních hmotách, jídlo b) beta - - ochrana tenkým Al plechem - zdroj např. lékařské přístroje c) gama - - ochrana vrstva betonu, těžké kovy (Pb) - zdroj např. jaderný reaktor d) neutronové - ochrana silnou vrstvou vody, betonu, bóru - zdroj např. jaderný reaktor, atomová bomba a) alfa -



Využití RA ve zdravotnictví - radiofarmaka: při léčení zhoubných nádorů štítné žlázy se zářič dostane přímo do ložiska nádoru, jeho účinek se omezuje prakticky jen na ozařovaný nádor - radioterapie: zhoubné nádory se ozařují zdroji, umístěnými mimo tělo pacienta - radiochirurgie: k operacím, například mozku, se využívá pronikavé záření Leksellův gama nůž

počítačový tomograf

Leksellův gama nůž



- balneologie: používání radioaktivních koupelí má dlouhou tradici, např. v lázních Jáchymov - hl. nemoci pohybového ústrojí Využití RA v průmyslu, zemědělství, archeologii



ŠTĚPNÁ REAKCE cíl: pochopení principu štěpné reakce, rozlišení řízené a neřízené štěpné reakce

- souvisí s atomovým jádrem - uvolňuje se při ní obrovské množství energie podle Einsteinovy rovnice E = m .c2 - poprvé provedena v r.1939 v Německu (Hahn, Strassmann, Meitnerová)

- schéma:



- typy - a) řízená (v elektrárnách)

b) neřízená (při jaderné havárii, v jader. zbraních)



JADERNÁ ELEKTRÁRNA cíl: pochopit princip činnosti JE, rozlišit typ JE Černobyl a Temelín, Dukovany, orientovat se v různých možnostech uložení jaderného odpadu, resp.vlivu na zdraví člověka

primární o.

sekundární o.

chladicí o.

schéma reaktoru:

Enrico Fermi



princip činnosti JE : štěpná reakce uvolnění energie voda pára turbína generátor transformátor rozvodná energetická síť



Jaderný odpad = vyhořelé palivové články - 4-5 let v bazénu vedle reaktoru - pak 40 let v kontejnerech v suchém meziskladu na území JE - trvalé úložiště (podzemí)



Černobyl ( 26.4.1986 ) - destrukce jednoho ze čtyř reaktorů - zanedbání bezpečnostních pravidel (odstavení havarijních tyčí a snaha o max.výkon) - po havárii vytvořen tzv.sarkofág (120 tun nevyhořelého paliva)



JADERNÉ ZBRANĚ cíl: získat základní přehled o jednotlivých typech atomových zbraní

Robert Jacob Oppenheimer = otec atomové bomby - konstruktér Albert Einstein = teorie k výrobě bomby

- tajný vojenský projekt Manhattan - poušť Nevada, středisko Los Alamos v Novém Mexiku



Národní laboratoř Los Alamos, Nové Mexiko, USA

- bomby Little boy a Fat man použity v Japonsku (2.sv.válka) 6.9.1945 – Hirošima 9.9.1945 – Nagasaki



VESMÍR VZNIK VESMÍRU cíl: pochopení podstaty Velkého třesku a dalšího vývoje vesmíru, naučit se popsat objekty ve vzdáleném vesmíru mimo Sluneční soustavu (zejm. galaxie, hvězdy, černé díry), pochopit princip termojaderné fúze, ovládat jednotky délky pro rozměry vesmíru, seznámení se s problematikou UFO, činnosti NASA a ESA

- asi před 13,7 mld let došlo k „explozi“ hmoty, prostoru a času – tzv.Velký třesk (Big Bang) - teorie poprvé uveřejněna v r.1948 (vědci USA v čele s Gamovem - Rus) - nejdříve vznikly elementární částice p,n,e pak prvky H,He,…,sloučeniny,….



- rozpínání vesmíru (potvrdil astronom Hubble svým zákonem o vzdalování se galaxií) - smršťování vesmíru (Velký křach) - v r.1951 přijala teorii Velkého třesku katolická církev



Jednotky používané pro vzdálenosti ve vesmíru: AU (astronomická jednotka) =1,5.108 km… (vzdálenost Z-S) ly (světelný rok) = 63,3 tisíc AU…(vzdálenost, kterou urazí světlo za 1 pozemský rok) pc (parsek) = 3,26 ly



GALAXIE = obrovský systém hvězd, mezihvězdného prachu a plynu - vše je vázáno vzájemnou gravitací - hrubý odhad: v pozorovatelném vesmíru existuje okolo 120 mld galaxií - tvar: nejčastěji spirála (zboku disk)

- názvy: naše = Galaxie (obsahuje pás



Mléčné dráhy)

Slunce je jedna z 200 miliard hvězd v této spirální galaxii



Velké a Malé mračno Magellanovo

galaxie Andromedy



NGC 3953

vzdálená 55 milionů světelných let s průměrem 95 000 světelných let



HVĚZDY - září vlastním světlem! - materiál - plyn H, He (plazma) - teplota - povrch: 1500 -100 000 °C střed : 13 mil.°C - světlo a teplo hvězdy pochází z termojaderné fúze (opak štěpné reakce, spojování atomových jader H a He)



- fáze „života hvězdy“(typu našeho Slunce) Celý vývoj hvězdy trvá minimálně miliony a maximálně stovky miliard let. Nejsme tedy prakticky schopni zkoumat vývojové změny na jedné hvězdě.

1. zrod z mlhovin (mračno prachu, H)

2. shlukování částí mlhovin do útvarů, rotace, vznik mladé protohvězdy



3. obři (rudí a červení) naše Slunce = rudý obr je staré 5-6 mld let (celkem 10mld let)

4.„umírání“ hvězdy = výbuch dále pak možnosti:

bílý trpaslík

černá díra

neutr.hvězda

(konec našeho Slunce)



VÝZKUM VESMÍRU

NASA (National Aeronautics and Space Administration, Národní úřad pro letectví a kosmonautiku) je americká vládní agentura zodpovědná za americký kosmický program a všeobecný výzkum v oblasti letectví.

Evropská kosmická agentura (ESA, European Space Agency) je mezivládní organizace pro využití vesmíru, která má v současnosti 18 členských států. Sídlo jejího ředitelství je v Paříži. Kosmodrom ESA je v jihoamerické Francouzské Guyaně.


FYZIKA ROČNÍK

Recommend Documents