MASARYKOVA UNIVERZITA. Elektronické obvody v základním vzdělávání

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra fyziky

Elektronické obvody v základním vzdělávání Bakalářská práce

Brno 2009

Vedoucí práce: Mgr. Ladislav Dvořák

Autor práce: Marcela Dvořáková

Bibliografický záznam DVOŘÁKOVÁ, Marcela. Elektronické obvody v základním vzdělávání. Brno, 2009. 55 s. Masarykova univerzita, Fakulta pedagogická, Katedra fyziky. Vedoucí bakalářské práce Mgr. Dvořák Ladislav.

Anotace Bakalářská práce „Elektronické obvody v základním vzdělávání“ se zabývá využitím jednoduchých elektronických obvodů na základních školách. Učitelé ve většině případů nemají dostatek finančních prostředků na nákup drahých, elektronických stavebnic, proto jsem se rozhodla pro zpracování této problematiky a vytvoření jednoduché elektronické stavebnice jako didaktickou pomůcku pro vyučující. Na elektronických stavebnicích si žáci mohou ověřit své teoretické znalosti. Mohou se také přesvědčit o správnosti zapojení. Obvody jsou přizpůsobeny pro žáky základních škol, proto jsou jednoduché a snadné pro zapojení. V práci jsou uvedeny možnosti zapojení i následné realizace.

Annotation This thesis „Electric circuits in the primary schools “ adress the use of simple elecric circuits in the priary schools. As schools do not usually have the assets for purchase of expansive electronic building sets I have decided to look closely at this topic and create a simple electronic bilding set as a didactic aid for educationalists. Students can test their theoretical knowledge on theese building sets and make sure that their wiring was correct. As circuits are optimalized for the pupils who are attending primary schools their wiring and connections are simple. There are possible wirings and executions of the projects mentioned in this thesis.

Klíčová slova Elektronické obvody, učitel, základní škola, elektronická stavebnice, didaktické pomůcky, diody.

Keywords Electric circuits, teacher, primary school, electronic component, diode.

Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracovala samostatně a použila jen prameny uvedené v seznamu literatury.

---------------------------------------------V Brně, dne 15. dubna 2009

Marcela DVOŘÁKOVÁ

Poděkování Ráda bych poděkovala svému vedoucímu bakalářské práce Mgr. Ladislavu Dvořákovi za metodickou a pedagogickou pomoc, při zpracování mojí bakalářské práce. Děkuji i firmě elektro-Dvořák, která mi darovala součástky k praktické části mé bakalářské práce.

Obsah ÚVOD.......................................................................................................................................................... 1 1.

PROČ ELEKTROTECHNIKA NA ZÁKLADNÍ ŠKOLE? ........................................................ 2 1.1 ELEKTRICKÝ PROUD .................................................................................................................. 2 1.1.1 Stejnosměrný proud.............................................................................................................. 2 1.1.2 Střídavý proud...................................................................................................................... 3 1.2 ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ .................................................................................................................. 3 1.3 ELEKTRICKÝ ODPOR ........................................................................................................................... 3

2.

ZÁKLADNÍ POJMY V ELEKTROTECHNICE.......................................................................... 3 2.1 SOUČÁSTKY S PROMĚNNOU HODNOTOU ODPORU ............................................................................... 4 2.2 ŽÁROVKA / LED DIODA..................................................................................................................... 4 2.3 VÝHODY A NEVÝHODY TECHNOLOGIE ............................................................................................... 5 2.4 PŘEPÍNAČ ........................................................................................................................................... 7 2.5 BZUČÁK ............................................................................................................................................. 7 2.5.1 Piezoelektrický jev ..................................................................................................................... 8

3.

NAVRŽENÍ ŘEŠENÍ....................................................................................................................... 8 3.1 BEZPEČNOST V ELEKTROTECHNICE .................................................................................................... 8 3.1.1 Rozdělení elektrických zařízení ................................................................................................. 9 3.1.2 Spojení a styk elektrických obvodů........................................................................................ 10 3.1.3 Oddělení elektrických obvodů ................................................................................................ 10 3.2 ZNAČENÍ VODIČŮ A SVOREK ELEKTRICKÝCH PŘEDMĚTŮ ................................................................. 11 3.2.1 Písmeno-číslicový způsob........................................................................................................ 11 3.2.2 Barevné značení vodičů........................................................................................................... 11 3.3 KRYTÍ ELEKTRICKÝCH ZAŘÍZENÍ ...................................................................................................... 13 3.4 ÚRAZ ELEKTRICKÝM PROUDEM ........................................................................................................ 13 3.4.1 Účinky elektrického proudu na lidský organismus .................................................................. 13 3.4.1 Rozdělení prostorů z hlediska úrazu elektrickým proudem ..................................................... 14 3.5 OCHRANA PŘED ÚRAZEM ELEKTRICKÝM PROUDEM ......................................................................... 14 3.5.1 Třídy ochran elektrických zařízení .......................................................................................... 15 3.6 PRVNÍ POMOC PŘI ÚRAZU ELEKTRICKÝM PROUDEM ......................................................................... 15 3.6.1 Zásady první pomoci .............................................................................................................. 15 3.6.2 Kardiopulmonární resuscitace ............................................................................................... 16

4.

VLASTNÍ ŘEŠENÍ ........................................................................................................................ 17 4.1 SPOJOVÁNÍ ....................................................................................................................................... 17 4.1.1 Spojování rozebíratelné.......................................................................................................... 17 4.1.2 Spojování nerozebíratelné ....................................................................................................... 17 4.2 SCHÉMA ZAPOJENÍ ........................................................................................................................... 20 4.3 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 1............................................................................................................... 21 4.4 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 2............................................................................................................... 21 4.4 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 2............................................................................................................... 22 4.5 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 3............................................................................................................... 24 4.6 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 4............................................................................................................... 26 4.7 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 5............................................................................................................... 27 4.8 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 6............................................................................................................... 29 4.9 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 7............................................................................................................... 30 4.10 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 8............................................................................................................. 32 4.11 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 9............................................................................................................. 33 4.12 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 10........................................................................................................... 34 4.13 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 11........................................................................................................... 36 4.14 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 12........................................................................................................... 37 4.15 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 13........................................................................................................... 38 4.16 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 14........................................................................................................... 39

4.17 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 15........................................................................................................... 40 4.18 LABORATORNÍ ÚLOHA Č. 16........................................................................................................... 41 4.19 FOTKY ZAPOJENÍ ............................................................................................................................ 42 ZÁVĚR ................................................................................................................................................... 49 POUŽITÁ LITERATURA...................................................................................................................... 50 SEZNAM PŘÍLOH.................................................................................................................................. 52 PŘÍLOHY................................................................................................................................................. 53

Úvod Téma své bakalářské práce jsem si vybrala, protože se domnívám, že výuka na základní škole by měla být více názorná. Řada dospělých nechápe problematiku elektroniky – elektrotechniky a potřebuje více praktických příkladů už v základním vzdělání. Můj zájem o elektroniku vznikl právě na základní škole, kdy po dlouhé práci se konečně rozsvítila určená žárovka v zadaném schématu. Na základě svého vlastního zážitku jsem se rozhodla pro napsání této bakalářské práce, aby bylo více nadšených a zaujatých lidí pro elektroniku – fyziku. Hlavním cílem mojí bakalářské práce je, aby si žáci mohli vyzkoušet své teoretické znalosti i v prakticky. Zaměřila jsme se na jednoduché obvody, které bych použila mezi prvními praktickými úlohami na základní škole. Ve své práci jsem se snažila najít řešení finančního problému všech učitelů, kteří by rádi ukazovali dětem pokusy a názorně jim předváděli teoretické znalosti v praxi, ale nemají dostatek financí. V mojí práci se budu zabývat navržením didaktické pomůcky podobné elektronické stavebnici, kterou by si případně mohli učitelé vytvořit i sami a nestálo by je to celý jejich plat.

1

1. Proč elektrotechnika na základní škole? Elektronika je všude kolem nás. Řekla bych, že v naší republice není moc lidí, kteří si dokážou život bez elektřiny představit a to se nezmiňuji o západních zemích, kde jsou ještě lenošnější, než je náš národ. Ve většině domácností pere pračka, hraje rádio, vrčí počítač, svítí žárovky, … I malé dítě si umí zapnout světlo, je to přeci jen pouhé stisknutí tlačítka na stěně, ale elektrikáři vědí, že to tak není. Stisknutím tlačítka to teprve začíná, ale to řada lidí už raději ignoruje, protože neví, jak to funguje, a proč to tak je. Již na základní škole se setkáváme s jednoduchými elektronickými obvody a je důležité, aby byly vyloženy a pochopeny správně. Vždyť v dnešní době se bez elektřiny už neobejdeme, a abychom kvůli výměně žárovky volali elektrikáře, ze strachu z poranění elektrickým proudem, je zbytečné. Elektronika je velmi zábavná věda a tím nabízí široké pole pro domácí kutily a ostatní, kteří si chtějí postavit jednoduché obvody, ať již za účelem zábavy, nebo rozsvícení vánočního stromečku. Existují i hry, které zábavnou formou dokážou žáky naučit, jak funguje elektrický obvod a z jakého důvodu svítí žárovka.

1.1 Elektrický proud Elektrický proud označujeme I, jednotkou je ampér, I = [A]. Elektrický proud nemůžeme vidět, ale jeho účinky pozorovat dokážeme. Elektrický proud má magnetické účinky v okolí vodiče, kterým protéká, což můžeme lehce určit pomocí magnetické střelky kompasu. Pomocí elektrolýzy též můžeme určit elektrický proud, protože kladné náboje ve vodním roztoku se začnou usazovat na katodě a k anodě se začnou přitahovat záporně nabité části v roztoku. Elektrický proud měříme pomocí ampérmetru, který musí být zapojen do obvodu sériově.

1.1.1 Stejnosměrný proud Označení stejnosměrného proudu je DC, -, =. Stejnosměrný proud se ve směru ani velikosti nemění, takže teče stále stejným směrem, se stálým počtem elektronů za sekundu. Grafické znázornění je v seznamu příloh č.1.

2

1.1.2 Střídavý proud Označení střídavého proudu je AC, ~. Střídavý proud pravidelně mění svou velikost i směr, takže volné elektrony se pohybují sem a tam, a to v obou směrech stejně daleko. Grafické znázornění je v seznamu příloh č. 2.

1.2 Elektrické napětí Elektrické napětí označujeme U, jednotkou je volt, U = [V]. „Elektrické napětí vzniká při vzdalování opačných nábojů“ TOKOZ (1, 20). Nulové napětí je, když jsou náboje v těsné blízkosti. Jakmile je od sebe kousek odtáhneme, tak způsobíme zvýšení napětí. Pro lepší představu jsem uvedla v příloze pod číslem 3 obrázek. Elektrické napětí měříme voltmetrem, vždy paralelně ke spotřebiči.

1.3 Elektrický odpor Elektrický odpor označujeme R, jednotkou je ohm, R = [Ω]. „Každý elektrický odpor má rezistenci, tedy klade elektrickému proudu elektrický odpor, který musí být překonáván elektrickým napětím.“ TOKOZ (1, 24). Součástky, vykazující elektrický odpor, nazýváme rezistory. Rezistory se označují číselnou hodnotou nebo barevnými pruhy, tabulku pro převod na číselnou hodnotu jsem uvedla v příloze pod číslem 4. Obr. 1 Modul - rezistor

2. Základní pojmy v elektrotechnice. Elektrická energie má oproti ostatním energiím výhodu v přenosu a lehké dostupnosti. Lehko ji také můžeme přeměnit v jinou energii (tepelnou, světelnou, mechanickou aj.). Elektrický proud protéká pouze v uzavřeném obvodě. Obvod se uzavírá pomocí vodičů, kterými jsou převážně kovy, ale také uhlík, vlhké dřevo a zem. Dokonce i mnohé kapaliny jsou vodivé. V obvodě musí být minimálně jeden zdroj napětí, spotřebič a potřebné propojovací vodiče.

3

2.1 Součástky s proměnnou hodnotou odporu Součástka

s proměnnou

hodnotou

odporu,

nebo-li

proměnný odpor, je konstruován dvěma způsoby. První způsob je nastavování požadované hodnoty odporu pomocí nástroje (např. šroubovákem). Tato součástka se nazývá odporový trimr a je prioritně určen na přesné doladění potřebné hodnoty odporu v obvodu. Druhý způsob se nazývá potenciometr a užívá se pro častou změnu hodnoty odporu (např. ovládání hlasitosti Obr. 2 Modul - Potenciometr u rádia). Potřebná hodnota odporu se nastavuje pohyblivým (otočným) kontaktem. U tohoto prvku máme 3 vývody označované jako E (vstup), S (jezdec, pohyblivý kontakt), A (výstup). Ve své práci jsem použila drátový potenciometr, kdy odporový vodič je navinut na keramickém prstenci kruhového průřezu, kde kovový otočný kontakt přejíždí po vinutí tohoto vodiče, a tím mění hodnotu odporu potenciometru. Obrázek pro lepší představu jsem uvedla v příloze pod číslem 5.

2.2 Žárovka / LED dioda Oba prvky slouží k přeměně elektrické energie na světlo. Tato přeměna může mít různé důvody, např. osvětlení interiéru, optická signalizace, funkčnost (nefunkčnost) zařízení. Důvodů, proč potřebujeme měnit elektrickou energii na světlo, je mnoho. Jedním z nejjednodušších zařízení na přeměnu elektrické energie na světlo je žárovka. Prochází-li tenkým vláknem žárovky elektrický proud, vlákno se zahřívá. Aby bylo emitováno světlo, musí se vlákno rozžhavit na velmi vysokou teplotu. Z tohoto principu vyplývá i největší nevýhoda žárovek, jelikož většina příkonu (někdy až z 96 %) je spotřebována na vyzařování tepla (tj. infračervené záření) a pouze 4 % příkonu tvoří viditelné světlo. Jelikož se vlákno Obr. 3 Modul- LED dioda rozžhavuje na velmi vysokou teplotu, za přítomnosti kyslíku by shořelo. Z tohoto důvodu je vlákno v baňce, ve které je vakuum či inertní plyny (dusík, argon, atd.), což zamezí

4

jeho shoření. Do baňky lze přidat i jiné plyny (např. methylenbromid, krypton), které zlepšují vlastnosti žárovky. LED dioda funguje na zcela jiném principu než žárovka. U LED diody (Light Emitting Diode) se generuje světelné záření průchodem proudu polovodičovým přechodem. Toto zařízení má však velmi úzké vyzařované spektrum, což je výhodné pokud chceme jednu barvu. Dle požadované barvy světla (vlnové délky vyzařovaného záření) se mění napětí mezi anodou a katodou. Toto napětí je zároveň závislé i na teplotě diody a na protékajícím proudu. Tím samozřejmě závisí i na typu použité směsi polovodičů, z nichž je dioda vyrobena, a v neposlední řadě i na technologii výroby dané diody. Není možné přímo emitovat bílé světlo. Bílé LED diody proto využívají luminofor. Bílá LED dioda emituje modré světlo, jehož část je přímo na čipu luminoforem transformována na žluté světlo a díky míšení těch barev, vzniká barva bílá. „Starší, bíle zářící diody, většinou obsahovaly trojici čipů vybíraných tak, aby bylo aditivním míšením v rozptylném materiálu vrchlíku dosaženo vjemu bílého světla.“ WIKIPEDIE (3)

2.3 Výhody a nevýhody technologie Žárovky - výhody: •

vysoce automatizovaná výroba, což znamená i levná

•

vynikající podání barev (Ra = 100 Ω)

•

možnost napájení stejnosměrným, nebo střídavým elektrickým rozvodem

•

různá napájecí napětí a příkony (normováno)

•

možnost přímého napájení z elektrické sítě

•

absence zdraví škodlivých látek

Žárovky - nevýhody:

lm ) W

•

nízká účinnost a měrný výkon (kolem 10-15

•

krátká životnost

•

s provozem postupně klesá světelný tok (obzvláště na konci životnosti) 5

•

velká závislost parametrů na napájecím napětí

LED diody - výhody: •

vyzařují více světla

•

nízká spotřeba a účinnost až 40 %

•

vyzařují jednu barvu (dle napětí), nepotřebují barevné filtry

•

dle pouzdra lze zvolit úhel vyzařování (je však nižší než u žárovek)

•

při „stmívání“ (snížení napájecího proudu) nemění svou barvu

•

jsou mechanicky odolné i vůči nárazům

•

nevadí jim částečné zapínání

•

mají extrémně dlouhou životnost, odhadovaná doba životnosti některých LED diod je mezi 100 000 a 1 000 000 hodin, neplatí pro výkonové LED diody

•

velice rychle se rozsvítí (rozsvícení trvá v řádu mikrosekund i méně)

•

snadné osazení do desky plošných spojů

LED diody - nevýhody: •

nejčastější příčinnou jejich selhání je postupný úbytek jasu

•

vyšší pořizovací náklady

•

výkonnost závisí na teplotě okolního prostředí

•

musí být napájeny správným proudem

•

vyzařují světlo jen v úzkém paprsku v jednom směru

•

světlo z bílých LED diod může zkreslovat barvy, jelikož neobsahuje celé spektrum na rozdíl od žárovky

•

některé modré a bílé LED diody jsou schopny poškodit zrak (vysoká intenzita světla)

6

2.4 Přepínač Přepínač je jednoduchá součástka, která se skládá ze dvou kontaktů a řídící páčky. Pohybem páčky můžeme vypínač uvést do dvou poloh. První polohu můžeme nazvat „Otevřeno“ což znamená, že oba dva kontakty jsou mezi sebou izolovány a elektrický proud neprotéká obvodem. Druhou

polohu

nazveme

„Zavřeno“

a v této poloze jsou kontakty mezi sebou Obr. 3 Modul - přepínač elektricky spojeny a obvodem protéká elektrický proud. Spínač má jinou schématickou značku, i když se chová velmi podobně. Pro názornost jsem v příloze uvedla obrázek pod číslem 6, kde jsou znázorněny schématické značky.

2.5 Bzučák Poslední z použitých součástek se jmenuje piezoelektrický bzučák. Jedná se o zařízení, které umožňuje převést elektrický signál na zvukové vibrace tak, jako reproduktor. Na rozdíl od reproduktorů, které obecně fungují na základě elektromagnetismu,

piezoelektrický

bzučák

vykonává svoji činnost právě za pomoci využití tzv. piezoelektrického efektu. Jde o fyzikální jev, podle něhož se po přivedení elektrického napětí Obr. 4 Modul - bzučák mezi dva body zvláštního materiálu, jako je krystal křemene, tento materiál deformuje. Bzučák je vybaven malou membránou připojenou ke krystalu a každá mechanická vibrace se přeměňuje na zvukovou vibraci, která se šíří vzduchem. K vytvoření zvuku je třeba, aby deformace krystalu vyvolala pohyb membrány směrem dopředu i dozadu. Pro spínaní bzučáku jsem přidala do součástek i tlačítko, které pracuje podobným způsobem jako spínač.

7

2.5.1 Piezoelektrický jev Tento jev se zabývá vznikem elektrických nábojů na plochách některých krystalů, které nemají střed symetrie, při jejich mechanickém namáhání. Při mechanickém namáhání vzniká náboj úměrný k působící síle. Pro tento jev je především vhodný krystal křemene, krystaly vinanu sodnodraselného, fosforečnanu amonného a titaničnanu barnatého. Jev probíhá i v opačném směru.

3. Navržení řešení Pro řešení problematického vyučování elektrických vlastností ve fyzice jsem navrhla řadu obvodů, kde si žáci mohou vyzkoušet své teoretické vědomosti a znalosti z hodin fyziky i výpočetní techniky. Pro jednoduché zapojení obvodů by měli znát bezpečnost práce v elektrotechnice, které se budu ještě dále věnovat, ale i vlastnostem elektrického proudu a napětí. Při praktickém zapojování jednoduchých prvků do obvodu můžou žáci vidět okamžité účinky proudu (rozsvícení žárovky). Řekla bych, že je velmi důležité vyzkoušet si zapojit jednoduchý obvod pro názornost a pochopení a hlavně upevnění vědomostí o elektrotechnice, která je všude kolem nás.

3.1 Bezpečnost v elektrotechnice Bezpečnost v elektrotechnice je velmi důležitá, protože nedodržování bezpečnostních předpisů může způsobit smrtelná zranění. V mojí stavebnici nemůže dojít k smrtelnému zranění, protože zdrojem napětí jsou galvanické články, které nemají takové napětí, aby smrtelně ublížily člověku. Bezpečnostní předpisy ale musí znát každý člověk, který pracuje s elektronickými prvky, a proto i já se musím ve své práci zabývat bezpečností v elektrotechnice. Elektronické zařízení využívá účinků elektrických nebo elektromagnetických jevů. Skládají se z elektronických obvodů, elektrické instalace a elektrických předmětů. Živá

8

část elektronického zařízení je ta část, která je za normálního provozu elektronického zařízení určena k vedení elektrického proudu a je pod napětím. Neživá část elektronického zařízení je ta vodivá část, která není za normálního provozu elektrického zařízení určena k vedení elektrického proudu a není pod napětím. Elektrický předmět je konstrukční část, nebo sestava či celek, který se připojuje do elektrického obvodu. Elektrický spotřebič, je elektrické zařízení, určené k přeměně elektrické energie v jinou formu energie – světlo, teplo, apod.

3.1.1 Rozdělení elektrických zařízení

podle účelu:

silová sdělovací řídící zvláštní

podle druhu proudu:

stejnosměrná střídavá střídavá zařízení silová střídavá zařízení sdělovací

podle nebezpečí úrazu: silnoproudá zařízení slaboproudá zařízení

podle provozní spolehlivosti:

zařízení se zvýšenou provozní spolehlivostí zařízení s obvyklou provozní spolehlivostí jednoduchá zařízení

9

podle napětí: viz tabulka

Kategorie napětí

Označení napětí

Název napětí

I

mn

malé

II

nn

nízké

A

vn

vysoké

Jmenovitá napětí U v izolované v uzemněné soustavě soustavě mezi vodiči mezi vodiči Mezi vodiči a zemí U ≤ 50 V 50 V < U ≤ 600 V 0,6 kV < U < 30 kV 30 kV ≤ U < 171kV

U ≤ 50 V

50 V U ≤ 50 V U ≤ 1000 1000 V V 1 kV < U 1 kV < U < 52 <52 kV kV 52 kV ≤ U < 52 kV ≤ U < 300 kV 300 kV 300 kV ≤ U ≤ 800 kV

velmi vysoké zvláště C zvn vysoké ultra D uvn nad 800 kV vysoké Tab. 1 Rozdělení elektrických zařízení podle napětí KALÁB (2, 7) B

vvn

U ≤ 50 V

-

3.1.2 Spojení a styk elektrických obvodů přímé spojení nepřímé spojení nespojené obvody nebo zařízení

3.1.3 Oddělení elektrických obvodů Elektrické oddělení Ochranné oddělení obvodů Polohové oddělení obvodů Prostorové oddělení obvodů.

10

3.2 Značení vodičů a svorek elektrických předmětů Značení vodičů a svorek se provádí dvěma způsoby.

3.2.1 Písmeno-číslicový způsob Používají se písmena latinské abecedy, arabské číslice, znaky +, -, ale je zakázáno používat 0, I. Lze použít i skupiny znaků. Pro stejnosměrné prvky je používána první polovina latinské abecedy a pro střídavé prvky druhá polovina také latinské abecedy.

Název

Označení Vodič Svorka

Střídavá soustava ~ Fáze L U (libovolná) 1. fáze L1 U 2. fáze

L2

V

3. fáze

L3

W

Střední vodič

N

N

Stejnosměrná soustava = Kladný pól

L+

+,C

Název

Označení Vodič Svorka

Zvláštní druhy vodičů a svorek Ochranný vodič Vodič slučující funkci ochranného vodiče a středního vodiče Vodič slučující funkci ochranného vodiče a vodiče středního bodu Vodič slučující funkci ochranného vodiče a vodiče vedení Vodič pracovního uzemnění

Záporný pól L-,D Vodič M M Vodič pracovního pospojování ze středu Tab. 2 Značení vodičů KALÁB (2, 10)

PE

PE

PEN

PEN

PEM

PEM

PEL

PEL

FE

FE

FB

FB

3.2.2 Barevné značení vodičů „Jednoznačné a normalizované použití barev při označování vodičů je významným prostředkem pro zajištění bezpečnosti práce“

11

Obr. 5 Barevné označení vodiče dle normy ČSN 330165, ELEKTRO (4, 12)

Obr. 6 Barevné označení vodiče dle normy HD 308 S2:2001, ELEKTRO (4, 12)

12

3.3 Krytí elektrických zařízení Krytí elektrických zařízení je konstrukční opatření pro ochranu spotřebitele. Stupeň ochrany se označuje písmeny IP (Internationale protection = mezinárodní ochrana). Za písmeny IP následuje dvojčíslí, které označuje pro jaký stupeň ochrany je předmět konstruován. Někdy se za dvojčíslím nachází i doplňkové písmeno, které je nepovinné a používá se k doplňkovým informacím. Tato písmena většinou bývají H, M, S, W. V příloze jsem uvedla tabulku pod číslem 7, podle které můžete zjistit o jaký stupeň ochrany se jedná.

3.4 Úraz elektrickým proudem Rozhodujícími faktory při úrazu elektrickým proudem jsou doba působení elektrického proudu, cesta proudu tělem, velikost procházejícího proudu, celková impedance uzavřeného obvodu, druh proudu (kmitočet), fáze srdečního cyklu v okamžiku zásahu proudem, fyzický a psychický stav postiženého.

3.4.1 Účinky elektrického proudu na lidský organismus K posouzení fyziologických účinků proudu slouží prahové hodnoty proudu. Práh vnímání je minimální hodnota proudu, která vyvolává vnímatelný pocit. Práh reakce (A) je opět minimální hodnota proudu, jenž vyvolává stažení svalů. Mez uvolnění (B) je maximální hodnota proudu, kdy postižená osoba držící elektrody může svojí vůlí elektrody pustit. Práh komorové fibrilace (C1) je minimální hodnota proudu, která způsobí fibrilaci srdečních komor. Na grafu v obr.8: Zóna 1 – obvykle bez žádných poškození ani účinků Zóna 2 – obvykle bez škodlivých fyziologických účinků Zóna 3 – obvykle bez poškození organismu. Objevují se křeče, dýchací obtíže, vratné poruchy srdečního rytmu i přechodná zástava bez fibrilací. Zóna 4 – Komorové fibrilace s pravděpodobností do 5 % u čáry C2, do 50 % k čáře C3 a nad 50 % za čárou C3. S rostoucím proudem a časem se též zastavuje dýchání a vznikají popáleniny.

13

Obr. 7 Graf účinků elektrického proudu na lidský organismus KALÁB (2, 36)

3.4.1 Rozdělení prostorů z hlediska úrazu elektrickým proudem Prostory normální Prostory nebezpečné Prostory zvlášť nebezpečné

3.5 Ochrana před úrazem elektrickým proudem Při obvyklém používání elektrických zařízení by měli být lidé i zvířata chráněni před nebezpečím úrazu, bohužel ne vždy jsou předpisy dodrženy a všechny elektrické zařízení pravidelně revidovány, aby se zabránilo většině úrazů elektrickým proudem. Každá část elektrického zařízení musí mít ochranu před úrazem elektrickým proudem, která musí být přizpůsobena podmínkám elektrické instalace. Tato ochrana může být zajištěna okolím samotným, rozvodnou soustavou, základní izolací, přepážkami a kryty, zábranou či doplňkovou izolací, apod. Vždy musí být provedena základní ochrana, která zajišťuje ochranu před přímým dotykem. Tato ochrana však může selhat, a proto se provádí ještě ochrana při poruše.

14

3.5.1 Třídy ochran elektrických zařízení Zařízení třídy ochrany 0 – není povoleno v ČR Zařízení třídy ochrany I Zařízení třídy ochrany II Zařízení třídy ochrany III

3.6 První pomoc při úrazu elektrickým proudem Při úrazu elektrickým proudem vždy závisí život postiženého na včasném a správném provedení prvním pomoci a následných záchranných pracích. U zraněného ve většině případů bývá laik a i jeho pomoc je velmi důležitá pro záchranu života i zachování životních funkcí postiženého. Při úrazu elektrickým proudem se ze začátku používalo umělé dýchání spolu s masáží srdce podle jedné z norem, ale nyní je norma zrušena a používá se klasická první pomoc, kterou vídáme na tabulkách např. na bazéně, či u Červeného kříže. S platností od 1. 9. 1994 bylo vydáno navíc doporučení Českého elektrotechnického svazu – První pomoc při úrazu elektrickou energií. Tato publikace řeší problematiku provádění první pomoci při úrazech elektrickým proudem na úrovni evropských zemí a jejich předpisů.

3.6.1 Zásady první pomoci Vypnout elektrický proud, jestliže to není možné pokusit se dostat postiženého z dosahu elektrického proudu buď odsunutím, odvalením, odtažením, ale vždy musíme být izolování např. dřevěnou tyčí! Nikdy se však nedotýkáme přímo postiženého, protože by jsme se mohli stát též postiženým. Dotknout se postiženého mohu až v okamžiku, když jsem přesvědčena o vypnutí elektrického proudu. Je-li postižený v bezvědomí, snažíme se nahmatat jeho puls a zkontrolujeme dýchání. Jestliže je puls nehmatný, musíme zahájit nepřímou srdeční masáž i s dýcháním z úst do úst. Je-li postižený v bezvědomí, ale má Obr. 8 Stabilizační poloha I. hmatný puls a dýchá, uložíme ho do stabilizované polohy.

15

Následně přivolám odbornou lékařskou pomoc. Lékařskou pomoc přivolám číslem 155, jestliže nevím, kde se nacházím, je lepší volat 112, protože mají k dispozici satelitní navigaci a mohou nás vyhledat.

3.6.2 Kardiopulmonární resuscitace Položíme postiženého na pevnou a rovnou podložku. Zachránce si klekne na úroveň ramen a hrudníku postiženého. Musíme jako první zajistit průchodnost dýchacích cest tím, že zakloníme postiženému hlavu a případně odstraníme nečistoty z jeho úst např. pomocí látkového kapesníku. Uvolníme oděv okolo krku, případně rozepneme košili, abychom dobře viděli na hrudní koš. Na začátku provedeme dva rychlé vdechy z plic do plic postiženého tak, že levou rukou držíme postiženého hlavu v záklonu a pravou rukou držíme nos postiženého. Nos držíme palcem a ukazováčkem, zatím co zbytek pravé ruky jemně tlačí do čela, aby dýchací cesty byly průchodné. Ruce následně položíme na hrudní koš postiženého na tzv. dolní výběžek hrudní kosti, poznáme to podle toho, že se nám tam žebra setkávají v určitém úhlu. Prsty se postiženého nedotýkají, jen dlaně. Hrudní koš stlačujeme do hloubky 4-5 cm, rychlostí 70-80 x za minutu. Po 30-ti stlačeních provedeme 2 vdechy, správně provedenou srdeční masáž poznáme podle tepu na krkavici. Při úrazu malého dítěte postupujeme stejně, jen s tou změnou, že místo 30:2 je to 5:1 a nádechy neprovádíme z plic do plic, ale jen z úst do plic, takže zachránce vdechuje pouze ten vzduch, který má v ústech.

V případě

nahmatání

tepu

ukončujeme kardiopulmonární resuscitaci a ukládáme postiženého do stabilizované polohy. postiženého

Po

resuscitaci do

pokládáme

stabilizované

polohy Obr. 9 Stabilizační poloha II.

s možností rychlého převrácení zpět na záda. Poskytnout první pomoc musí každý v rozsahu svých znalostí, možností a schopností. Resuscitaci se nemusí zahájit pouze při jistých známkách smrti např. posmrtná ztuhlost, pokud je známa doba trvání zástavy oběhu a přesahuje 20 minut, jedná se o úraz, který je neslučitelný se životem a jestliže by se zachránce sám vystavil nebezpečí, či ohrožení života. Resuscitaci se smí ukončit pouze po obnovení základních životních funkcí, předáním postiženého lékařům, nebo po úplném vyčerpání zachránce. 16

4. Vlastní řešení Vyrobila jsem jednoduchou stavebnici pro žáky základní školy, kterou může používat každý učitel. Je jednoduchá a skládá se ze základních elektronických prvků, které jsem již popsala v druhé kapitole své práce. Jako pouzdra jsem si vybrala plastové krabičky, které jsem následně provrtala a spojila kontakty prvků a zdířek, do kterých budou žáci pomocí banánků přivádět elektrický proud. Moje stavebnice může mít několik způsobů zapojení a je jen na učiteli, jaké zvolí, pro lepší upevnění a vyzkoušení teoretických znalostí žáků.

4.1 Spojování Spojování

využívá

každý

člověk.

Spojováním

vytvářím

rozebíratelné,

nebo

nerozebíratelné spoje.

4.1.1 Spojování rozebíratelné Máme několik druhů spojování rozebíratelného, např. zasunutí, sešroubování. Šroubová spojení proberu blíže, protože jsem jich využívala ve své praktické části. Tato spojení využívají svorníky nebo-li matky a vruty, které si vyřežou samy závit do měkkého plastu. V mojí práci jsem využívala svorník a matku. Lze použít i jednostranný spoj, který využívá pouze svorníku. Tento spoj je využit v kraji plastové krabičky, kterou jsem použila jako pouzdro pro elektronické prvky. Svorníky se označují typem závitu, typem hlavy a délkou samotného svorníku. Máme několik druhů svorníku a to s válcovou hlavou a drážkou, se zapuštěnou hlavou a drážkou, se zapuštěnou čočkovou hlavou a drážkou či s křížovou drážkou. K šroubování používáme křížové šroubováky nebo jemné šroubováky. Šrouby máme buď ocelové či mosazné. Svorníky se používají k připevnění přístrojů i vodičů v různých typech svorek. Svorka by měla přidržovat vodič, aby byl zaručen malý přechodový odpor a dobré galvanické spojení.

4.1.2 Spojování nerozebíratelné Mezi spojování nerozebíratelné patří nýtování, svařování, lepení, pájení, atd. Věnovala bych se jen lepení a pájení, protože tento druh spojování ve své práci využívám.

17

Lepení je spojování stejných nebo odlišných materiálů pomocí lepidla. Nejdříve musíme připravit lepené povrchy, aby se nám lepidlo dostalo do těsného styku s lepeným povrchem a nebyly ve spoji nečistoty a mastnota, potom by byl spoj špatný a dlouho by nevydržel. Tvrdé a odolné povrchy stačí očistit agresivní kyselinou – pro každý povrch je kyselina jiná, proto by jsme se měli předem informovat, kterou kyselinu máme použit. Povrch např. kovu je nejlepší nejdříve zbavit vrstvičky oxidu obroušením a následně odmastit. Některá lepidla dokonce obsahují hořlavé látky, proto musíme při lepení velkých ploch dbát na to, aby místnost, ve které pracujeme, byla dobře větraná. Hlavně v takové místnosti nesmíme manipulovat s ohněm. Při lepení je nejlepší postupovat podle návodu, který výrobce uvádí. Lepidlo velmi těsně přilíná k lepenému povrchu a je na něm drženo adhezními (přilnavými) silami. K dispozici máme: Jednosložková lepidla, které jsou smíchaná s ředidlem a vytvrdí se právě odpařením ředidla, nebo odebráním kyslíku vlhkostí ve vzduchu. K lepení předmětu s nesavými předměty se používají tzv. lepidla kyano-akrylátová, neboli sekundová lepidla. Po očištění ploch a nanesení zmiňovaného lepidla bychom měli předměty u sebe pevně držet, alespoň chvíli, nebo určený čas od výrobce. Tímto lepidlem můžeme lepit sklo, gumu i kovy, ale toto lepidlo nelepí některé umělé hmoty. Lepidlo během daného času (sekundy až několik minut) ztuhne, a pak již nelze se spojem hýbat. V tuto chvíli spousty lidí myslí, že spoj je již hotový, ale není to pravda. Než dojde k úplnému vytvrzení uběhne i několik hodin. Odstranit tento spoj můžeme mechanickým broušením, nebo chemicky - louhem sodným. Spoje se dají uvolnit v chemickém roztoku, nebo při zahřátí na 200-300 °C. Dvousložková lepidla, jak vyplývá z názvu, mají dvě složky a to lepidlo a tužidlo. Tyto dvě složky se smíchávají v přesném poměru, který udává výrobce. Lepidla jsou hlavně z epoxidové pryskyřice a vytváří velmi pevný a tvrdý spoj. Bohužel tento spoj je málo elastický. Výrobce opět udává s poměrem smíchání i dobu, ve které musí být lepidlo zpracované. Po uběhnutí stanoveného času dojde ke ztvrdnutí za vývinu tepla. Tato doba u klasických druhů bývá 30-45 minut. U epoxidových barev a tmelů se tato doba prodlužuje. Při pokojové teplotě dojde u úplnému vytvrzení za několik hodin, v peci asi o 150 °C za 10 minut. Při zvýšení teploty zvyšujeme i pevnost spoje až o 20 %. Opět, jako u jednosložkového lepidla, můžeme spoje odstranit při teplotách 150-200 °C. 18

Pájení je dalším druhem nerozebíratelného nebo-li pevného spoje. Opět jako u lepení musíme dbát před samotným pájením na úpravu ploch. Plochy, které chceme k sobě upevnit musí být čisté, aby byl dokonalý kontakt roztavené pájky se spojovanými kovy. Což se dostáváme k samotnému pájení, kdy spojujeme kovy pomocí kovové pájky s nižší teplotou tavení, než je teplota spojovaných materiálů. Po očištění ploch udržujeme chvíli pájku v místě spoje, aby se nám pájené povrchy prohřály na pracovní teplotu. Při nízkých teplotách nám vzniká tzv. studený spoj, který způsobuje velký přechodový elektrický odpor. Při vysokých teplotách může docházet ke zničení elektronických prvků při pájení na pájivé pole, nebo ke křehkosti spoje. Dobře provedený spoj má kovově lesklý povrch. Při měkkém pájení se používá pájka s bodem tání nižším než 500 °C. Což je nejvíce používaný typ pájení cíno-olověnou pájkou. Pevnost je velmi malá, ale vodivost spojení je velmi dobrá. Podle způsobu ohřevu dělíme pájení měkké na pájení tavidlem, indukční pájení, pájení vlnou, pájení ponořením v pájecí lázni, pájení horkým vzduchem. Pájení pájedlem používáme pro opravy, nebo při výrobě prototypů, protože při sérové výrobě by to nebylo možné. V sériové výrobě se používá pájení vlnou. Já jsem použila pájení pájedlem, ke kterému potřebujete ještě tzv. tavidlo. Tavidlo umožňuje pájení. Po odstranění nečistot z pájených povrchů

a zahřátí, naneseme tavidlo, které nám

odstraní vrstvu oxidů. Nejčastějším používaným tavidlem při měkkém pájení je kalafuna. Chemicky jde o směs slabých organických kyselin. Moderní tavidla se vyrábějí ve formě pryskyřice, gelu a laku. Následně přiložíme hrot páječky a prohřejeme spoj i s tavidlem a po ohřátí do spoje dáme pájku. Necháme spoj vychladnout a zkontrolujeme ho. Po zapájení je nutné zbytky tavidla odstranit tak, že

spoj opláchneme vhodným

rozpouštědlem (toluenem, lihem). Pro pájení tvrdé se používají mosazné, stříbrné a měděné pájky. Teplota tavení je vyšší než 500 °C. Tvrdé pájení se využívá při větším mechanickém namáhání pájeného spoje. Tavidlem v tvrdém pájení je tzv. borax, což je sloučenina bóru a sodíku. Tohoto typu pájení jsem nevyužila, tak bych se o něm dále nezmiňovala. Další spojovací metody v elektrotechnice jsou lisované spojení, ovíjené spoje, zásuvné spoje, zásuvné šroubovací spoje, konektorové spoje.

19

4.2 Schéma zapojení

1

2

3

4

7

5

8

6

Obr. 10 Schématické značky

Legenda: 1 – bateriový zdroj napětí 2 – žárovka 3 – tlačítko 4 – spínač 5 – LED dioda 6 – piezoelektrický bzučák 7 – rezistor 8 – potenciometr.

20

4.3 Laboratorní úloha č. 1 Jméno a příjmení: ……………………………………. …. Datum měření: ………………………

Třída …………………

Hodnocení vyučujícího: …………

Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. V postupu měření popište, jak jste postupovali v zapojování součástek do obvodu. V závěru zhodnoťte měření. Pomůcky: Bateriový zdroj, žárovka, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma: ŽÁROVKA U

Obr. 11 Schéma zapojení bateriový zdroj, žárovka

Závěr:

21


Třída …………………


Zadání úlohy: A) Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. V postupu měření popište, jak jste postupovali v zapojování součástek do obvodu. B) Narýsujte schéma zapojení žárovky, bateriového zdroje a tlačítka, ale tlačítko umístěte za žárovku. Otázky: Bude obvod B uzavřený? Bude žárovka v obou zapojení svítit? Které ze zapojení je správné? V závěru zhodnoťte měření a odpovězte na položené otázky. Pomůcky: Bateriový zdroj, žárovka, propojovací vodiče, tlačítko. Postup měření:

Schéma A: T

ŽÁROVKA U

Obr. 12 Schéma zapojení baterie, tlačítko, žárovka

22

Schéma B:

Závěr:

23


Třída …………………


Zadání úlohy: A) Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. V postupu měření popište, jak jste postupovali v zapojování součástek do obvodu. B) Vyměňte ve schématu spínač za tlačítko. Nové schéma narýsujte a zamyslete se, jestli bude obvod stejně funkční a v čem budou změny. Otázky: Myslíte, že by bylo možné místo LED diody použít žárovku? Mělo by stejné zapojení výhody s žárovkou? Ano, zdůvodněte v závěru a zhodnoťte měření. Pomůcky: Bateriový zdroj, LED dioda, tlačítko, spínač, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma A: S

U

D

Obr. 13 Schéma zapojení bateriový zdroj, spínač, LED dioda

24

Schéma B:

Závěr:

25


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. Jistě jste si všimli zapojení LED diod za sebou. Tomuto zapojení se říká sériové, což si jistě pamatujete z teoretických hodin fyziky. V postupu měření popište, jak jste postupovali v zapojování součástek do obvodu. V závěru zhodnoťte měření a zdůvodněte proč se LED diody rozsvítily. Pomůcky: Bateriový zdroj, 2 x LED dioda, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma: D1 U D2 Obr. 14 Schéma zapojení bateriový zdroj, 2x LED dioda

Závěr:

26


Třída …………………


Zadání úlohy: A) Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu A. B) Narýsujte schéma zapojení se stejnými součástkami, ale vložte spínač mezi LED diody. C) Narýsujte schéma zapojení se stejnými součástkami, ale spínač umístěte až za LED diody. Otázky: Které ze schémat je správné a proč si to myslíte? Budou obě LED diody ve všech zapojení svítit? NE, uveď v kterém a proč. Je nějaká podmínka, že LED diody budou svítit? V závěru zhodnoťte měření a odpovězte na otázky. Pomůcky: Bateriový zdroj, 2 x LED dioda, spínač, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma A: S D1 U D2

Obr. 15 Schéma zapojení bateriový zdroj, 2x LED dioda , spínač

27

Schéma B:

Schéma C:

Závěr:

28


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. Jistě jste si všimli zapojení LED diod, které jsou zapojeny paralelně, což si jistě pamatujete z teoretických hodin fyziky. V postupu měření popište, jak jste postupovali

v zapojování

součástek

do

obvodu.

V závěru

zhodnoťte

měření

a zdůvodněte, proč se LED diody rozsvítily. Otázky: Napište jaký je rozdíl mezi sériovým zapojením a paralelním, jestli tedy nějaký je? Pomůcky: Bateriový zdroj, 2 x LED dioda, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma:

U

D1

D2

Obr. 16 Schéma zapojení bateriový zdroj, 2x LED dioda

Závěr:

29


Třída …………………


Zadání úlohy: A) Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. B) Narýsujte schéma s paralelním zapojení LED diod, ale spínač umístěte na prostřední vodič před LED diodu. Otázky: Bude v schéma A svítit alespoň jedna z LED diod? Ano, proč? Bude ve schématu B svítit nějaká LED dioda? Ano, proč? Budou svítit stále ty samé LED diody, nebo se v každém zapojení budou lišit? V závěru zhodnoťte měření a odpovězte na otázky. Pomůcky: Bateriový zdroj, 2 x LED dioda, spínač, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma A:

U

S

D2

D1

Obr. 17 Schéma zapojení bateriový zdroj, 2x LED dioda, spínač

30

Schéma B:

Závěr:

31


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. Otázky: Zamyslete se a odpovězte v závěru, jestli budou svítit obě LED diody, když stisknete tlačítko, nebo se stane něco jiného? Jakou funkci má spínač? Když spínač dáte do polohy zapnuto a stisknete tlačítko, co se stane? Pomůcky: Bateriový zdroj, 2 x LED dioda, spínač, tlačítko, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma:

U

S D1

T D2

Obr. 18 Schéma zapojení bateriový zdroj, 2x LED dioda, spínač, tlačítko

Závěr:

32


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. Otázky: Zamyslete se a odpovězte v závěru, jestli budou svítit obě LED diody, když stisknete tlačítko, nebo se stane něco jiného? Bude mít nějakou funkci spínač v obvodu? Myslíte si, že při sepnutém spínači a stisknutém tlačítku nebudou svítit LED diody? Pomůcky: Bateriový zdroj, 2 x LED dioda, spínač, tlačítko, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma:

S

T

U D1

D2

Obr. 19 Schéma zapojení bateriový zdroj, 2x LED dioda, spínač, tlačítko

Závěr:

33


Třída …………………


Zadání úlohy: A) Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. B) Narýsujte schéma a umístěte před LED diodu tlačítko. Obvod zapojte. Otázky: V obvodu A při sepnutém spínači bude svítit LED dioda? Ano, kolik? Jak se nazývá zapojení LED diod? V schéma B bude svítit LED dioda i při nesepnutém spínači? Bude svítit alespoň nějaká LED dioda, jestliže sepneme spínač, ale nestiskneme tlačítko? V závěru zhodnoťte měření a odpovězte na otázky. Pomůcky: Bateriový zdroj, 2 x LED dioda, spínač, tlačítko, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma A: S

U

D1

D2

Obr. 20 Schéma zapojení bateriový zdroj, 2x LED dioda, spínač

34

Schéma B:

Závěr:

35


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. Otázky: V závěru zhodnoťte měření a vysvětlete proč piezoelektrický bzučák troubí, když ho připojíte na bateriový zdroj – má to nějaký důvod? Když připojíte bzučák obráceně (kladný pól bateriového zdroje na záporný pól bzučáku) stane se něco? Bude bzučák troubit? Pomůcky: Bateriový zdroj, piezoelektrický bzučák, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma:

U B

Obr. 21 Schéma zapojení bateriový zdroj, piezoelektrický bzučák

Závěr:

36


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. Otázky: Při sepnutém spínači bude piezoelektrický bzučák troubit? Proč? V závěru zhodnoťte měření a odpovězte na otázky. Pomůcky: Bateriový zdroj, tlačítko, spínač, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma: S

U B

Obr. 22 Schéma zapojení bateriový zdroj, piezoelektrický bzučák, spínač

Závěr:

37


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. V závěru zhodnoťte měření a odpovězte na otázky. Otázky: Bude svítit LED dioda při sepnutém spínač? Bude piezoelektrický bzučák vydávat nějaký zvuk, jestliže bude spínač sepnutý? Je možné, aby LED dioda svítila a nezvonil bzučák? Pomůcky: Bateriový zdroj, LED dioda, spínač, piezoelektrický bručák, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma: S

U

D

B

Obr. 23 Schéma zapojení bateriový zdroj, piezoelektrický bzučák, spínač, LED dioda

Závěr:

38


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. V závěru zhodnoťte práci a odpovězte, jestli bude při sepnutém spínač piezoelektrický bzučák troubit? Bude svítit LED dioda? Co ovládá tlačítko a jak se jmenuje zapojení tlačítka a LED diody? Pomůcky: Bateriový zdroj, LED dioda, spínač, piezoelektrický bzučák, propojovací vodiče, tlačítko. Postup měření:

Schéma: B S

U

D

T

Obr. 24 Schéma zapojení bateriový zdroj, piezoelektrický bzučák, tlačítko, LED dioda, spínač

Závěr:

39


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. Všimli jste si, že rezistor je umístěný na tzv. svorkách pro výměnu rezistorů. V závěru zhodnoťte práci a odpovězte, z jakého důvodu při výměně rezistorů svítí žárovka víc, nebo méně? Popisuje tento jev nějaký zákon? Pomůcky: Bateriový zdroj, žárovka, různé rezistory, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma: R ŽÁROVKA U

Obr. 25 Schéma zapojení bateriový zdroj, rezistor

Závěr:

40


Třída …………………


Zadání úlohy: Připravte si pracovní plochu a předepsané pomůcky. Zapojte obvod podle schématu. V závěru zhodnoťte práci a odpovězte na otázky. Proč se při různých polohách potenciometru mění svítivost žárovky? Pomůcky: Bateriový zdroj, žárovka, potenciometr, propojovací vodiče. Postup měření:

Schéma: P ŽÁROVKA U

Obr. 26 Schéma zapojení bateriový zdroj, potenciometr

Závěr:

41

4.19 Fotky zapojení

Obr. 27 Zapojení k laboratorní úloze č. 1



42



43



44



45



46



47



48


Závěr Při vytvoření funkční stavebnice jsem se zaměřila na nejjednodušší způsoby zapojení, i když v elektronice máme velmi mnoho různě obtížných způsobů zapojení. Moje práce je vytvořena jako pomůcka pro učitele na základní škole, kde jsou děti velmi zvídavé a hravou formou si mohou vyzkoušet různá zapojení elektrických obvodů. Tato zapojení jsou nejvyužívanější a žáci se s nimi mohou denně setkávat. Řekla bych, že jsou i dostatečně názorné, jejich funkčnost je znatelná buď rozsvícením ze žárovky, či LED diody, nebo zvuk piezoelektrického bzučáku. Byla bych moc ráda, kdyby moje didaktická pomůcka pomáhala žákům lépe pochopit problematiku elektroniky a tím i zmenšila jejich negativní postoj, který žáci často zaujímají k předmětu fyziky. Didaktická pomůcka byla vytvořena, protože v učebnicích pro základní školy tato problematika je málo řešena. Domnívám se, že svůj určený cíl jsem splnila.

49

Použitá literatura [1] TOKOTZ, Klaus a spol. Příručka pro elektrotechnika. Praha : Europa-Sobotáles cz. 564 s. ISBN 80-86706-00-1 [2] KALÁB, Pavel a spol. Bezpečnost v elektrotechnice. VUT Brno. 84s. ISBN 80-2142727-2 [3] WIKIPEDIA: Otevřená encyklopedie: LED [online]. c2009 [citováno 25. 02. 2009]. Dostupný z WWW: [4] ELEKTRO, odborný časopis pro elektrotechniku. 11/2005. Praha: FCC Public s.r.o. 56s. ISSN 1210-0889 [5] ELEKTRO, odborný časopis pro elektrotechniku. 4/2005. Praha: FCC Public s.r.o. 104s. ISSN 1210-0889 [6] ELEKTRO, odborný časopis pro elektrotechniku. 1/2006. Praha: FCC Public s.r.o. 64s. ISSN 1210-0889 [7] ELEKTRO, odborný časopis pro elektrotechniku. 11/2006. Praha: FCC Public s.r.o. 64s. ISSN 1210-0889 [8] ELEKTRO, odborný časopis pro elektrotechniku. 2/2007. Praha: FCC Public s.r.o. 63s. ISSN 1210-0889 [9] ELEKTRO, odborný časopis pro elektrotechniku. 5/2007. Praha: FCC Public s.r.o. 64s. ISSN 1210-0889 [10] DESIGNLIGHTS. CZ: LED dioda [online]. c2008-2009 [citováno 5.1.2009]. Dostupný z WWW:

50

[11] KOLÁŘOVÁ, Růžena; BOHUNĚK, Jiří. Fyzika pro 7. ročník základní školy. Praha: Prométheus. 155s. ISBN 80-7196-246-5 [12] KOLÁŘOVÁ, Růžena a spol. Fyzika pro 8. ročník základní školy. Praha: Prométheus. 122s. ISBN 80-85849-29-1 [13] KOLÁŘOVÁ, Růžena a spol. Fyzika pro 9. ročník základní školy. Praha: Prohméteus. 225s. ISBN 978-80-7196-193-2 [14] KOLÁŘOVÁ, Růžena a spol. Fyzika pro 9. ročník základní školy. Praha: Prohméteus. 151s. ISBN 80-7196-032-2

51

Seznam příloh Příloha č. 1: Stejnosměrný proud (graf) Příloha č. 2: Střídavý proud (graf) Příloha č. 3: Elektrické napětí získané vzdalováním opačných elektrických nábojů (obrázek) Příloha č.4: Barevné značení odporů (tabulka) Příloha č.5: Potenciometr (obrázek) Příloha č.6: Přepínač (obrázek) Příloha č.7: Stupně ochrany elektrických předmětů dle IP XX označení (tabulka)

52

Přílohy Příloha č. 1: Stejnosměrný proud (graf)

Obr. 43 Zobrazení průběhu stejnosměrného proudu TOKOZ (1, 19)

Příloha č. 2: Střídavý proud (graf)

Obr. 44 Zobrazení průběhu střídavého proudu TOKOZ (1, 19)

53

Příloha č. 3: Elektrické napětí získané vzdalováním opačných elektrických nábojů (obrázek)

Obr. 45 Elektrické napětí TOKOZ (1, 20)

Příloha č.4: Barevné značení odporů (tabulka)

Obr. 46 Barevné značení vodičů TOKOZ (1, 28)

54

Příloha č.5: Potenciometr (obrázek)

Obr. 47 Potenciometr TOKOZ (1, 30)

Příloha č.6: Přepínač (obrázek)

Příloha č.7: Stupně ochrany elektrických předmětů dle IP XX označení

Obr. 48 Stupně ochrany elektrických předmětů TOKOZ (1, 245)

55

MASARYKOVA UNIVERZITA. Elektronické obvody v základním vzdělávání

Recommend Documents