str. 1 z 16
Metodika k pracovnímu listu Elektřina a magnetismus pro SŠ Tato metodika je doplňujícím materiálem pro učitele k pracovnímu listu Elektřina a magnetismus určenému žákům SŠ. Je rozdělena do tří hlavních oblastí: I.
Zaměření pracovního listu – zde je zmíněno učivo a dovednosti, na které jsou úlohy zaměřeny, začlenění pracovního listu podle RVP.
II.
Vzorové řešení pracovního listu – zde je vyřešen pracovní list pro rychlou orientaci a kontrolu žákovských odpovědí, třeba ještě přímo na místě v iQparku.
III.
Jednotlivé úlohy – obsahují podrobnější rozbor jednotlivých úkolů zadaných žákům v pracovním listu, cíle jednotlivých úloh, náměty na další úlohy a experimentování ve škole i doma, příklady, časté chyby žáků v řešení pracovních listů zjištěné na základě pilotáže pracovních listů a další.
Zaměření pracovního listu RVP G: Člověk a příroda – Fyzika: Elektromagnetické jevy, světlo Klíčové kompetence: Kompetence k řešení problémů, kompetence k učení Učivo: magnetické pole, magnetická síla, různá svítidla (žárovka, LED světlo, zářivka), elektrické obvody, elektromagnetická indukce, vířivé proudy, galvanický článek Science centrum představuje pro žáky možnost být tím, kdo řídí celý experiment. Mohou ovlivňovat různé parametry pokusu a tímto způsobem si vyzkoušet fyziku vlastníma rukama a nahlédnout na ni zase jiným způsobem, než jak ji znají ze školních lavic, kde je strůjcem většiny experimentů obvykle vyučující. Důležitou dovedností spojenou s fyzikálním experimentováním je samotné pozorování jevů a jeho popis. Proto právě na tyto dovednosti je zaměřena velká část úloh, která se snaží zadáním úkolů napomoci tomu, aby žáci vnímali podstatné charakteristiky exponátu a dokázali popsat, jaký jev pozorují.
Vzorové řešení Následující 2 strany obsahují vzorově vyřešený pracovní list. K úlohám a částem řešení označeným symbolem *) uvádíme poznámky příp. podrobnější řešení v části III.
str. 2 z 16 str. 2 z 16
str. 3 z 16 str. 3 z 16
str. 4 z 16
Jednotlivé úlohy V této části naleznete podrobnější informace a náměty k jednotlivým úlohám. Jsou u každého exponátu rozděleny do několika oblastí: Symbol Popis Poznámky k řešení, podrobnější řešení Další úkoly v iQparku Uplatnění v praxi Příklad, kvantitativní přiblížení Experimentování doma Navázání ve výuce Časté chyby (zjištěné na základě pilotáží pracovních listů) Odkazy U každé úlohy jsou zároveň uvedeny její cíle (očekávané výstupy úlohy). Popisují činnost, kterou je žák schopen provést, pokud úlohu správně vyřeší. Tyto metodické listy jsou k dispozici v elektronické verzi na webových stránkách iQparku http://www.iqpark.cz/ v sekci Školy – Pro učitele. Webové adresy na rozšiřující informace, videa, applety atd. jsou v elektronické verzi metodických listů upraveny jako hypertextové odkazy, na které lze přejít jedním kliknutím.
str. 5 z 16
1) Magnetická brzda Cíle úlohy Žák: ● si podrobně všímá uspořádání experimentu ● vytváří hypotézy na základě pozorovaného jevu ● pozoruje účinky vířivých proudů ___________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Magnetická brzda je využívána například v rotopedech. Vířivé proudy kromě magnetické brzdy ovšem využívají také indukční vařiče a pece, tachometry (ke stabilizaci ruček), využívaly je i starší elektroměry (ty moderní jsou elektronické). Vířivé proudy mohou být i nežádoucí – například v transformátorech nebo rotorech a statorech alternátorů a elektromotorů. Proto se v nich používají lístková jádra, ve kterých mají vířivé proudy menší účinky. Vířivé proudy jsou příčinou tzv. skinefektu – střídavý proud procházející vodičem indukuje ve vodiči vířivé proudy, které tento proud ve středu vodiče zeslabují. Dochází tak k „vytlačování“ elektrického proudu k povrchu vodiče. Tento efekt je významný při frekvencích nad 20 kHz, je tedy nutné s ním počítat při konstrukci vysokovýkonových antén (např. televizního nebo radiového vysílání), aby nedocházelo k nadměrným tepelným ztrátám. ___________________________________________________________________________ Příklad Magnetické brzdy používá také vlak Pendolino (ačkoli jejich plný výkon se využije obvykle jen při nouzovém brzdění). Souprava tohoto vlaku o hmotnosti 385 tun může po českých železnicích jezdit rychlostí až 160 km/h. Plný brzdový výkon magnetických brzd Pendolina je 21 MW. Za jak dlouho při tomto výkonu brzd Pendolino zastaví z maximální rychlosti? Jak dlouhá je jeho brzdná dráha? Předpokládáme, že souprava vlaku bude brzdit rovnoměrně zpomaleně. Řešení:
Po výpočtu nám vychází: t
18 s.
Po dosazení a provedení výpočtu dostaneme brzdnou dráhu přibližně 400 m. ___________________________________________________________________________
str. 6 z 16 Navázání ve výuce Do výuky ve škole lze zařadit experimenty demonstrující účinky vířivých proudů, např. [1], [2]. ___________________________________________________________________________ Časté chyby Téměř všichni žáci, kteří při testování odpověděli na tuto otázku, se domnívali, že plastový kotouč padá mezi magnety rychleji než hliníkový proto, že není přitahován magnetickou silou. Tuto chybnou domněnku můžeme žákům vyvrátit tím, že hliníkový kotouč také není magnetem přitahován, což si žáci mohou sami vyzkoušet tím, že kotouč přiloží přímo k magnetům na straně štěrbiny. ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Foucaultovy vířivé proudy – experiment: http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=177 [2] Vířivé proudy, magnetická brzda – pokusy: http://fyzweb.cz/materialy/videopokusy/POKUSY/MAGBRZDA/INDEX.HTM
str. 7 z 16
2) Magnetické pole Cíle úlohy Žák: ● zakreslí natočení pozorovaných kovových jehliček po přiblížení magnetu ● si uvědomí, že magnetická síla působí i na dálku ___________________________________________________________________________ Další úkoly v iQparku Žáci mohou zkoumat stacionární magnetické pole i u dalších exponátů. U exponátu Silné magnety (2. patro – 536) lze zadat úkol: Vymysli a proveď experiment, kterým dokážeš, že magnety působí i na dálku prostřednictvím magnetického pole. (Řešením je například pustit železný kroužek mezi magnety – on se k jednomu z nich přitáhne.) ___________________________________________________________________________ Navázání ve výuce Lze se podrobněji věnovat magnetickému poli Země (viz např. článek [4]), posouvání jeho magnetických pólů, rozdílu mezi geografickými a magnetickými póly, srovnání velikosti vektoru mag. indukce tohoto pole s velikostí mag. indukce tyčového magnetu (B v polárních oblastech Země je asi 60 μT, v rovníkové oblasti asi 30 μT, zatímco běžný tyčový magnet má řádově B ~ 10 mT, elektromagnet: B ~ 100 mT. Z toho je vidět, že magnetické pole Země je relativně slabé.) Pomocí on-line kalkulátoru [6] lze porovnat velikost magnetické indukce zemského magnetického pole na různých místech Země i v různých časových obdobích. V rámci laboratorních prací je také přímo možné změřit horizontální složku magnetické indukce mag. pole Země (viz odkaz [5]). To může být pro žáky zajímavé zejména proto, že se jedná o parametr, který obvykle pouze hledají v tabulkách. ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Magnetické pole a jeho aplikace – applet (anglicky): http://phet.colorado.edu/en/simulation/faraday [2] Magnetické pole tyčového magnetu – applet: http://www.walter-fendt.de/ph14e/mfbar.htm [3] Magnetické pole – video: http://www.youtube.com/watch?v=uj0DFDfQajw&feature=relmfu [4] Magnetické pole Země: http://www.astro.cz/clanek/1188 [5] Laboratorní práce – měření horizontální složky mag. indukce mag. pole Země: http://clanky.rvp.cz/wpcontent/upload/prilohy/13403/magneticke_pole_zeme___popis_experimentu.pdf [6] On-line kalkulátor magnetického pole Země: http://www.ngdc.noaa.gov/geomagweb/#igrfwmm [7] Návod na výrobu magnetky: http://kdf.mff.cuni.cz/veletrh/sbornik/rozsirene/Polak/01_Polak.html
str. 8 z 16
3) Páky s magnety Cíle úlohy Žák: ● ví, že dva souhlasné póly magnetu se odpuzují ● si vyzkouší, že velikost magnetické odpudivé síly závisí na vzdálenosti magnetů nepřímo úměrně ___________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Permanentní magnet s pákou (ovšem v trochu jiném uspořádání než u exponátu v iQparku) využívají některé břemenové zvedací magnety sloužící v průmyslu pro manipulaci s těžkými kovovými díly. Páka zde slouží ke snadnějšímu odtržení magnetu od přenášeného dílu. ___________________________________________________________________________ Experimentování doma Můžeme také žáky nechat vymyslet důkaz o existenci aspoň dvou magnetických pólů. K dispozici budou mít dva magnety. Ty se obvykle doma někde seženou, případně je lze koupit v papírnictví za pár korun. (Důkaz se provede tak, že jeden magnet si zvolíme jako zkušební, držíme ho v ruce a k jednomu jeho pólu přibližujeme druhý magnet nejprve jedním a pak druhým pólem. Pozorujeme dva různé stavy – magnety se buď přitahují, nebo odpuzují. Existují tedy alespoň dva různé magnetické póly.) ___________________________________________________________________________ Navázání ve výuce Odpudivou (či přitažlivou) sílu mezi dvěma magnety nebo mezi magnetem a drobným tělesem z feromagnetického materiálu lze s žáky proměřit například v rámci laboratorních prací. Postačí k tomu digitální váhy, blok polystyrenu, stojan s držáky, pravítko, zkoumaný magnet a těleso z feromagnetického materiálu. Podrobný popis experimentu založený na určení tíhové síly přepočtem z údajů měřených na váze je uveden v [1]. Tímto experimentem lze i proměřit závislost odpudivé síly na vzdálenosti magnetu a předmětu. ___________________________________________________________________________ Časté chyby Třetina žáků z testovaného vzorku odpověděla, že magnety na pákách jsou k sobě otočeny opačnými magnetickými póly. ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Měření velikosti magnetické síly: http://kdf.mff.cuni.cz/veletrh/sbornik/rozsirene/Polak/09_Polak.html [2] Zvedání pomocí břemenového magnetu – foto: http://www.sav-czech.cz/obrazek.aspx?i=3/531.01-application%201.tif
str. 9 z 16
4) Magnetická spojka Cíle úlohy Žák: ● vlastními slovy popíše princip magnetické spojky ● sleduje chod magnetické spojky za různých podmínek, které sám mění ● zamyslí se nad výhodami a nevýhodami magnetické spojky ___________________________________________________________________________ Poznámky k řešení Co se týče výhod a nevýhod magnetické spojky, je více možných odpovědí, některé další uvádíme níže. Výhody magnetické spojky: jednodušší konstrukce než u spojek pracujících s kapalinami; umožňuje větší vzájemné vychýlení hnacího a hnaného kola než mechanické spojky; pomalejší opotřebení dílů než u mechanické spojky; nepřenáší vibrace z hnacího na hnané kolo ani naopak. Nevýhody magnetické spojky: Může zmagnetovat předměty ve svém okolí (obvykle se totiž používají silné magnety schopné přenášet velký výkon) – je třeba na to pamatovat při konstrukci okolních dílů, a tedy ji nelze použít všude. __________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Klimatizace v autech – otáčkami motoru lze pohánět klimatizaci, aniž by se zápach z motorového prostoru dostal do kabiny auta, protože díky magnetické spojce působící přes stěnu jsou tyto dvě části hermeticky oddělené. Dále se magnetická spojka využívá v některých čerpadlech, kompresorech a míchačích tam, kde je důležité dokonalé oddělení čerpané, stlačované nebo míchané tekutiny (kapaliny nebo plynu) od pohonu – z důvodu čistoty nebo bezpečnosti (např. v chemickém, potravinářském a farmaceutickém průmyslu). Fakt, že magnetická spojka při náhlých změnách rychlosti nebo směru otáčení hnacího kola prokluzuje, se výjimečně využívá k ochraně jemných dílů v poháněném mechanismu. ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Magnetická spojka – komerční propagační video: http://www.youtube.com/watch?v=TtIkYbReMbk&feature=related
str. 10 z 16
5) Elektrické bludiště Cíle úlohy Žák: ● doplní schéma elektrického bludiště tak, aby odpovídalo pozorovanému jevu ___________________________________________________________________________ Navázání ve výuce Je možné ve výuce (lépe například během laboratorních prací, kdy je přítomna menší skupina žáků) s žáky prozkoumat činnost reproduktoru. Do skupiny žákům dáme reproduktor a necháme je si ho podrobně prohlédnout a zjistit, z jakých hlavních prvků je složen (magnet; cívka; membrána, která může kmitat). Poté mají žáci za úkol vymyslet, jak se bude reproduktor chovat po připojení ke zdroji střídavého napětí a proč. (Cívka reproduktoru je umístěna v magnetickém poli trvalého magnetu. Po připojení ke zdroji střídavého napětí cívkou protéká elektrický proud, kolem cívky vzniká magnetické pole a na cívku díky tomu působí síla, která s ní pohybuje (kmitá) vůči magnetu. Protože je cívka připevněna k membráně, tak ji rozechvívá. Kmitavý pohyb membrány se přenáší na částice vzduchu a ty se rozkmitají. Pokud bychom použili zdroj o slyšitelné frekvenci – 16 až 16 000 Hz – uslyšíme zvuk.) ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Elektrodynamický reproduktor – princip a průřez, fotografie: http://fyzika.jreichl.com/main.article/view/400-elektrodynamicky-reprodukor
str. 11 z 16
6) Porovnání svítivosti Cíle úlohy Žák: ● porovná příkon žárovky, zářivky a LED světla při stejné svítivosti ● ví, že většina příkonu dodaného žárovce se přeměňuje na teplo ● se zamyslí nad energetickou výhodností žárovky, zářivky a LED světla ___________________________________________________________________________ Další úkoly v iQparku U exponátu Duha v žárovce (3. patro – 517) mohou žáci porovnat spektrum žárovky, zářivky a LED světla. Čím se liší? Žárovka má spektrum spojité, zatímco zářivka a světlo složené z LED diod mají spektrum čárové. Na obrázku je pro srovnání spektrum LED světla (vlevo), zářivky (uprostřed) a žárovky (vpravo).
__________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Žárovka vyzáří většinu své energie ve formě tepla (cca 90-95%), což se využívá například v teráriích, líhních pro kuřata apod., kde osvětlovací žárovky slouží zároveň jako vytápění. LED světla mají nízkou spotřebu energie a dlouhou životnost, stejně tak úsporné žárovky (kompaktní zářivky) mají ve srovnání s obyčejnými žárovkami menší spotřebu, větší účinnost a delší životnost. ___________________________________________________________________________ Příklad Pan Mráz si každý podzimní večer tři hodiny svítí při čtení detektivek. Používá 60 W žárovku. Kolik korun by za říjen ušetřil, kdyby místo ní do lampy namontoval LED světlo? LED světlo, které má svítivost srovnatelnou se 60 W žárovkou, má příkon 7 W. Cena za jednu kilowatthodinu elektrické energie je 4,65 Kč. Řešení: Pro výpočet bude výhodnější používat jako jednotku příkonu 1 kW a jako jednotku času 1 h, aby spotřeba el. energie vycházela přímo v kWh. příkon žárovky………………PŽ = 60 W = 0,06 kW příkon LED světla.................PL = 7 W = 0,007 kW doba svícení denně……….....tD = 3 h ¨ doba svícení v říjnu........... t = 31 ∙ tD = 93 h cena 1 kWh………………….c = 4,65 Kč Současná spotřeba pana Mráze: WŽ = PŽ ∙ t
str. 12 z 16 Spotřeba při použití LED světla: WL = PL ∙ t Částku, kterou pan Mráz může za říjen ušetřit, označíme x. Platí: x = (WŽ - WL) ∙ c Kč = (PŽ ∙ t - PL ∙ t) ∙ c Kč x = (0,06 ∙ 93 – 0,007 ∙ 93) ∙ 4,65 Kč 23 Kč Odpověď: Pan Mráz by mohl za říjen ušetřit přibližně 23 Kč. Pozn.: A to je pouze pro 1 žárovku, v bytě jich bývá více. Při počítání delšího časového úseku bychom také museli započítat životnost žárovky a LED světla (jsou zmíněny například v tabulce níže). ___________________________________________________________________________ Navázání ve výuce Je možné probrat s žáky principy fungování jednotlivých světelných zdrojů – u žárovky svítí rozžhavený drátek, zatímco v případě zářivky svítí luminofor nanesený na celém vnitřním povrchu trubice. V případě LED diody (resp. světla složeného z více takových diod) svítí oblast P-N přechodu (elektrony z polovodiče typu N na přechodu rekombinují s dírami z polovodiče typu P a při tom vyzařují fotony). Je také možné využít k různým výpočtům následující tabulku srovnávající žárovku, kompaktní zářivku (tzv. úspornou žárovku) a LED světlo. Údaje v tabulce jsou orientační a byly zjištěny autorkou metodického listu na základě průzkumu trhu. Světelný zdroj Životnost Příkon na ~700 lm Běžná cena Výdaje za 43000 h *) Žárovka 1000 h 60 W 10 Kč 12556 Kč Kompaktní zářivka 8000 h 14 W 70 Kč 3206 Kč LED světlo 43000 h 7W 400 Kč 1815 Kč *) Počítáno pro případ 43000 hodin svícení zdrojem o svítivosti kolem 700 lm, při ceně 4,70 Kč za 1 kWh elektrické energie (tedy s uvážením životnosti jednotlivých světelných zdrojů a se započtením nákladů na jejich výměny v během uvažované doby). ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Jak fungují žárovka a zářivka: http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=109&id_casti=60
str. 13 z 16
7) Elektromagnetická levitace Cíle úlohy Žák: ● určí, jaká síla zvedá hliníkový prstenec ● rozumí principu elektromagnetické indukce ___________________________________________________________________________ Další úkoly v iQparku Na podobném principu funguje exponát Elektromagnetické dělo (3. patro), ve kterém se místo střídavého proudu do cívky pouští jeden silný proudový pulz. V tomto případě je síla, kterou se kroužek od cívky odpuzuje, mnohem větší než tíhová síla působící na něj směrem k zemi. Kroužek díky tomu může být vymrštěn šikmo do nemalé vzdálenosti. Žáci si u zmíněného exponátu také mohou vyzkoušet, že s plastovým kroužkem dělo nefunguje. Proč? (Plastový kroužek se nevystřelí, protože je nevodivý a tudíž se v něm nemůže indukovat žádný proud.) Žáci si mohou dotykem vyzkoušet, že hliníkový prstenec se po chvíli levitování zahřeje. Fyzikálně zdatnější žáci se mohou pokusit vysvětlit, čím to je způsobeno? ___________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Elektromagnetickou levitaci využívají vlaky vznášející se na magnetickém polštáři nazývané Maglev. Nadnášení vlaku bez dotyku s kolejnicí umožňuje dosahovat velmi vysokých rychlostí a také významně snižuje nároky na údržbu vozu i trati, protože opotřebení je minimální. (Používají se permanentní magnety nebo klasické či supravodivé elektromagnety.) ___________________________________________________________________________ Navázání ve škole Levitující kroužek lze obvykle předvést žákům i ve škole. Je proto možné zde zadat úlohu problémovou – veškeré uspořádání experimentu (viz např. [1]) vypadá stejně, jako si žáci pamatují z iQparku, jen místo celistvého prstence je použit prstenec přeříznutý. Ten je otočený k žákům tak, aby jeho přerušená část nebyla z jejich pohledu vidět. Můžeme se nejprve žáků zeptat, co očekávají, že se bude dít. (Na základě zkušenosti v iQparku by měli předpokládat, že po připojení ke střídavému napětí se prstenec vznese.) Prstenec se ale po puštění střídavého proudu do cívky nevznáší. Proč? Žáci mohou vymýšlet, jak se asi může experiment lišit (vadné přívodní vodiče nebo kontakty, kroužek z nevodivého materiálu apod.). (Řešením je, že mezi konci prstence se sice indukuje napětí, ale kvůli přeříznutí prstence jím neprochází žádný proud.) ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Elektromagnetická levitace – pokus: http://kdf.mff.cuni.cz/pokusy/uloha.php?uloha=986
str. 14 z 16
8) Indukované napětí Cíle úlohy Žák: ● rozliší případy, kdy dochází ke vzniku indukovaného napětí a kdy ne ● zná princip indukce elektrického napětí v elektrárně ___________________________________________________________________________ Další úkoly v iQparku Žáci si také mohou vyzkoušet, jak velikost indukovaného napětí závisí na rychlosti vzájemného pohybu magnetu a cívky. Mění se velikost indukovaného napětí, když magnetem v okolí cívky pohybují rychleji? (Ano, při rychlejším pohybu magnetu v okolí cívky se indukuje vyšší napětí.) Také si mohou všimnout různé polarity indukovaného napětí v závislosti na směru pohybu magnetu. ___________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Ve většině elektráren je energie zdrojů přeměňována na otáčivý pohyb (elektro)magnetu v generátoru, tím dochází k indukci střídavého napětí v cívkách generátoru. Tak vzniká téměř všechna elektřina, kterou odebíráme z elektrické sítě. Napětí na vývodech cívky může být indukováno i jinak než pohybem magnetu – například střídavým proudem procházejícím druhou cívkou v její blízkosti. To je využito u transformátoru. Indukční vařič zase ohřívá dno nádoby vířivými proudy. Tyto vířivé proudy ve dně nádoby indukuje proměnné magnetické pole cívky, která se nachází pod plotnou vařiče. Žáci mohou znát z domácnosti, že když zapojují, resp. vypojují, ze zásuvky spotřebiče s velkým odběrem proudu (fén, toustovač, …), pokud nepoužijí vypínač na nich a rovnou je vytáhnou, „táhnou“ mezi vidlicí a zásuvkou jiskru – ta vzniká jako důsledek indukce napětí na konci vodičů při rychlém přerušení el. obvodu. ___________________________________________________________________________ Příklad Vlak jede vodorovně stálou rychlostí 100 km/h po kolejích, které mají rozchod (tedy vzdálenost kolejnic) 1435 mm. Přední náprava vlaku vodivě spojuje kolejnice. Vlak se pohybuje ve směru kolmém ke směru magnetické indukce zemského magnetického pole, jeho náprava je rovněž kolmo k tomuto směru. Vertikální složka magnetické indukce magnetického pole Země má v oblasti průjezdu vlaku velikost přibližně 4,5 ∙ 10-5 T. Jak velké napětí se indukuje v nápravě vlaku? Řešení: Indukované napětí vypočítáme podle vzorce Ui = B ∙ l ∙ v, kde l je vzdálenost kolejnic (délka vodivé nápravy), B je velikost vertikální složky mag. indukce zemského magnetického pole a v je rychlost pohybu vlaku. Po dosazení číselných hodnot získáme výsledek Ui 1,8 mV.
str. 15 z 16 Experimentování doma, Navázání ve výuce Je-li ve škole k dispozici indukční vařič, je možné s ním provést různé experimenty (podrobněji viz [1]) a vysvětlit princip vaření na tomto vařiči (pomocí vířivých proudů indukovaných v nádobí), proč je pro vaření vhodné jen některé nádobí a jaké to je (železné nebo nerezové nádobí neobsahující elektricky i tepelně dobře vodivou hliníkovou vrstvu). Žáci mohou mít indukční vařič také doma – v tom případě je ovšem nutné dbát na bezpečnost práce s elektrickými spotřebiči a předložit jim k vyzkoušení jen některé experimenty. ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Pokusy s indukčním vařičem: http://kdf.mff.cuni.cz/~zilavy/clanky/Pokusy_s_indukcnim_varicem.pdf
str. 16 z 16
9) Galvanický článek Cíle úlohy Žák: ● porovnáním vzájemných napětí seřadí kovy do Beketovovy řady ● si vyzkouší, že spojováním různých dvojic kovů získá různé kontaktní napětí ● ví, že spojením dvou stejných kovů získá nulové kontaktní napětí ___________________________________________________________________________ Uplatnění v praxi Galvanické články se používají v přenosných elektrických spotřebičích (kapesní svítilny, rádia, různé hračky apod.), tam, kde nelze využít síťové napětí, jako záložní zdroje (potřebné např. při přerušení dodávky el. proudu) i jako dobíjitelné akumulátory (v mobilech, fotoaparátech, automobilech a vesmírných stanicích). V přírodě také najdeme zdroje napětí – např. speciální druh rejnoka [2] dokáže omráčit svou kořist výbojem z elektrického orgánu, elektrické šoky způsobují i další ryby jako úhoř elektrický nebo africký sumec elektrický. Obdoba galvanického článku může vzniknout v ústech člověka, který má zubní výplně ze dvou různých kovů. Elektrolyt pak tvoří sliny. ___________________________________________________________________________ Experimentování doma Galvanický článek lze vyrobit např. z citronu a 2 čistých kovových drátků nebo plíšků z mědi a zinku. Měděný drátek jde sehnat například z vyřazené elektroinstalace, místo zinkového stačí i kousek pozinkovaného plechu. Očistíme je saponátem, lihem nebo jemným smirkovým papírem. Pak drátky zasuneme do citronu tak, aby částečně vyčnívaly ven a aby se uvnitř citronu navzájem nedotýkaly. Žáci mohou zkoušet i další ovoce i zeleninu (jablka, kyselé okurky, brambory,…). Která plodina je nejlepší galvanický článek? Podaří se žákům s pomocí vlastního galvanického článku rozsvítit červenou LED diodu? (Patrně budou muset spojit více citronů do série. Pozor na správné propojení elektrod – vždy zinkový pól jednoho citronu propojíme s měděným pólem druhého citronu.) Bude nějaký rozdíl, když zapojí do série více citronů, anebo více plátků jednoho citronu – vydrží akumulátor z celého citronu déle než z plátku? Jiný způsob výroby galvanického článku (s použitím dřevěného popela, krabiček od filmů, alobalu, drátku a toaletního papíru) je v [1]. ___________________________________________________________________________ Odkazy [1] Galvanický článek domácí výroby: http://deosum.com/Articles/216-jak-vyrobitgalvanicky-clanek.aspx [2] Parejnok elektrický: http://zivazeme.cz/atlas-paryb/parejnok-elektricky [3] Galvanický článek napájí hrací přáníčko: http://fyzikalnisuplik.websnadno.cz/fyzika/hrajici_jablka.pdf
