"Rozvoj vědy a pokrok poznání se stávají stále obtížnější. Na experimentování již nestačí zápalky a sláma." Richard Philips Feynman

"Rozvoj vědy a pokrok poznání se stávají stále obtížnější. Na experimentování již nestačí zápalky a sláma." Richard Philips Feynman

Tato publikace vznikla díky operačnímu programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost v projektu Zavedení inovačních metod do výuky přírodních věd (CZ.1.07/1.1.16/01.0069), který byl realizován v letech 2012–2014 na Gymnáziu a ZUŠ Šlapanice.

KVARTA

OBSAH CHEMIE Ch-IV-1 Měření CO2

7

Ch-IV-2 Závislost množství CO2 na teplotě

9

FYZIKA F-IV-1 Princip činnosti alternátoru

13

F-IV-2 Střídavé napětí

15

F-IV-3 Transformátor

19

F-IV-4 Elektrolýza

21

F-IV-5 Voltampérová charakteristika diody

23

F-IV-6 Usměrnění diodou

25

KVARTA

4

KVARTA

Chemie

5

KVARTA

6

KVARTA –CHEMIE Autor: Radmila Poláčková

Ch-IV-1 Měření CO2

Úkol:


Třída:

kvarta

Úkol: Určení množství CO2 vyprodukovaného pekařskými kvasnicemi Pomůcky: datalogger LabQuest, kuželová baňka, senzor množství CO2, lžička, odměrný válec, kádinka, sacharosa, voda, pekařské kvasnice

!!!

Senzor měří množství CO2 v plynném prostředí, nesmí přijít do kontaktu s kapalinou! Před vložením senzoru do baňky vždy hrdlo zevnitř důkladně osušte!!!

Teorie: Pekařské droždí obsahuje obrovské množství kvasinek, které se ve vhodném prostředí a teplotě množí. Při tom přeměňují cukr na alkohol a oxid uhličitý. Jedná se tedy o alkoholové kvašení. C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 Tento proces se využívá při kynutí těsta. Vzniklý ethanol se při pečení odpaří a oxid uhličitý způsobí zvětšení objemu těsta.

7

KVARTA – CHEMIE Postup:


1. Malou lžičku sacharosy rozpusťte ve 30 ml vody. 2. Roztok vlijte do kuželové baňky. 3. K dataloggeru připojte senzor plynného CO 2. 4. Senzor vložte do kuželové baňky a po ustálení (cca 3 min) zapište koncentraci CO2 v baňce v objemových %. 5. Opatrně datalogger vysuňte a k cukernému roztoku přisypte 0,5 lžičky instantních kvasnic, promíchejte. 6. Opět vložte senzor do kuželové baňky a po cca 6–7 minutách odečtěte hodnotu koncentrace CO2 v baňce.

8

KVARTA –CHEMIE Autor: Radmila Poláčková


Úkol:


Třída:

kvarta

Úkol: Určení závislosti množství CO2 vyprodukovaného pekařskými kvasnicemi na teplotě Pomůcky: datalogger LabQuest, senzor množství CO2, teploměr, 2 kuželové baňky, lžička, odměrný válec, kádinka, sacharosa, voda, pekařské kvasnice

!!!

Senzor měří množství CO2 v plynném prostředí, nesmí přijít do kontaktu s kapalinou! Před vložením senzoru do baňky vždy hrdlo zevnitř důkladně osušte!!!

Teorie: Pekařské droždí obsahuje obrovské množství kvasinek, které se ve vhodném prostředí a teplotě množí. Při tom přeměňují cukr na alkohol a oxid uhličitý. Jedná se tedy o alkoholové kvašení. C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 Tento proces se využívá při kynutí těsta. Vzniklý ethanol se při pečení odpaří a oxid uhličitý způsobí zvětšení objemu těsta.

9

KVARTA –CHEMIE Postup:


1. Dvě kuželové baňky označte po řadě čísly 1, 2. 2. V kádince rozpusťte malou lžičku sacharosy ve 30 ml studené vody a vlijte do baňky č. 1. Změřte teplotu roztoku. 3. Na datalogger připojte senzor plynného CO 2. 4. Senzor vložte do kuželové baňky a po ustálení (cca 3 min) zapište koncentraci CO2 v baňce v objemových %. 5. Opatrně datalogger vysuňte a k cukernému roztoku přisypte 0,5 lžičky instantních kvasnic, promíchejte. 6. Opět vložte senzor do kuželové baňky a po cca 6 minutách odečtěte hodnotu koncentrace CO2 v baňce. 7. Ohřejte vodu na cca 30 °C, odměřte 30 ml a rozpusťte v ní 0,5 lžičky sacharosy. 8. Roztok vlijte do kuželové baňky č. 2. 9. Senzor vložte do kuželové baňky a po ustálení (cca 3 min) zapište koncentraci CO2 v baňce v objemových %. 10. Opatrně datalogger vysuňte a k cukernému roztoku přisypte 0,5 lžičky instantních kvasnic, promíchejte. 11. Opět vložte senzor do kuželové baňky a po cca 6 – 7 minutách odečtěte hodnotu koncentrace CO2 v baňce. 12. Porovnejte množství vzniklého CO2 po 6 minutách ve studeném a teplém cukerném roztoku.

10

KVARTA

Fyzika

11

KVARTA

12

KVARTA –FYZIKA Autor: Gabriela Kokešová

F-IV-1 Princip činnosti alternátoru

Úloha:

F-IV-1 Princip činnosti alternátoru

Třída:

kvarta

Úkol: Ověřte činnost alternátoru. Pomůcky: LabQuest, voltmetr, cívka (600 z), vodiče, magnet, stativ, notebook

Teorie: Pokud dojde k vzájemnému pohybu cívky a magnetu, bude se na koncích cívky indukovat elektrické napětí, v uzavřeném obvodu pak vzniká indukovaný proud. Tento jev se nazývá elektromagnetická indukce.

Alternátor je zařízení, které slouží k výrobě elektrického proudu na principu elektromagnetické indukce. Takto vyráběný proud je střídavý, jeho časovým průběhem je sinusoida.

Postup: 1. Sestavte elektrický obvod podle následujícího schématu:

Připojte voltmetr k LabQuestu. Propojte s notebookem a spusťte program LoggerPro.

13

KVARTA –FYZIKA

F-IV-1 Princip činnosti alternátoru Magnet zavěste tak, aby byl ve výšce jádra cívky.

2. Na liště zvolte Sběr dat

a nastavte dobu trvání měření 5 s a vzorkovací

frekvenci 50 Hz.

3. Kroucením namotejte šňůrku závěsu magnetu. Uvolněte šňůrku, nechte magnet roztočit a spusťte měření pomocí tlačítka

. Toto měření uchovejte pomocí

CTRL + L. 4. Proveďte toto měření ještě jednou, a to s cívkou bez jádra. Měření zaznamenejte do jednoho grafu (první měření uložíte pomocí CTRL + L). Porovnejte oba naměřené grafy a popište, jestli se změnily hodnoty indukovaného napětí. Naměřené grafy uložte. 5. Opakujte celé měření znovu (výsledky měření do nového grafu). Nejprve nechte magnet volně točit vzhledem k cívce s jádrem (výsledek měření uložíte pomocí CTRL + L), podruhé zrychlete otáčení magnetu. Naměřené grafy uložte. Popište, zda závisí hodnoty indukovaného napětí na rychlosti změny magnetického pole uvnitř dutiny cívky. 6. Vytiskněte grafy do protokolu.

14

KVARTA – FYZIKA Autor: Jiří Gončár


Úkol:


Třída:

kvarta

Úkol: 1. Určete nebo vypočtěte frekvenci, periodu, amplitudu a efektivní hodnotu střídavého napětí. 2. Srovnejte naměřenou a vypočtenou hodnotu efektivní hodnoty napětí. Pomůcky: LabQuest 2, voltmetr Vernier, školní multimetr, software LoggerPro, notebook, 2 vodiče, zdroj střídavého napětí

Teorie: Střídavé napětí obvykle vzniká otáčením magnetu či elektromagnetu v okolí cívky, na které se toto střídavé napětí indukuje. Střídavé napětí periodicky mění svou hodnotu a polaritu. V grafu závislosti napětí na čase je pak střídavé napětí zobrazeno sinusoidou. Pokud napětí měříme obyčejným multimetrem, pak je nutné jej nastavit na měření střídavého napětí, tedy oblast ACV. Přístroj pak ukazuje tzv. efektivní hodnotu střídavého napětí, jež má hodnotu přibližně 70 % hodnoty amplitudy,

platí tedy:

15

KVARTA – FYZIKA


Postup: 1. Voltmetr připojte k LabQuestu 2 a ten pak připojte k notebooku. Zapněte LabQuest 2 a v počítači spusťte program Logger Pro. 2. Přes Experiment a Sběr dat nastavte dobu měření 0,5 sekundy a vzorkovací frekvenci 10 000 Hz (viz obr. 2).

Obr. 2

3. Pomocí dvou vodičů připojte voltmetr ke zdroji střídavého napětí a spusťte měření.

16

KVARTA – FYZIKA 4. Na obrazovce se vykreslí graf sinusoidy. Z něj odečtěte patřičné hodnoty, zapište do pracovního listu a dopočítejte požadované hodnoty (obr. 4).

Obr. 4

5. Nyní ke stejnému zdroji střídavého napětí připojte správně nastavený multimetr a změřte znovu hodnotu napětí. Pozn.: Multimetr bude nastavený na ACV, rozsah 20 V, použité svorky COM a V. 6. Na druhou stranu protokoly vytiskněte graf. Pozor, nesmíte přímo propojit oba póly zdroje (ani omylem), protože byste zdroj zkratovali!

17

KVARTA – FYZIKA

18



Úloha:


Třída:

kvarta

Úkol: Ověřte činnost transformátoru. Pomůcky: LabQuest2, voltmetr Vernier, sada cívek, jádro transformátoru, vodiče

Teorie: Transformátor je zařízení pracující na principu elektromagnetické indukce - pracuje tedy pouze na střídavý proud.

Střídavý proud na primární cívce vyvolává v okolí této cívky proměnlivé magnetické pole. Toto pole se přes uzavřené jádro přenáší na sekundární cívku, na které se pak indukuje elektrické napětí.

Pro napětí indukované na sekundární cívce pak platí:

Postup: 1. Sestavte obvod dle schématu. Zapněte LabQuest a připojte do něj voltmetr Vernier.

19

KVARTA – FYZIKA


Schéma:

2. U transformátoru měňte počty závitů na primární a sekundární cívce a vždy zapište počet závitů do připravené tabulky v pracovním listu. 3. U každé varianty cívek transformátoru vždy změřte napětí na primární i sekundární cívce a obě zapište do tabulky. 4. Spočítejte transformační poměr k dvěma způsoby: a) b) Výsledky porovnejte.

20


F-IV-4 Elektrolýza

Úkol:

F-IV-4 Elektrolýza

Třída:

kvarta

Úkol: Ověřte, že kapalinou může procházet elektrický proud. Pomůcky: LabQuest 2, ampérmetr Vernier, vodiče, zdroj napětí, žárovka, elektrody, kádinka

Teorie: Elektrický proud v kapalinách je tvořen usměrněným pohybem kladně a záporně nabitých iontů. Obyčejná vody neobsahuje téměř žádné množství iontů, a proto je nutné je do vody dodat. Jestliže vložíme kuchyňskou sůl do vody, pak disociuje na ionty Na + a Cl-. Množství iontů pak ovlivňuje velikost elektrického proudu v elektrolytu.

Postup: 1. Sestavte obvod dle schématu. Do kádinky s vodou vložte obě elektrody a dbejte na to, aby se nedotýkaly.

21

KVARTA – FYZIKA

F-IV-4 Elektrolýza

2. Sepněte spínač a změřte elektrický proud procházející obvodem. Poté vsypte 2 lžičky soli, promíchejte a změřte elektrický proud. Měření opakujte, vždy přidejte další 2 lžičky soli (celkem 2, 4, 6 lžiček). Výsledky zapište do tabulky v pracovním listu.

22

KVARTA – FYZIKA Autor: Gabriela Kokešová

F-IV-5 Voltampérová charakteris tika diody

Úloha:


Třída:

kvarta

Úkol: Naměřte voltampérovou charakteristiku diody v propustném směru. Pomůcky: LabQuest, dioda, LED, rezistor (50 ), voltmetr, ampérmetr, notebook, vodiče, reostat, zdroj napětí (6 V)

Teorie: Dioda je polovodičová součástka, která obsahuje PN přechod. Její charakteristickou vlastností je, že propouští proud pouze jedním směrem. Toho lze s výhodou využít pro usměrnění proudu v obvodu.


Diodu zapojte v propustném směru. Při zapojení ampérmetru dávejte pozor na polaritu! Obvod zatím nepřipojujte k záporné svorce zdroje napětí, nechte si zapojení zkontrolovat vyučujícím.

23

KVARTA – FYZIKA


2. Připojte ampérmetr a voltmetr pomocí LabQuestu k notebooku. Spusťte program LoggerPro. Proveďte následující nastavení: -

smažte graf závislosti U = f(t)

-

přizpůsobte velikost grafu obrazovce a nastavte jeho osy pomocí Nastavení a Nastavení grafu… Na svislou osu zvolte proud a přizpůsobte rozsah měření (0–0,4 A). Na vodorovnou osu zvolte napětí (rozsah 0–3 V). Dále zrušte možnost Spojovat body.

-

- pomocí tlačítka sběr dat

nastavte pouze vybrané události.

3. Nastavte jezdce potenciometru tak, aby bylo na rezistoru nulové napětí. Pomocí tlačítka

vynulujte ampérmetr a voltmetr.

4. Spusťte měření. Pomocí jezdce postupně zvyšujte napětí a pomocí tlačítka Zachovat

ukládejte aktuální dvojici hodnot napětí – proud. Proveďte alespoň

15 měření. Pozor! Napětí na diodě zvyšujte pouze do 3 V. 5. Nezapomeňte vytisknout graf do protokolu LP.

24

KVARTA – FYZIKA Autor: Gabriela Kokešová


Úloha:


Třída:

kvarta

Úkol: Ověřte činnost jednocestného usměrňovače. Pomůcky: LabQuest, dioda, voltmetr, ampérmetr, notebook, vodiče, reostat, zdroj střídavého napětí (3 V)

Teorie: Dioda je polovodičová součástka, která obsahuje PN přechod. Její charakteristickou vlastností je, že propouští proud pouze jedním směrem. Toho lze s výhodou využít pro usměrnění proudu v obvodu.

Jednocestný usměrňovač: do obvodu střídavého proudu zapojíme diodu, proud bude procházet rezistorem vždy jen během jedné půlperiody, a to pouze jedním směrem.

Dvojcestné usměrnění – Graetzovo zapojení: do obvodu zapojíme čtyři diody, které usměrní proud procházející obvodem. Proud bude procházet rezistorem pouze jedním směrem během celé periody.

25

KVARTA – FYZIKA



Připojte ampérmetr k LabQuestu a ten propojte s počítačem. Spusťte program Logger Pro. 2. Na liště zvolte Sběr dat

a nastavte dobu trvání měření 0,1 s a vzorkovací

frekvenci 10 kHz.

3. Spusťte měření pomocí tlačítka

. Z naměřeného grafu závislosti proudu

na čase ověřte, že dioda zapojená do obvodu pracuje jako jednocestný usměrňovač. 4. Vytiskněte graf do protokolu.

26

Použitá literatura: [1] BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0. [2] OPAVA, Zdeněk. Chemie kolem nás. 1. vyd. Praha: Albatros, 1986. [3] ŠKODA, Jiří a Pavel DOULÍK. Chemie 9: pro základní školy a víceletá gymnázia: učebnice. 1. vyd. Plzeň: Fraus, 2007, 128 s. ISBN 978-807-2385-843. [4] KOLÁŘOVÁ, Růžena. Fyzika pro 9. ročník základní školy. Praha: Prometheus, 2008, 236 s. ISBN 978-807-1961-932.

Zdroje fotografií na obálce: [5] BOCK, Christoph. DNA (CC BY-SA). [fotografie] In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-. Formát: 800 × 600 (upraveno). Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Methylace_DNA#mediaviewer/Soubor:DNA_methylation.jpg [6] AWESOMOMAN. Fire. [fotografie] In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-. Formát: 1,944 × 2,896 (upraveno). Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Fire.JPG [7] GERALT. Flash. [fotografie]. In: Pixabay.com [online]. Formát: 1046 × 2584 (upraveno). Dostupné z: http://pixabay.com/en/flash-night-thunderstorm-light-68920/.

KVARTA Redakce:

Mgr. Gabriela Kokešová, Mgr. Radmila Poláčková, Mgr. Miroslav Dvořák, Mgr. Jiří Gončár

Jazyková korektura: Mgr. Jaroslav Kotulán Fotografie: autoři úloh Návrh úvodní strany obálky: Pavlína Sikorová Grafická úprava: Mgr. Roman Ondrůšek Tisk: Marais, s.r.o. Vydalo: Gymnázium a ZUŠ Šlapanice, červen 2014 Náklad: 50 ks tiskem Zdarma digitálně na: http://www.prirodnivedymoderne.cz/cz/vyukove-materialy

"Rozvoj vědy a pokrok poznání se stávají stále obtížnější. Na experimentování již nestačí zápalky a sláma." Richard Philips Feynman

Recommend Documents