MASARYKOVA UNIVERZITA. Elektromontážní souprava pro výuku na druhém stupni základní školy

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra technické a informační výchovy Elektromontážní souprava pro výuku na druhém stupni základní školy Bakalářská práce Brno 2013 Vedoucí práce: doc. Ing. Jiří Hrbáček, Ph.D. Autor práce: Dana Slabá

2 Bibliografický záznam SLABÁ, Dana. Elektromontáţní souprava pro výuku na druhém stupni základní školy : Bakalářská práce. Brno : Masarykova univerzita, Fakulta pedagogická, Katedra technické a informační výchovy, Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jiří Hrbáček, Ph.D. Anotace Bakalářská práce Elektromontáţní souprava pro výuku na druhém stupni základní školy shrnuje součastnou situaci elektrotechnických stavebnic pro základní školy. Navrhuje elektrotechnickou stavebnici jako vhodný doplněk do výuky k tématu Člověk a svět práce. Annotation Bachelor thesis The electrical engineering for teaching at secondary school summarizes the situation of electrical current virtual kits for primary schools. Electrical kit suggested as a suitable complement to the teaching on man and the world of work. Klíčová slova Technické vzdělávání, Rámcový vzdělávací program, Člověk a svět práce, elektrotechnické stavebnice, elektromontáţní souprava. Keywords Technical education, Framework Educational Programme, Man and the World of Work, electro-technical kits, The electrical engineering.

3 Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem závěrečnou bakalářskou práci vypracovala samostatně, s vyuţitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů. V Brně dne 26. června Dana Slabá

4 Poděkování Na tomto místě bych ráda poděkovala svému vedoucímu práce doc. Ing. Jiřímu Hrbáčkovi, Ph.D., za odborné vedení bakalářské práce. Dále bych poděkovala svému otci Ing. Jaroslavu Slabému za odborné konzultace a podporu.

5 Obsah ÚVOD TECHNICKÉ VZDĚLÁVÁNÍ ROLE UČEBNÍCH POMŮCEK VE VÝUCE RÁMCOVÝ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM ČLOVĚK A SVĚT PRÁCE ELEKTROTECHNICKÁ STAVEBNICE KATEGORIZACE ELEKTROTECHNICKÝCH STAVEBNIC NEJPOUŢÍVANĚJŠÍ ELEKTROTECHNICKÉ STAVEBNICE ELEKTROMONTÁŽNÍ SOUPRAVA NÁVRH PŘESTAVBY STAVEBNICE POPIS VÝROBY STAVEBNICE POPIS JEDNOTLIVÝCH DÍLŮ PRÁCE S ELEKTROMONTÁŽNÍ SOUPRAVOU BEZPEČNOST PRÁCE A ÚDRŢBA ELEKTROMONTÁŢNÍ SOUPRAVY NÁVOD POSTUPU PŘI MONTÁŢI A DEMONTÁŢI JEDNOTLIVÝCH DÍLŮ UMÍSTĚNÍ A SEZNAM DÍLŮ SOUPRAVY PRACOVNÍ ÚKOLY S MONTÁŢNÍMI NÁVODY ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA... 53

6 Úvod Cílem práce je navrhnout a realizovat modernizaci stávající elektromontáţní soupravy od výrobce Dipra Praha na základě současných elektrotechnických norem. Umoţnit její širší pouţití na základních školách pro výuku elektrotechniky, na středních odborných školách se zaměřením na elektrotechniku pro praktická cvičení, v hodinách odborného výcviku a v neposlední řadě i při výuce na Pedagogických fakultách v předmětu Elektrotechnika. V současné době není na trhu podobná elektromontáţní souprava, a proto je cílem návrh a vytvoření vlastní stavebnice určené pro stejný typ výuky. Navrţené řešení musí umoţňovat snadnou, finančně nenáročnou realizaci vlastními silami v podmínkách školy. Práce je rozdělena do tří logicky na sebe navazujících částí. První část navazuje na současné poţadavky rámcového vzdělávacího programu pro vzdělávání, věnuje se oblasti Člověk a svět práce. Charakterizuje se zde pojem elektrotechnická stavebnice a její kategorie. V druhé části je podrobně popsána původní elektromontáţní souprava od výrobce Dipra Praha z roku 1984 a návrh její přestavby včetně podrobného popisu jednotlivých součástek. Třetí část se věnuje souboru praktických úkolů pro zapojení nově vytvořené elektromontáţní soupravy. Úlohy jsou navrţeny tak, aby je byly schopni zvládnout ţáci základních škol, tedy začátečníci, pod vedením pedagoga. 6

7 1 Technické vzdělávání Na kaţdém kroku člověka potkáváme techniku, která usnadňuje lidské činnosti a potřeby. Ţáci se dozvídají znalosti z oblasti techniky na základních školách. Buď během výkladu o funkci a fungování přístrojů nebo součástek, anebo při jejich praktickém pouţívání. Do škol se v současnosti dostává multimediální technika a moderní učební pomůcky, jako jsou počítače, notebooky, interaktivní tabule atd. U dětí je kladen důraz na rozvíjení technického vzdělání a manuální činnosti. 1.1 Role učebních pomůcek ve výuce V součastné době pro zaujetí ţáků vyuţívá dobrý pedagog často vhodné učební pomůcky. Jen zřídka si ho dokáţeme představit bez nich. Při pouţití pomůcek ve výuce je umoţněno ţákům chápat danou látku více smysly. Pomůcku ţáci vidí, mají moţnost ji uchopit, popřípadě slyšet, jaké vydává zvuky. Pedagogický slovník J. Průchy a kolektivu definuje učební pomůcku takto: Učební pomůcky jsou předměty zprostředkující nebo napodobující realitu, napomáhající větší názornosti nebo usnadňující výuku. (Průcha, J. 2004, s. 257) Narozdíl od toho Pedagogický slovník B. Kujala a kolektivu: Učební pomůcky jsou přirozené objekty nebo předměty napodobující skutečnost nebo symboly, které ve vyučování a učení přispívají jako zdroje informací k vytváření, prohlubování a obohacování představ a umoţňují vytvářet dovednosti v praktických činnostech ţáků, slouţí k zobecňování a osvojování zákonitostí přírodních a společenských jevů. Pouţívají se především proto, aby se vytvořily podmínky pro intenzivnější vnímání učební látky, aby do celkového procesu bylo zapojeno co nejvíce receptorů, především zrakových a sluchových. (Kujal, B. 1967, s. 462) Elektrotechnické stavebnice jsou významnými didaktickými pomůckami v oblasti učiva o elektrotechnice. Při jejich vyuţití ve výuce napomáhají ţákům svou názorností rozvíjet celkový pohled na elektrické obvody od detailů jednotlivých součástek a jejich vzájemných propojení, aţ po celkovou funkci konkrétního zapojení. Výrazně přispívají k rozvoji technického myšlení jednotlivců. Elektrotechnické stavebnice by měly odpovídat poţadavkům současných norem a pouţívanému technologickému vybavení. Avšak na základních školách jsou často pouţívány historické stavebnice, které uţívají jiţ dosluhující a zastaralé technologie, a mnohdy ani nenaplňují poţadavky současných norem. Jejich budoucnost je 7

8 předpokládána aktuálním základním kurikulárním dokumentem, tj. Rámcovým vzdělávacím programem pro základní vzdělávání. (RVP ZV [online]) 1.2 Rámcový vzdělávací program Nejvyšší úroveň poţadavků na vzdělávání je definována Rámcovými vzdělávacími programy spolu s projektem Národního programu pro rozvoj vzdělávání (tzv. Bílé knihy). Soustava kurikulárních dokumentů, pro vzdělávání ţáků mateřských, základních a středních škol od 3 do 19 let, má dvě úrovně státní a školní. Státní úroveň představuje Národní program vzdělávání a Rámcové vzdělávací programy, určují rámec základního vzdělávání. Školní vzdělávací program představuje školní stupeň. Kaţdá škola si tvoří svůj školní vzdělávací program podle stanovených zásad, které se nacházejí v Rámcových vzdělávacích programech. Národní program pro rozvoj vzdělávání, rámcové vzdělávací programy i školní vzdělávací programy jsou veřejně přístupné dokumenty pro pedagogy i širokou veřejnost. Jsou k nalezení v knihovnách, ve školách i na internetu. Rámcové vzdělávací programy rovněţ vymezují cíle základního vzdělávání, které mají pomáhat postupně vytvářet a rozvíjet klíčové kompetence. Cíle jsou stanoveny takto: umoţnit ţákům osvojit si strategie učení a motivovat je pro celoţivotní učení podněcovat ţáky k tvořivému myšlení, logickému uvaţování a k řešení problémů vést ţáky k všestranné, účinné a otevřené komunikaci rozvíjet u ţáků schopnost spolupracovat a respektovat práci a úspěchy vlastní i druhých připravovat ţáky k tomu, aby se projevovali jako svébytné, svobodné a zodpovědné osobnosti, uplatňovali svá práva a naplňovali své povinnosti vytvářet u ţáků potřebu projevovat pozitivní city v chování, jednání a v proţívání ţivotních situací; rozvíjet vnímavost a citlivé vztahy k lidem, prostředí i k přírodě učit ţáky aktivně rozvíjet a chránit fyzické, duševní a sociální zdraví a být za ně odpovědný vést ţáky k toleranci a ohleduplnosti k jiným lidem, jejich kulturám a duchovním hodnotám, učit je ţít společně s ostatními lidmi 8

9 pomáhat ţákům poznávat a rozvíjet vlastní schopnosti v souladu s reálnými moţnosti a uplatňovat je spolu s osvojenými vědomostmi a dovednostmi při rozhodování o vlastní ţivotní a profesní orientaci (RVP ZV [online]) Definici klíčových kompetencí určují Rámcové vzdělávací programy takto: Klíčové kompetence představují souhrn vědomostí, dovedností, schopností, postojů a hodnot důleţitých pro osobní rozvoj a uplatnění kaţdého člena společnosti. Jejich výběr a pojetí vychází z hodnot obecně přijímaných ve společnosti a z obecně sdílených představ o tom, které kompetence jedince přispívají k jeho vzdělávání, spokojenému a úspěšnému ţivotu a k posilování funkcí občanské společnosti. (RVP ZV [online]) Jednotlivé klíčové kompetence nejsou jednoznačně vymezeny, ale navzájem se prolínají. Jejich podobu je moţné získat pouze jako celkový výsledek vzdělávacího procesu. Základní vzdělávání pokládá za klíčové kompetence tyto: kompetence k učení; kompetence k řešení problémů; kompetence komunikativní; kompetence sociální a personální; kompetence občanské; kompetence pracovní. (RVP ZV [online]) Vzdělávací obsah základního vzdělávání je v Rámcovém vzdělávacím programu pro základní vzdělávání orientačně rozdělen do devíti vzdělávacích oblastí. Jednotlivé vzdělávací oblasti jsou tvořeny jedním vzdělávacím oborem nebo více obsahově blízkými vzdělávacími obory: Jazyk a jazyková komunikace (Český jazyk a literatura, Cizí jazyk); Matematika a její aplikace (Matematika a její aplikace); Informační a komunikační technologie (Informační a komunikační technologie); Člověk a jeho svět (Člověk a jeho svět); Člověk a společnost (Dějepis, Výchova k občanství); Člověk a příroda (Fyzika, Chemie, Přírodopis, Zeměpis); Umění a kultura (Hudební výchova, Výtvarná výchova); Člověk a zdraví (Výchova ke zdraví, Tělesná výchova); Člověk a svět práce (Člověk a svět práce). (RVP ZV [online]) 1.3 Člověk a svět práce Člověk a svět práce zastupuje v Rámcovém vzdělávacím programu oblast techniky. Obor připravuje ţáky do ţivota ke zvládnutí běţných manuálních činností v domácnosti (např. výměna ţárovky), k volbě dalšího vzdělávání a přípravy na budoucí povolání. Člověk a svět práce je rozdělen na 1. stupni na čtyři tematické okruhy Práce s drobným materiálem, Konstrukční činnosti, Pěstitelské práce, Příprava pokrmů, 9

10 které jsou pro školu povinné. Na 2. stupni je rozdělen na osm tematických okruhů Práce s technickými materiály, Design a konstruování, Pěstitelské práce a chovatelství, Provoz a údrţba domácnosti, Příprava pokrmů, Práce s laboratorní technikou, Vyuţití digitálních technologií, Svět práce. Tematické okruhy na 2. stupni tvoří nabídku, z níţ školy vybírají podle svých podmínek a pedagogických záměrů, kromě povinného tematického okruhu Svět práce, minimálně další dva tematické okruhy. Vybrané tematické okruhy je nutné realizovat v plném rozsahu. (RVP ZV [online]) Náplň všech tématických okruhů je určena všem ţákům bez výjimky. Zásady bezpečnosti a hygieny při práci jsou nedílnou součástí těchto okruhů. V této oblasti se charakterizuje cílové zaměření pomocí klíčových kompetencí, které vede ţáky k: pozitivnímu vztahu k práci a k odpovědnosti za kvalitu svých i společných výsledků práce osvojení základních pracovních dovedností a návyků z různých pracovních oblastí, k organizaci a plánování práce a k pouţívání vhodných nástrojů, nářadí a pomůcek při práci i v běţném ţivotě vytrvalosti a soustavnosti při plnění zadaných úkolů, k uplatňování tvořivosti a vlastních nápadů při pracovní činnosti a k vynakládání úsilí na dosaţení kvalitního výsledku poznání, ţe technika jako významná součást lidské kultury je vţdy úzce spojena s pracovní činností člověka autentickému a objektivnímu poznávání okolního světa, k potřebné sebedůvěře, k novému postoji a hodnotám ve vztahu k práci člověka, technice a ţivotnímu prostředí chápání práce a pracovní činnosti jako příleţitosti k seberealizaci, sebeaktualizaci a k rozvíjení podnikatelského myšlení orientaci v různých oborech lidské činnosti, formách fyzické a duševní práce a osvojení potřebných poznatků a dovedností významných pro moţnost uplatnění, pro volbu vlastního profesního zaměření a pro další ţivotní a profesní orientaci. (RVP ZV [online]) 10

11 2 Elektrotechnická stavebnice Akademický slovník cizích slov definuje elektrotechniku jako obor zabývající se výrobou, rozvodem a přeměnou elektrické energie v jiné druhy energie, konstrukcí sdělovacích a zabezpečovacích zařízení: silnoproudá a slaboproudá elektrotechnika. (Petráčková, V. 2000, s. 192) Pojem stavebnice lze obecně charakterizovat jako sadu určitých předmětů k sestavování a spojování do libovolných či přesně vymezených celků, k jejich montáţi a demontáţi. (Dostál, J. 2008, s. 13). A. Chamilla popisuje stavebnici z pedagogického hlediska jako pomůcku, která umoţňuje na základě dané předlohy anebo téţ vlastní představy sestavit zařízení vymezené danými součástkami a jejich konstrukcí. (Chamilla, A. 1982, s. 64) Základní hlediska z předcházejících definic obecně platí i u elektrotechnických stavebnic. Elektrotechnickou stavebnici definuje D. Novák jako takovou soustavu nosných prvků, funkčních prvků a funkčních částí, určených k jednorázovému nebo opakovanému sestavení různého počtu obvodů, která je jako celek určena svými didaktickými a technickými parametry. (Novák, D. 1997, s. 10) Na základě této definice uvádí ve své knize J. Dostál definici: Elektrotechnická stavebnice je materiální edukační médium, tvořené komplexem komponentů slouţících k realizaci elektrických obvodů na různé úrovni variability s akcentem na technické aspekty. (Dostál, J. 2008, s. 14) Pořízení a pouţívání stavebnic závisí především na zapálení jednotlivých pedagogů pro různorodost výukových forem a přístupnosti vedení školy k investici těchto pomůcek. Práce se stavebnicemi na 1. stupni je většinou jen montáţní. Ţáci sestavují modely stavebnic pomocí předloh a návodů. Čímţ získávají a rozvíjejí manuální zručnost. Na rozdíl od toho ţáci na 2. stupni zpravidla modely sestavují a analyzují. Pouţívají se elektrotechnické, elektronické, fyzikální, chemické a konstrukční stavebnice. Probírají detailněji návody. Po sestavení dělají s učitelem zpětnou vazbu, daného úkolu. 2.1 Kategorizace elektrotechnických stavebnic Elektrotechnické stavebnice se pouţívají v různých předmětech (např. ve Fyzice, Chemii, Praktických činnostech). V dnešní moderní době existuje mnoho druhů 11

12 stavebnic, které můţeme pro lepší orientaci rozdělit podle různých kritérií. V následujících řádcích je stručně uvedená kategorizace elektrotechnických stavebnic, kterou ve své knize uvádí Jiří Dostál. (Dostál, J. 2008, s ) 1. Kategorizace podle způsobu využití ve výuce Demonstrační jsou to stavebnice vytvořeny pro ukázku daného tématu. Demonstraci provádí učitel, jenţ do ní můţe zapojit i ţáky. Demonstrační stavebnice jsou přehlednější a můţou být i větší oproti ţákovským kvůli přehlednosti. Nejvhodnější demonstrační stavebnice je ta, která je totoţného provedení se stavebnicemi pro ţáky. Ţákovské slouţí k samostatné práci ţáků. Ve školách jsou dostupné ve více kusech. 2. Kategorizace podle počtu oblastí, pro něž jsou určeny Monotematické jednooborové Polytematické víceoborové 3. Kategorizace podle úrovně vzdělávání Pro základní vzdělávání při práci s elektromontáţními stavebnicemi se na základních školách pracuje vzhledem k bezpečnosti do 12 V střídavého napětí a do 25 V stejnosměrného napětí. Tyto hodnoty jsou definovány jako hodnoty bezpečné v normě ČSN [ed. 2]. Pro středoškolské vzdělávání Ţáci na některých středních odborných školách jsou seznámeny s vyhláškou č. 50/1978 Sb. o odborné způsobilosti v elektrotechnice. Díky tomu mohou pracovat s vyšším napětím, např. i u elektrotechnických stavebnic. Pro vysokoškolské vzdělávání 4. Kategorizace podle charakteru elektrického proudu Pro slaboproudou elektrotechniku (také název elektronické stavebnice) Pro silnoproudou elektrotechniku (také název elektrotechnické stavebnice) 5. Kategorizace podle výrobce Vyráběné profesionálně jsou vyráběny nejčastěji firmou, která se specializuje na výrobu těchto výrobků. Po technické stránce jsou 12

13 vyrobeny kvalitně a mají zajímavé estetické řešení. Výrobci respektují současné normy a splňují poţadavky na bezpečnost práce. Pro školy jsou tyto stavebnice většinou za nepřijatelné ceny. Náhradní díly jsou snadno k dostání. Vyráběné amatérsky do samotné realizace amatérské stavebnice můţe škola zapojit i jednotlivé ţáky. Po estetické stránce jsou nezajímavé, ale pro školy jsou cenově dostupné. 6. Kategorizace dle zaměření elektrotechniky Pro obecnou elektrotechniku a elektroniku Pro digitální a mikroprocesorovou techniku Pro elektroinstalace Pro elektrické stroje Pro měřící a regulační techniku Pro automobilovou elektrotechniku Pro telekomunikační techniku Pro výkonovou elektroniku Pro výrobu a rozvod elektrické energie Pro jiné zaměření 7. Kategorizace podle typu uživatele Pro začátečníky Pro pokročilé Pro velmi pokročilé Stavebnice podle těchto kategorií se navzájem liší s počtem jednotlivých dílů a také s náročností samostatných úkolů. 8. Kategorizace podle umístění součástek Se součástkami pevně umístěnými na nosné desce - tyto stavebnice nelze doplnit o další prvky. Jednotlivé součástky se propojují pomocí vodičů a zapojení můţe být nepřehledné. Výhodou je, ţe se díly stavebnice neztratí. Se součástkami zapouzdřenými nebo na nosných štítcích stavebnice umoţňuje doplnění o nové modely se součástkami. Díky velké rozmanitosti zapojení obvodů je přehlednější. Sestavování jednotlivých obvodů můţe trvat delší dobu. 13

14 S volnými součástkami pro zapojování do propojovacích polí výhodou je moţnost o doplnění nových součástek a poškozené vyměnit přímo za nové. Ţáci mají přímý kontakt s reálnou podobou součástek. Zapojování jednotlivých obvodů je časově náročné a můţe být i nepřehledné. Součástky se mohou snadno ztratit. 9. Kategorizace podle typu spojů mezi prvky S nerozebíratelnými spoji S rozebíratelnými spoji: o s ovíjenými spoji o s magnetickými spoji o s pruţinovými spoji o se šroubovými spoji o se zásuvkovými spoji 10. Kategorizace dle reálnosti sestavování obvodů a součástek Vyuţívající reálné součástky Simulované počítačem 11. Kategorizace podle oblasti aplikace Pro obecnětechnické vzdělávání Pro profesní vzdělávání Pro volný čas 2.2 Nejpoužívanější elektrotechnické stavebnice Elektrotechnické stavebnice se pouţívají ve školní praxi a v ostatních volnočasových aktivitách. Rozdílné stavebnice se pouţívají u nás i v zahraničí mimo jiné i proto, ţe vycházejí z jiných národních norem. V knize Jiřího Dostála se uvádějí nejpouţívanější elektrotechnické stavebnice, jejichţ pouţívání prokázaly výzkumy. (Dostál, J. 2008, s ) V této kapitole je stručně popsán výběr stavebnic. Tento seznam můţe zároveň slouţit i pro orientaci pedagogů a moţnost jejich výběru vhodné stavebnice pro daný předmět. Většina z nich se dá v dnešní době běţně koupit ve specializovaných prodejnách. 1) Merkur elektronic E2 Stavebnice je volným pokračováním ElektroMerkur E1, ve které jste se mohli seznámit se vznikem elektrického proudu a magnetizmu. Merkur E2 14

15 umoţňuje seznámení se slaboproudou elektrotechnikou. Základní deska je vyrobena z novoplastu. Pomocí šroubků a matiček se na ni montují jednotlivé díly stavebnice, které se navzájem propojují ocelovými pásky nebo vodiči. Manuál obsahuje 27 různých zapojení obvodu. Je určena pro děti od 10 let, děti si zde vše montují sami, proto můţe být zapojování zdlouhavé. 2) Logitronik 01 a 02 Logitronik 01 a 02 jsou dvě na sebe navazující elektrotechnické stavebnice. Zabývají se logickými systémy, s kaţdou funkcí YES, NOT, AND, OR se seznámíte pomocí zajímavých obvodů. Stavebnice se skládá v obou případech ze základní desky, na které jsou pevně připevněny součástky a přístroje. Jsou prostorově rozděleny podle jednotlivých druhů: odpory, kondenzátory, integrovaný obvod, diody, spínače a zdroj. Propojování jednotlivých dílů probíhá pomocí drátků. Obsahuje návod, v němţ se nacházejí jednotlivé moţnosti zapojení obvodů. Uţivatelé přímo pracují s reálnou podobou součástek a přístrojů, které se snadno neztratí. 3) Voltík I, II, III Voltík je na sebe navazující sada elektronických stavebnic. Zábavnou formou pomáhá odhalit základy a principy elektrotechniky. Skládá se ze základní desky, která je osazena zdířkami, ke kterým jsou pevně připájeny součástky. K propojování jednotlivých dílů slouţí odizolované vodiče, které se upevňují pomocí gumových kolíčků. Zdrojem jsou 4 tuţkové monočlánky. Voltík I. je určen dětem od 6 let a děti s ním mohou sestavit 35 různých modelů s barevnými světélky a bzučákem. Na rozdíl od toho je Voltík II. vhodný pro děti od 10 let. Podle příručky mohou postavit 50 elektronických obvodů bez pájení. Pro děti od 12 let je určena stavebnice Voltík III., která obsahuje součástky pro stavbu 50 digitálních obvodů. Nevýhodou těchto stavebnic je umístění součástek pod panel, uţivatel nemá představu o reálné podobě jednotlivých dílů. 4) Propojovací pole Jedná se o desku s nepájivým polem, do kterého se součástky pouze zasouvají. Sestavení obvodu by v tomto případě mohlo být rychlé a jednoduché. 15

16 Součástky se zde opětovně pouţívají, nevýhodou můţe být časté zlomení noţiček např. u rezistorů a opotřebení ostatních součástek. Výhodou je výměna jednotlivých dílů kus za kus bez další potřebné úpravy kvůli stavebnici, a také doplnění o nové součástky. Uţivatelé pracují s reálnými podobami součástek. Nevýhodou můţe být nepřehlednost zapojení u sloţitějších obvodů. V dnešní době se dá deska s nepájivým propojovacím polem běţně koupit. 5) Edison Edison je výukový software, kde se dají vytvářet virtuální elektrické obvody. Tento výukový program se pouţívá ve více neţ 40 zemích celého světa. Po spuštění Edisona se nám otevřou dvě okna. V levém okně se nachází plocha pro umístění součástek, které se nacházejí na okrajích této plochy. Pravé okno slouţí pro zobrazení schématického zapojení námi realizovaného obvodu. Práce s tímto programem je jednoduchá a zábavná. Námi vybrané součástky přetáhneme pomocí myši na plochu levého okna, které navzájem propojíme pomocí myši. Při zapojování se nám automaticky v pravém okně zobrazuje schématické zapojení námi realizovaného obvodu. Po správném zapojení by měl být obvod funkční. Uţivatelé si mohou vybrat z velkého mnoţství baterií, rezistorů, diod, ţárovek, tranzistorů, hradel a přístrojů. V dnešní době existuje jiţ Edison verze ) Elektronik 1 Elektronik 1 je ţákovská elektrotechnická stavebnice. Skládá se z 63 plastových kostiček, v nichţ se nacházejí součástky, vodivé cesty a jedna je prázdná. Uţivatelé nepracují s reálnou podobou součástek, ale pouze s kostičkami, na kterých jsou nakreslené značky. Spojování je pomocí zásuvkových kontaktů, které se nacházejí na bocích jednotlivých kostek. Práce se stavebnicí je jednoduchá a vhodná pro začátečníky. Pomocí návodu můţete kostky sestavit do 40 různých obvodů. Nevýhodou je výměna špatných součástek uvnitř kostek, či doplnění stavebnice o nové prvky. 7) Elektrotechnická stavebnice 500 v 1, 130 v 1, 75 v 1, 50 v 1 Všechny tyto typy elektrotechnické stavebnice jsou si velmi podobné. Na základní desce jsou pevně umístěné součástky, ke kterým jsou připojeny 16

17 pruţinové kontakty. Zapojování je pomocí vodičů. Realizace obvodů je snadná a rychlá, ale nevýhodou je nepřehlednost u sloţitějších zapojení. Výhodou je, ţe se jednotlivé součástky neztrácejí. Kaţdá verze obsahuje přehledný návod, typy se také liší v pouţitém materiálu základní desky. Číslo, které se nachází v jednotlivých názvech verzí, značí počet moţných sestavení různých obvodů. Tyto stavebnice mají kvalitní a zajímavou estetickou podobu. 8) MEZ elektronik 01 a 02 Stavebnice jsou umístěny v kufřících. Ve dnu a víku jsou uloţeny základní desky, na kterých jsou pevně připevněny jednotlivé součástky. Navzájem se propojují vodiči přes pruţinové kontakty. Stavebnice jsou snadno přenosné. Díky umístění součástek na horní části panelů si uţivatel můţe udělat představu o reálné podobě těchto dílů. Součástky se jen tak neztratí. Stavebnice obsahují podrobné návody s návrhy obvodů. Při zapojování sloţitějších obvodů můţe dojít ke špatné přehlednosti a dezorientaci uţivatele. Mezi základní součástky stavebnic zde patří rezistory, kondenzátory, tranzistory, diody, cívky, mikrofon či sluchátko. 9) Zkušební elektrický panel Stavebnice je určena pro děti starší 6 let. Základní panel je osázen součástkami, u kterých jsou schématické značky. Díky tomu si můţe uţivatel udělat představu o reálné podobě jednotlivých součástek, jak ve skutečnosti vypadají. Zapojování obvodů zde probíhá pomocí vodičů s banánky a zdířek připojených k součástkám. Příručka obsahuje popis součástek a 34 moţností zapojení. Celý panel je navrţen pro začátečníky. 10) Elektromontážní souprava Tato stavebnice bude podrobněji charakterizována v následující kapitole. Další stavebnice, které se pouţívají či pouţívaly na základní škole, jsou Z 3/III, EMA, Tina Pro, Pájené stavebnice EZK, Stavebnicový systém Dominoputer, Didaktik a další. Vyuţívají se i některé zahraniční stavebnice či amatérsky vyrobené, bohuţel neexistuje podrobný seznam všech stavebnic. 17

18 3 Elektromontážní souprava Největší rozmach elektrotechnických stavebnic nastal v osmdesátých letech dvacátého století a podílel se na něm zejména národní podnik Komenium v Praze. Z mnoha elektrotechnických stavebnic byla vybrána elektromontáţní souprava, která byla hojně rozšířená na základních školách. Elektromontáţní soupravu vyráběl od roku 1984 podnik Dipra Praha. V dnešní době se jiţ nevyrábí, a tudíţ není na trhu dostupná. Náhradní díly lze však sehnat v kaţdém obchodě s elektroinstalačním materiálem. Elektromontáţní souprava umoţňuje ţákům poznávat zapojení elektrických obvodů. Cílem není v ţádném případě naučit zřizovat a opravovat vybavení bytového rozvodu, protoţe tyto činnosti smějí provádět pouze kvalifikovaní pracovníci. Naopak je moţné vyzkoušet si výměnu ţárovky, zapojení vypínače a zásuvky. Přestoţe obsahuje přístroje běţně pouţívané na rozvody 220 V, tak je stavebnice uzpůsobena na napětí 24 V, které je dle normy ČSN [ed. 2] napětí bezpečné. Proto s ní mohou pracovat a vzdělávat se i ţáci na základních školách. Obr. 1 Původní elektromontážní souprava Elektromontáţní souprava je uloţena v dřevěné krabici. Na novoplastové základní desce je přimontovaný přístrojový panel, který slouţí pro montáţ pojistek. Pod ním se nachází svorkovnice pro napájení stavebnice. Součástí základní desky jsou čtyři krabice pro montáţ zásuvky a vypínačů, v jedné z nich je svorkovnice pro připojení vodičů. Mezi krabicemi se nacházejí protahovací lišty pro vedení vodičů. V horní části se nachází světelný panel s objímkami a v pravé části zvonek s tlačítkem. Úplná souprava dále obsahuje domovní zásuvku a vypínače, vodiče, zkoušečku, kombinované kleště a elektrikářský šroubovák. Na obrázku 1 je vidět krabice s jednotlivými díly stavebnice, na obrázku 2 základní deska a její popis. 18

19 Obr. 2 Základní deska a její popis Na základě kategorizace stavebnic (viz podkapitola 2.1) lze elektromontáţní soustavu charakterizovat takto: Stavebnice slouţí k samostatné práci, ale lze ji vyuţít k modelovému zapojení. Patří tedy do kategorie ţákovské i demonstrační. Zabývá se pouze jedním oborem, patří tedy mezi monotematické. Především je určena pro ţáky základních škol, ale dá se pouţít i na středních a vysokých školách. Zároveň je vhodná jak pro začátečníky, tak i pokročilé uţivatele. Byla vyráběna profesionálně odbornou firmou, ale je poměrně jednoduché si ji vyrobit i v domácím prostředí. V kategorizaci podle charakteru elektrického proudu, patří do skupiny pro silnoproudou elektrotechniku, se zaměřením na elektroinstalaci. Některé části soupravy jsou pevně umístěny na nosné desce. Do nich se pak montují jednotlivé přístroje, jako jsou vypínače a zásuvka. Vyuţívají se skutečné přístroje, běţně dostupné a pouţívané v domácnostech. Stavebnice je vhodná pro obecně technické vzdělávání, pro profesní vzdělávání i pro volnočasové aktivity. 3.1 Návrh přestavby stavebnice Návrh nové koncepce elektromontáţní soupravy je zvaţován tak, aby dodrţoval poţadavky součastných norem. V normě ČSN [ed. 2] je stanoven poţadavek, aby u nových nebo rekonstruovaných elektroinstalací, byl kaţdý zásuvkový okruh do 25 A, ke kterému mají přístup laici, veden přes proudový chránič s vybavovacím proudem 30 ma. Jako předpoklad návrhu je rozvodná krabice s jističi a proudovým chráničem. Přístrojové vybavení původní stavebnice se vyměnilo za novější, modernější a odpovídající dnešním normám. V úvahu přicházely různé moţnosti sloţení a provedení elektromontáţní soupravy. Rozhodovalo se o celkovém počtu jističů a umístění vedení vodičů za základní deskou. Coţ je názornější pro představu umístění vedení ve zdi. Z hlediska přehlednosti a jednoduchého propojení vodičů je zachován původní způsob provedení s vyuţitím lištového propojení. 19

20 U nové stavebnice je zvaţováno napětí 12 V, které je podle elektrotechnické normy ČSN [ed. 2] hodnotou bezpečnou i pro zvlášť nebezpečné prostory. Běţná školní třída patří, dle výše uvedené normy, mezi prostory normální a 24 V lze povaţovat za bezpečné napětí. Toto napětí je zachováno z důvodu dostupnosti a ceny ţárovek a moţnosti vyuţití původního zdroje. Moţným rozšířením funkce stavebnice je ukázka činnosti proudového chrániče při simulované poruše elektrického spotřebiče (sporáku). Za poruchu v tomto případě je povaţováno spojení mezi ţivou (fázový vodič) a neţivou částí (kovový kryt). Pro demonstraci funkce proudového chrániče je nutné mít zdroj střídavého napětí. Proudový chránič pracuje na principu součtového transformátoru, přičemţ transformovat lze právě pouze střídavé napětí. Další součástí stavebnice je zvonek. V současné době lidé převáţně pouţívají melodické bezdrátové zvonky, ale někteří zůstávají věrni klasickému zvonku. Ten je slyšet i ve školách. Tato souprava obsahuje bzučák, aby děti poznali i jiné druhy zvonků a mohli si ukázat princip cívky. Se zvonkem souvisí také zvonkové tlačítko. V této stavebnici je zvolen zapínací ovládač. Změnou v samotném zapojování jsou zašupovací lišty místo protahovacích. U původní stavebnice bylo časově i fyzicky náročné protahování vodičů lištou. V nové koncepci si uţivatel zapojí jednotlivé obvody a nakonec lišty pouze zacvakne, aby schoval vodiče. Dalším rozšířením stavebnice můţe být například: schodišťový automat, kříţový přepínač, zvonkové tlačítko, zapojení dvojzásuvky nebo více zásuvek. To by znamenalo umístění většího počtu krabic a elektroinstalačních lišt na základní desku. Schodišťový automat je dvou-modulový a patří do rozvodné krabice, kterou by bylo nutné vyměnit za osmi-modulovou. Vzhled a sloţení nové koncepce elektromontáţní soupravy je moţné měnit v závislosti na zkušenostech a znalostech uţivatelů a jejich zručnosti. Při návrhu nové koncepce se zvaţovaly také ergonomická kritéria. Mezinárodní norma ČSN EN poskytuje oblast zásad směřujících k dodrţování bezpečnosti. V následujících řádcích jsou popsána ergonomická kritéria, která se zvaţovala. Poloha základní desky je dvojí. Deska se můţe zasunout svisle do dráţek v krabici soupravy, a pak upevnit do vertikální polohy drţáky. Tato poloha je vhodná pro demonstraci učitelem zapojeného obvodu. Základní desku lze také poloţit na lavici 20

21 do horizontální polohy, která více vyhovuje ţákům při samostatné práci se stavebnicí. Z fyziologického hlediska je pro ţáky vhodnější sed, který je energeticky málo náročný. Výška montáţní plochy závisí na výšce pracovního stolu. Ve školách se většinou pouţívají lavice uzpůsobené k psaní. Pokud je základní deska v horizontální poloze a výška montáţní plochy je pro sedícího ţáka vysoká, je moţné změnit polohu. Buď to ţák bude montáţ provádět ve stoje, nebo se základní deska zasune ve vertikální poloze do dráţek v krabici. Rozměry a hmotnost elektromontáţní soupravy jsou přibliţně zachovány jako u původní stavebnice. Ideální řešení by bylo dát jednu elektromontáţní soupravu do lavice. V tomto případě by mohla leţet základní deska vedle dřevěné krabice, ve které jsou uloţené jednotlivé díly. Ţáci by mohli spolupracovat ve dvojicích. Při zapojování jednotlivých obvodů je třeba vyuţití montáţních nástrojů. V nové koncepci je zachováno nářadí původní. Jedná se tedy o šroubováky, kombinované kleště a zkoušečku. Ţáci by měli být předem poučeni o bezpečnost práce s montáţními nástroji. 3.2 Popis výroby stavebnice Na začátku všeho je pouze nápad o přestavbě stavebnice, od kterého vedla k finální podobě dlouhá cesta. V této podkapitole je popsán výrobní postup nové základní desky. Dříve, neţ se mohlo začít vyrábět, je potřeba nakoupit jednotlivé díly a rozmyslet si konečnou podobu a funkci stavebnice. Nejdříve se začalo se základní deskou, u které se zachovaly rozměry (370x570mm) a izolační vlastnosti jako původní. Po uřezání a strţení hran desky, kvůli bezpečnosti ţáků, se vyřezaly dráţky pro uloţení základní desky do dřevěné krabice, popřípadě pro umístění desky při montáţi do drţáku ve vertikální poloze. Rozmístění jednotlivých součástek na základní desku je pečlivě narýsováno. Po narýsování součástek následovalo vyvrtání otvorů pro nýty. Postupně se přinýtovaly krabice pro lištový rozvod, světelný panel a jako poslední přišly na řadu elektroinstalační zašupovací lišty. Při nýtování jsou pouţity nýty a nýtovací kleště. Na spodní straně jsou zbroušeny části nýtů, aby se mohla deska poloţit při montáţi na stůl v horizontální poloze. Z levé horní krabice je vyrobena napájecí svorkovnice, do vyvrtaných děr jsou vloţena červená a černá zdířka pro připojení zdroje. Mezi zdířky je umístěna samolepka s názvem: Max 24 V. 21

22 Světelný panel se skládá z kovové části přinýtované k základní desce. Na této kovové části jsou pomocí šroubků připevněny dvě porcelánové svorkovnice a dvě porcelánové objímky. Na kovové kostře mezi svorkovnicemi se nachází značka, pod kterou je svorka pro připojení ochranného (zelenoţlutého) vodiče. Poslední, nově vyrobenou částí, je krabice simulující elektrický sporák. Nejdříve se do víčka vyvrtaly díry pro tlačítko a LED diodu. V samotné krabici pro lištový rozvod je vyříznut otvor pro koncovku k síťové šňůře k PC. Samotná realizace obvodu, který je uloţen uvnitř krabice, je nenáročná. Na desce plošného spoje jsou umístěny dva obvody. První propojuje fázový a ochranný vodič přes rezistor 680 Ω/1 W. K LED diodě je do série zapojen rezistor 1k2 Ω/0,5 W. Při realizaci se pouţila napájecí šňůra k PC, která zaměnila fázového vodiče s nulovým. To způsobilo nefunkčnost simulace poruchy. Tato zkušenost je uváděna proto, ţe se tato závada můţe opakovat i u jiných uţivatelů. Hlavní změnou oproti původní sestavě je nahrazení pojistky dvěma jističi, jeden pro zásuvkový a druhý pro světelný okruh. Jsou doplněny o proudový chránič kvůli poţadavku, který je stanoven normou ČSN [ed. 2]. (podkapitola 3.1) Tyto přístroje včetně svorek pro nulový a ochranný vodič jsou umístěny do plastového rozvaděče s uchycením přístrojů formou Din-lišty. Přívod k jističům je řešen pomocí sítě TN-C. V rozvodné krabici je proveden přechod z TN-C na TN-S, dochází zde k rozdělení kombinovaného vodiče na ochranný a nulový vodič. Pomocí dvou jističů se dělí okruhy na světelný a zásuvkový. 3.3 Popis jednotlivých dílů V této podkapitole jsou podrobně popsány součásti a přístroje, které byly vyrobeny či částečně upraveny pro novou koncepci stavebnice. Dále jsou zde uvedeny charakteristiky některých přístrojů, které pravděpodobně uţivatelé při vyuţití elektromontáţní soupravy nebudou znát (např. funkci proudového chrániče). Tento popis slouţí k seznámení s funkcí těchto přístrojů. Uvedení některých dílů do této podkapitoly je pouze informační, z důvodu zakoupení nových. (např. ţárovky) Bzučák BN 290 v této stavebnici je pouţit bzučák od výrobce Klein & Blaţek spol. s.r.o., který slouţí k akustické signalizaci v domácnosti. Přístroj je konstruován na napájení střídavým proudem o napětí 5 aţ 8 V, s vyuţitím zvonkového transformátorku. Jelikoţ je stavebnice napájena 24 V, je zde zvolen předřadný rezistor 82 Ω/5 W, aby 22

23 zmenšil napětí, které bude bzučákem procházet. Na obrázku 3 je uvedena schématická značka pro zvonek, kterou pak můţete vidět v pracovních úkolech. Obr. 3 schematická značka zvonku FI jistič (Proudový chránič) je to přístroj, který slouţí k ochraně osob před úrazem elektrickým proudem, případně vznikem poţáru. Pokud se člověk dotkne ţivé části a přes něj začne unikat přitékající proud mimo obvod, tak proudový chránič ochrání člověka tím, ţe okamţitě odpojí chráněný elektrický obvod. Součástí proudového chrániče je i testovací tlačítko, jeţ slouţí k ověření správné funkčnosti proudového chrániče. Tlačítko zapojené v sérii s rezistorem je součástí testovacího obvodu. Kaţdý výrobce udává interval testování proudového chrániče, nejdelší doba je 6 měsíců. Pouţitím testovacího obvodu simulujeme únik přitékajícího proudu mimo obvod, čímţ dojde k odpojení chráněného elektrického obvodu. Tato činnost se nazývá vybavení proudového chrániče. Příručka pro elektrotechniky charakterizuje proudový chránič a jeho funkci takto: FI jistič vyhodnotí chybový proud unikající mimo pracovní vodiče na kostru nebo zem. Úlohou proudového chrániče je odpojit během 0,2 aţ 0,4 sec. spotřebič, ve kterém vinou porušení izolace vzniklo nebezpečné dotykové napětí. Všechny pracovní vodiče (aktivní vodiče) L1, L2, L3, N (3 fáze a nulový vodič) vedoucí z rozvodné sítě (všechny vodiče kromě ochranného vodiče) k chráněnému spotřebiči procházejí součtovým transformátorem FI jističe. V bezchybném stavu je součet protékajících proudů (přicházejících i odcházejících) roven nule. Střídavé magnetické pole všech vodičů se vzájemně vyruší a v sekundárním vinutí součtového transformátoru se neindukuje ţádné napětí. Při zkratu na zem, na kostru nebo na ochranný vodič v nějakém spotřebiči teče část zpětného proudu zemí nebo ochranným vodičem. Součet proudů protékajících FI jističem pak není nulový a v sekundárním vinutí součtového transformátoru se indukuje napětí, které způsobí rozpojení elektromagnetického jističe. Tento jistič způsobí odpojení všech pracovních vodičů (nikoliv ochranného) vedoucích k poškozenému spotřebiči. Pomocí zkoušecího tlačítka můţe být simulována chyba. Tak se dá 23

24 přezkoušet (pouze mechanická) vypínací funkce FI jističe, ale nikoliv účinnost ochranného opatření. (Tkotz, K., 2002, s. 254) Na obr. 4 můţete vidět zobrazení funkce proudového chrániče, a jak vypadá uvnitř. Obr. 4 znázornění funkce proudového chrániče Jistič B10, B16 jsou pouţity dva jednofázové jističe charakteristiky B pro domácí pouţití, které jsou uzpůsobeny k přidělání na Din-lištu. Jsou sestrojovány k pouţití v obvodech nízkého napětí především pro střídavý proud, ale lze je pouţít i pro stejnosměrný. Jistič B16 se v domácnostech i v této stavebnici vyuţívá pro zásuvkový okruh a jistič B10 pro světelný okruh. Voţenílek ve své knize uvádí popis jističe: Jističe jsou samočinné vypínače určené ke spínání a jištění elektrických obvodů. Jistí silnoproudá zařízení před přetíţením a před účinky zkratových proudů. Při přetíţení prochází elektrickým zařízením větší proud, neţ je jmenovitý, a tím se zařízení otepluje. Malá přetíţení jističe vypínají po delším čase, velká přetíţení vypínají v krátkém čase, zkratové proudy vypínají téměř okamţitě. (Voţenílek, L., 1985, s. 180) 24

25 V této stavebnici jsou pouţity dva jednopólové jističe. Jejich princip charakterizuje učebnice Základy elektrotechniky II takto: Proud prochází jističem od pevného kontaktu přes pohyblivý kontakt tepelnou spouští, elektromagnetickou spouští a zhášecí cívkou. Při zkratu elektromagnet vtáhne jádro cívky, tím se uvolní volnoběţka a kontakty se rozpojí. Při přetíţení nadproudem se zahřeje dvojkov tepelné spouště, prohne se a tlačí jádro elektromagnetu směrem nahoru. Tím se uvolní volnoběţka a spínací kontakty se opět rozpojí. Jednopólové jističe aţ do 25 A se nazývají drobné jističe. (Voţenílek, L., 1985, s. 181) Krabice ve funkci sporáku krabice pro lištový rozvod je upravena tak, aby představovala elektrický spotřebič třídy ochrany I., v tomto případě kuchyňský sporák, který se vyskytuje v kaţdé domácnosti. S vyuţitím tlačítka simulujeme poruchu domácího spotřebiče, která je rovněţ signalizována LED diodou. Za poruchu je povaţováno spojení mezi ţivou (fázový vodič) a neţivou částí (kovový kryt). Pro tuto simulaci byl zvolen obvod propojující fázový a ochranný vodič přes rezistor 680 Ω/1 W, kterým při napájecím napětí 24 V bude protékat proud 35 ma. To je hodnota, při které proudový chránič musí vţdy vybavit. Pro signalizaci byla zvolena LED dioda zapojená do série s rezistorem 1k2 Ω/0,5 W. Oba tyto obvody jsou umístěny na zkušební desce plošného spoje. Napájecí svorkovnice krabice pro lištový rozvod je doplněna o vestavné izolované zdířky, červenou a černou. Slouţí k připojení zdroje, buď to připojením vodičů, nebo pomocí banánků. Příslušenství soupravy skládá se z nářadí, zkoušečky, vodičů, náhradních šroubů a matic. K práci s elektromontáţní soupravou budete potřebovat elektrikářské šroubováky č. 3. a č. 6., dále také kombinované kleště. Světelný panel se skládá z kovové části, na kterou se přivádí ochranný vodič PE. Dále jsou zde dvě lustrové svorkovnice a dvě objímky E14. Vodiče jsou pouţity silové, izolované, jednoţilové (CY 1,5 mm 2 ). Barevné značení ţil silových kabelů a vodičů určuje česká norma ČSN ed. 2. Ochranný 25

26 vodič má, dle normy, ţlutozelenou barvu, nulový vodič modrou. U fázového vodiče se pouţívá hnědá, černá a šedá barva. Základní deska s rozměry (570 x 370 mm) je vyrobena z plastu. Na základní desce je pevně připevněných šest krabic pro lištový rozvod. Jedna z nich je upravena jako napájecí svorkovnice pro připojení zdroje, z druhé je udělána krabice ve funkci elektrického spotřebiče. Dále se na základní desce nachází bzučák, světelný panel a elektroinstalační lišty, které se nedemontují. Zdroj napětí: Souprava je uzpůsobena k připojení vnějšího zdroje s napětím 24V. Můţete pouţít stejnosměrný, ale pro správnou funkci stavebnice, především pro ukázku funkce proudového chrániče, je nutný střídavý zdroj napětí. Jako zdroj střídavého napětí lze pouţít např.: Transformátor toroidní zalitý pro halogenová svítidla s hodnotami 100 W, 230 V/23,5 V/4,25 A. Cena je 530 Kč. Žárovky ve stavebnici jsou pouţity dvě ţárovky na napětí 24 V/15 W (E 14) Na obr. 5 je zobrazena schématická značka ţárovky, která je vyuţita v pracovních úkolech. Obr. 5 schématická značka žárovky 26

27 4 Práce s Elektromontážní soupravou Práce s elektromontáţní soupravou znázorňuje poutavě bytové rozvody elektrických kabelů a zapojení elektrických obvodů, zásuvek a vypínačů. Práce s ní je jednoduchá, proto je vhodná i pro začátečníky. Před pouţitím by měl být uţivatel seznámen se sloţením a funkcí jednotlivých dílů tak, aby věděl, který z dílů při samostatné montáţi pouţít. Dále by měl být seznámen s bezpečností práce při montáţi a demontáţi jednotlivých dílů stavebnice. Uţivatel má moţnost si vybrat z předem připravených úloh tu, kterou následně zapojí. Elektromontáţní souprava nesmí být v ţádném případě zapojována do běţné zásuvky na 230 V. Mohlo by dojít k úrazu elektrickým proudem, případně ke vzniku škody na elektrickém zařízení i stavebnici. Nelze ji pouţívat rovněţ ve zvlášť nebezpečných prostorech. Tyto prostory většinou určuje předem vybraná komise skládající se ze tří kvalifikovaných osob. Prostory zvlášť nebezpečné jsou normou ČSN [ed. 2] definovány jako prostory vlhké, mokré, trvale korozivní, se silnými vibracemi, případně rázy a nebezpečím poţáru, či výbuchu hořlavin. Bytový rozvod patří do elektrorozvodné soustavy s nízkým napětím 230 V, které můţe být svými účinky a špatnou manipulací ţivotu nebezpečné. Souprava je uzpůsobena na malé napětí 24 V, aby i laici mohli správně zapojit zásuvku, vypínač, objímku u ţárovky, jistič či proudový chránič. K těmto činnostem se v reálném ţivotě nedostanou, protoţe je smějí provádět pouze kvalifikovaní, k tomu pověření pracovníci. 4.1 Bezpečnost práce a údržba elektromontážní soupravy V 29 školského zákona č. 561/2004 Sb. je uvedeno: Školy a školská zařízení zajišťují bezpečnost a ochranu zdraví dětí, ţáků a studentů při vzdělávání a s ním přímo souvisejících činnostech a při poskytovaní školských sluţeb a poskytují ţákům a studentům nezbytné informace k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví. (Zákon č.561/2004 Sb.) Dále stanovuje, ţe tyto organizace mají povinnost vést evidenci úrazů ţáků, ke kterým došlo při vzdělávacích činnostech. Určuje obsah podmínek pro zajištění bezpečnosti v kaţdém školním řádu. Ţáci jsou poučeni o bezpečnosti a ochraně zdraví, vţdy na začátku školního roku, při nastudování školního řádu školy. Toto preventivní školení je pouze obecné, ţáci v hodinách praktického vyučování musí projít podrobnějším poučením. Jedná se především o bezpečnost práce s jednotlivým nářadím, dále, jak by se měli zachovat při 27

28 úrazu či poţáru a prevence poranění. Škola je povinna udělat záznam o proškolení ţáků. Při práci ţáků v odborných hodinách musí škola zajistit dohled pedagogickým pracovníkem. Dodrţování zásad bezpečné práce a prevence by měl pedagogický dozor v hodinách. Před samotným pouţíváním Elektromontáţní soupravy měl by pedagog poučit ţáky o bezpečnosti práce. Elektromontáţní souprava nesmí být v ţádném případě zapojována do běţné zásuvky na 230 V. Přestoţe obsahuje díly, které jsou uzpůsobeny na napětí 220 V, tak by mohlo dojít k úrazu elektrickým proudem, případně ke vzniku škody na elektrickém zařízení i stavebnici. Při práci se stavebnicí by měl být pořádek na pracovišti i kolem něj. Ţáci by měli mít na lavici pouze školní pomůcky, které potřebují bezprostředně k práci s Elektromontáţní soupravou. Nesmí s ní pracovat člověk pod vlivem alkoholu, omamných látek a nedoporučuje se ani nemocnému člověku, protoţe můţe mít zhoršenou reakci. Elektromontáţní souprava obsahuje elektrikářské šroubováky, kombinované kleště a zkoušečku. Při nedodrţení správného zacházení s jednotlivými nástroji hrozí úraz (např. propíchnutí dlaně, poškrábaní rukou, poranění nohou, vypíchnutí oka, atd.). Šroubovák slouţí k otáčení šroubků. Skládá se z rukojeti a kovové části. Konec kovové tyče je různě tvarovaný, v této stavebnici se pouţívá plochý a kříţový šroubovák. Elektrikářské šroubováky jsou odizolované, aby se zabránilo dotyku s částí pod napětím. Většinou je lepší mít více šířek jednoho druhu. Kombinované kleště jsou určeny k uchopovaní a stříhání předmětů. Ve stavebnici slouţí ke stříhání vodičů a přidrţování materiálu. Zkoušečka napětí v Elektromontáţní soupravě ověřuje přítomnost napětí v jednotlivých obvodech. Před kaţdým měřením je potřeba zkontrolovat funkčnost zkoušečky. Při měření zkoušečkou se nedotýkejte kovových částí hrotů. Zkoušečka smí být pouţívána jen v rozsahu napětí, pro které je určena. V této stavebnici je pouţita zkoušečka napětí s rozsahem V. Údrţbou Elektromontáţní soupravy se rozumí správné zacházení s jednotlivými částmi stavebnice. Nástroje je potřeba udrţovat vţdy čisté a zabránit korozi kovových částí. 28

29 4.2 Návod postupu při montáži a demontáži jednotlivých dílů Základní deska se nachází pod víkem elektromontáţní soupravy. Pro správnou funkčnost stavebnice a bezpečnou manipulaci s ní, se doporučuje dodrţovat následující postup montáţe a demontáţe. Obr. 6 Vlevo je základní deska položená na stole, vpravo umístěná svisle v krabici soupravy 1) Víko soupravy zastrčte pod zbylou část krabice. Molitanovou výplň ze stavebnice vyuţijte pro odkládání jednotlivých dílů vedle desky při montáţi. 2) Základní desku si můţete poloţit na pracovní stůl v horizontální poloze (obr. 6), nebo zasunout svisle do dráţek v krabici soupravy, a pak ji upevnit drţáky do vertikální polohy (obr. 6). 3) Podle montáţního návodu, vybrané úlohy, připevněte přístroje a součástky na základní desku pomocí šroubků. 4) Proveďte zapojení (propojení elektrického obvodu vodiči) podle montáţního schématu. Propojování jednotlivých částí přístrojů proveďte barevnými vodiči k tomu určenými. 5) Zdroj napětí připojte ke svorkovnici v levé horní části základní desky. 6) Pomocí zkoušečky zkontrolujte správné funkce zapojení. 7) Vyzkoušejte činnost zapojení. 8) Demontáţ součástek proveďte v opačném pořadí neţ montáţ. Pouţité vodiče vyrovnejte a spolu s demontovanými přístroji a součástkami uloţte zpět do krabice pro další pouţití. Součástky, které jsou pevně připevněné na základní desce a jsou její trvalou součástí, nedemontují se. 9) Na závěr kaţdé práce proveďte kontrolu úplnosti soupravy. 29

30 4.3 Umístění a seznam dílů soupravy Součástky, přístroje, nářadí a vodiče jsou uloţeny v jednotlivých přihrádkách soupravy dle plánu (obr. 7), který se nachází na vnitřní straně víka. Pro montáţ vybrané úlohy si připravte potřebné díly a nástroje, nejlépe mimo krabici na molitan. Stavebnice obsahuje celkem 46 dílů, vodiče, spojovací materiál a nářadí. Seznam jednotlivých dílů: Obr. 7 uložení jednotlivých dílů soupravy Základní deska (570 x 370 mm) Rozvodná krabice (šestimodulová s DIN lištou) Proudový chránič (0,03 A; 25 A) Jistič B16 Jistič B10 Nulovací můstek Zemnící můstek Bzučák BN 290 Světelný panel s 2 objímkami E 14 a 2 lustrovými svorkovnicemi Ţárovka 24 V/15 W (E 14) Krabice pro lištový rozvod Víčko k lištovým krabicím Krabicová svorkovnice pro připojení zdroje Krabice ve funkci sporáku Domovní zásuvka 16 A 250 V Vypínač jednopólový (řazení č. 1) Přepínač sériový (řazení č. 5) 1ks 1ks 1ks 1ks 1ks 1ks 1ks 1ks 1ks 2ks 4ks 4ks 1ks 1ks 1ks 1ks 1ks 30

31 Přepínač střídavý (řazení č. 6) Ovládač zapínací (řazení 1/0) Šňůra Flexo (3x1 mm 2 ) s průchozím spínačem Síťová šňůra k PC (220 V) Elektroinstalační zašupovací lišty LHD 17x14 mm HD Zkoušečka Šroubovák elektrikářský č. 3 Šroubovák elektrikářský č. 6 Kleště kombinované Drţáky na základní desku Vodiče silové, izolované, jednoţilové (CY 1,5 mm 2 ) fázový (černý), nulovací (modrý), ochranný (zeleno-ţlutý) Náhradní šroubovací materiál (šroubky a matice) 2ks 1ks 1ks 1ks 12ks 1ks 1ks 1ks 1ks 2ks 4.4 Pracovní úkoly s montážními návody Seznam pracovních úkolů: 1) Připojení rozvodné krabice s jističi a proudovým chráničem k napájení. 2) Zapojení elektrického zvonku (bzučáku) sdělovací obvod. 3) Zapojení jednopólového vypínače (řazení č. 1) světelný obvod. 4) Zapojení sériového přepínače (řazení č. 5) světelný obvod. 5) Zapojení střídavých přepínačů (řazení č. 6) světelný obvod. 6) Zapojení zásuvky zásuvkový obvod. 7) Zapojení světla přes zásuvku zásuvkový obvod. 8) Zapojení zásuvky a simulace poruchy elektrického spotřebiče (sporáku) zásuvkový obvod. 9) Zapojení celé domácnosti sdělovací obvod (úloha č. 2) + světelný obvod (úloha č. 4) + zásuvkový obvod (úloha č. 8). 10) Odpovědi na otázky z pracovních úkolů. 31

32 1. Připojení rozvodné krabice s jističi a proudovým chráničem k napájení Cíl výuky: Naučit ţáky správnému připojení zdroje vodiče ke svorkovnici, připojení jističů B10, B16 a proudového chrániče v rozvodné krabici. Motivace: Ţáci získají informace o přívodu elektřiny do rozvodných krabic v domech. Dále se dozvědí o funkčnosti proudového chrániče a jističů. Expozice: Přednáška o vzniku elektřiny, typech elektráren, aţ po přívod elektřiny do domu. Diskuse s ţáky o rozvodech elektřiny v jejich domácnostech. Při ukázce zapojení rozvodné krabice vysvětlí učitel funkčnost jednotlivých přístrojů (jističů B10, B16 a proudového chrániče) a barevné rozlišení vodičů. Úkol: Připojení svorkovnice Připojení jističů B10, B16 Připojení proudového chrániče Potřebné díly: Rozvodná krabice, nulovací a zemnící můstek, jističe B10 a B16, proudový chránič, vodiče. Postup práce: a) Připojte vodiče s očky do svorkovnice pro přívod napětí (obr. 8). b) První vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako fázový vodič na vstup jističe B16, který dále fázovým vodičem připojte i na vstup jističe B10. c) Druhý vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako ochranný vodič na zemnící můstek a odtud nulovým vodičem na nulovací můstek. d) Propojte výstup jističe B16 se vstupem (fáze 1) proudového chrániče a nulový vodič z nulového můstku na vstup (N) proudového chrániče. Na obr. 8 je 32

33 vyobrazené celkové propojení základní desky. Obr. 9 znázorňuje montáţní schéma. e) Uzavřete krycí část elektroinstalační lišty. f) Připojte zdroj napětí (24 V) a ověřte funkci. g) Zkoušečkou proveďte kontrolu zapojení. Fixace, aplikace Aplikaci nového učiva si ţáci sami vyzkouší při zapojovaní obvodu daného úkolu. Otázky: i) Proč se jistič B16 vede přes ochranný vodič? Obr. 8 Vlevo připojení vodičů s očky ke svorkovnici, vpravo připojení rozvodné krabice Obr. 9 montážní schéma zapojení jističů B10, B16 a proudového chrániče 33

34 2. Zapojení elektrického zvonku (bzučáku) sdělovací obvod Cíl výuky: Ověření znalostí připojování proudového chrániče a jističe B16. Zapojení elektrického zvonku s ovladačem. Motivace: Ţáci si vyzkouší zapojení prvního funkčního okruhu. Při správném zapojení jednotlivých dílů stavebnice budou mít zpětnou vazbu v podobě zvukového signálu. Expozice: Učitel s ţáky diskutuje, jaké druhy zvonků a vypínačů existují. Úkol: zapojení elektrického zvonku (bzučáku) s jedním zvonkovým ovladačem Potřebné díly: Rozvodná krabice, bzučák, ovladač zapínací (řazení 1/0), vodiče Postup práce: a) Připojte vodiče s očky do svorkovnice pro přívod napětí (obr. 8). b) První vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako fázový vodič na vstup jističe B16. c) Druhý vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako ochranný vodič na zemnící můstek a odtud nulovým vodičem na nulovací můstek. d) Propojte výstup jističe B16 se vstupem (fáze 1) proudového chrániče a nulový vodič z nulového můstku na vstup (N) proudového chrániče. Na obr. 8 je vyobrazené celkové propojení základní desky. Obr. 9 znázorňuje montáţní schéma. e) Namontujte ovladač na základní desku, do druhé lištové krabice zleva (obr. 11). f) Připravte si správné vodiče k montáţi. g) Zapojte bzučák a ovladač zapínací podle obr. 10. Vodiče se připevňují pod šrouby, při nesprávném zapojení obvod nefunguje (obr. 11). 34

35 h) Fázovým vodičem propojte výstup proudového chrániče (fáze 2) přes vypínač se svorkovnicí bzučáku. i) Nulovým vodičem propojte výstup proudového chrániče (N) se svorkovnicí bzučáku. j) Uzavřete krycí částí elektroinstalačních lišt. k) Připojte zdroj napětí (24 V) a ověřte funkci. Při správném zapojení se po stlačení ovládače ozve zvukový signál. l) Zkoušečkou proveďte kontrolu zapojení. Fixace, aplikace: Při tomto úkolu si opakují znalosti zapojování proudového chrániče, jističe B16, a zároveň si při zapojování elektrického zvonku s ovladačem fixují nové učivo. Otázky: i) Jaké napětí se pouţívá u zvonkových obvodů? ii) Kde takové napětí získáme? Obr. 10 Vlevo detail připojení ovládače, vpravo celkové zapojení ovládače a bzučáku Obr. 11 Vlevo správné uchycení vodiče pod šroub, vpravo montážní schéma (Zeman, V., 1984) 35

36 3. Zapojení jednopólového vypínače (řazení č. 1.) světelný obvod Cíl výuky: Ověření znalostí ţáků zapojení jističe B10. Zapojení svítidla s jednopólovým vypínačem. Motivace: Ţáci si vyzkouší zapojení jednoduchého světelného obvodu. Při správném zapojení jednotlivých dílů stavebnice budou mít zpětnou vazbu v podobě světelného signálu. Expozice: Vysvětlení pojmu světelný obvod. Diskuse s ţáky o různých typech vypínačů a jejich zapojení. Úkol: zapojení svítidla zapojení jednopólového vypínače Potřebné díly: Rozvodná krabice, vypínač jednopólový (řazení č. 1.), ţárovka 24 V/15 W, vodiče Pracovní postup: a) Připojte vodiče s očky do svorkovnice pro přívod napětí (obr. 8). b) První vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako fázový vodič na vstup jističe B10. c) Druhý vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako ochranný vodič na zemnící můstek a odtud nulovým vodičem na nulovací můstek. d) Umístěte jednopólový vypínač na základní desku, máte na výběr, jestli do levé či pravé horní lištové krabice (obr. 13). e) Připravte si správné vodiče k montáţi. f) Fázovým vodičem propojte výstup jističe B10 s vypínačem podle obr. 12. g) Připojte fázový vodič z vypínače na objímku svítidla přes svorkovnici podle obr

37 h) Nulovým vodičem propojte nulový můstek s objímkou svítidla přes svorkovnici. i) Ochranným vodičem propojte zemnící můstek s ochrannou svorkou na kovové části světelného panelu. j) Zašroubujte ţárovku a uzavřete krycí částí elektroinstalačních lišt. k) Připojte světelný obvod ke zdroji napětí (24 V) a ověřte funkčnost. Při správném zapojení se po stlačení ovládače rozsvítí ţárovka. l) Zkoušečkou proveďte kontrolu zapojení. Fixace, aplikace: Aplikaci nového učiva si ţáci sami vyzkouší při samostatném zapojovaní obvodu dané úlohy, při kterém si zároveň zopakují znalosti zapojení jističe B10. Otázky: i) Můţeme do obvodu zapojit ještě jednu ţárovku? Pokud ano, tak jak. ii) Pokud vyšroubujte jednu ţárovku, bude druhá ţárovka svítit? Vysvětlete důvod? Obr. 12 Vlevo montážní schéma vypínače, vpravo detail zapojení vypínače (Zeman, V., 1984) Obr. 13 Vlevo foto celkového zapojení, vpravo detail objímky 37

38 4. Zapojení sériového přepínače (řazení č. 5.) světelný obvod Cíl výuky: Zapojení svítidel se sériovým vypínačem a ověření znalostí zapojení rozvodné krabice a svítidla. Motivace: Ţáci získají podrobnější znalosti o světelném obvodu. Při samostatné práci si vyzkouší zapojení sériového přepínače. Expozice: Učitel zopakuje pojem světelný obvod, můţe doplnit o menší zajímavou přednášku, instalace světelného obvodu v domácnostech. Diskuse s ţáky o různých typech přepínačů a jejich zapojení. Úkol: zapojení sériového vypínače Potřebné díly: Rozvodná krabice, sériový přepínač (řazení č. 5.), ţárovky 24 V/15 W, vodiče Pracovní postup: a) Připojte vodiče s očky do svorkovnice pro přívod napětí (obr. 8). b) První vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako fázový vodič na vstup jističe B10. c) Druhý vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako ochranný vodič na zemnící můstek a odtud nulovým vodičem na nulovací můstek. d) Umístěte sériový přepínač na základní desku, máte na výběr, jestli do levé či pravé horní lištové krabice (obr. 15). e) Připravte si správné vodiče k montáţi. f) Fázovým vodičem propojte výstup jističe B10 s přepínačem podle obr. 14. g) Připojte fázové vodiče z přepínače na objímky svítidel přes svorkovnice. h) Nulovým vodičem propojte nulový můstek s objímkami svítidel přes svorkovnice. 38

39 i) Ochranným vodičem propojte zemnící můstek s ochrannou svorkou na kovové části světelného panelu. j) Zašroubujte ţárovky a uzavřete krycí částí elektroinstalačních lišt. k) Připojte světelný obvod ke zdroji napětí (24 V) a ověřte funkčnost. l) Zkoušečkou proveďte kontrolu zapojení. Fixace, aplikace: Při samostatném zapojování sériového přepínače si ţáci fixují nové učivo. Upevňují si schéma zapojení rozvodné krabice. Otázky: i) Pokud vyšroubujete jednu ţárovku, bude druhá ţárovka svítit? Vysvětlete důvod? ii) Vysvětlete funkci sériového přepínače? Obr. 14 Vlevo montážní schéma zapojení sériového přepínače, vpravo detail zapojení sériového přepínače (Zeman, V., 1984) Obr. 15 Foto celkového zapojení sériového přepínače a objímek přes svorkovnice 39

40 5. Zapojení střídavých přepínačů (řazení č. 6.) světelný obvod Cíl výuky: Ověření znalostí správného připojení vodiči k rozvodné krabici. Zapojení světelného obvodu především svítidla se střídavým přepínačem. Motivace: Ţáci si vyzkouší zapojení střídavého přepínače, které mohou porovnat se zapojením sériového přepínače a jednopólového vypínače. Expozice: Diskuse o rozdílu jednopólového vypínače, střídavého a sériového přepínače, a jejich vyuţití v praxi. Úkol: zapojení dvou střídavých přepínačů Potřebné díly: Rozvodná krabice, dva střídavé přepínače (řazení č. 6.), ţárovka 24 V/15 W, vodiče Pracovní postup: a) Připojte vodiče s očky do svorkovnice pro přívod napětí (obr. 8). b) První vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako fázový vodič na vstup jističe B10. c) Druhý vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako ochranný vodič na zemnící můstek a odtud nulovým vodičem na nulovací můstek. d) Umístěte střídavé přepínače na základní desku, do horních krabic viz obr. 16. e) Připravte si správné vodiče k montáţi. f) Fázovým vodičem propojte výstup jističe B10 s přepínačem podle obr. 17. g) Fázovými vodiči propojte navzájem výstupy přepínačů. h) Připojte fázový vodič z přepínače na objímku svítidla přes svorkovnici. i) Nulovým vodičem propojte nulový můstek s objímkou svítidla přes svorkovnici. j) Ochranným vodičem propojte zemnící můstek s ochrannou svorkou na kovové části světelného panelu. 40

41 k) Zašroubujte ţárovku a uzavřete krycí částí elektroinstalačních lišt. l) Připojte světelný obvod ke zdroji napětí (24 V) a ověřte funkčnost. m) Zkoušečkou proveďte kontrolu zapojení. Fixace, aplikace: Ţáci si při zapojovaní střídavého přepínače opakují vědomosti získané z předcházejících úkolů a zároveň si fixují nové. Otázky: i) Vysvětlete funkci střídavého přepínače. Obr. 16 foto celkového zapojení sériového přepínače a objímek přes svorkovnice Obr. 17 Vlevo montážní schéma zapojení střídavých přepínačů, vpravo detail zapojení (Zeman, V., 1984) 6. Zapojení zásuvky zásuvkový obvod Cíl výuky: Zopakování znalostí ţáků připojení jističe B16 přes proudový chránič. Zapojení zásuvkového obvodu s jednou zásuvkou. 41

42 Motivace: Ţáci si vyzkouší zapojení zásuvkového obvodu. Expozice: Vysvětlení pojmu zásuvkový obvod. Diskuse s ţáky o různých typech zásuvek a jejich zapojení. Úkol: zapojení domovní zásuvky Potřebné díly: Rozvodná krabice, domovní zásuvka, vodiče. Pracovní postup: a) Připojte vodiče s očky do svorkovnice pro přívod napětí (obr. 8). b) První vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako fázový vodič na vstup jističe B16. c) Druhý vodič z napájecí svorkovnice přiveďte jako ochranný vodič na zemnící můstek a odtud nulovým vodičem na nulovací můstek. d) Propojte výstup jističe B16 se vstupem (fáze 1) proudového chrániče a nulový vodič z nulového můstku na vstup (N) proudového chrániče. Na obr. 8 je vyobrazené celkové propojení základní desky. Obr. 9 znázorňuje montáţní schéma. e) Umístěte zásuvku do krabice pro lištový rozvod do druhé, dolní krabice zprava (kolíkem nahoru) viz obr. 18. f) Připravte si správné vodiče k montáţi. g) Připojte fázový a nulový vodič z proudového chrániče a ochranný vodič ze zemnícího můstku. h) Připojte fázový, nulový a ochranný vodič podle obr. 18. Fázový vodič připojte k levé zdířce, nulový vodič k pravé zdířce a ochranný vodič na ochranný kolík. i) Zkontrolujte správné zapojení zásuvky. j) Uzavřete krycí částí elektroinstalačních lišt. k) Připojte zásuvkový obvod ke zdroji napětí (24 V). Vyzkoušejte funkci zásuvky zkoušečkou mezi zdířkami, a pak mezi levou zdířkou a ochranným kolíkem. 42

43 Fixace, aplikace: Aplikaci nového učiva si ţáci sami vyzkouší při samostatném zapojovaní zásuvkového okruhu, při kterém si zároveň opakují znalosti z prvního úkolu. Otázky: i) Jaký průřez vodiče se pouţívá v zásuvkovém okruhu? Obr. 18 Vlevo foto celkového zapojení zásuvky, vpravo detail zapojení (Zeman, V., 1984) 7. Zapojení světla přes zásuvku zásuvkový obvod Cíl výuky: Zapojení svítidla pomocí Flexo šňůry s průchozím spínačem, která se zapojuje do zásuvky. Ověření vědomostí z úloh 1 a 6. Motivace: Ţáci si vyzkouší zapojení zásuvky a svítidla pomocí Flexo šňůry s průchozím spínačem. Při správném zapojení této úlohy mají ţáci kontrolu v rozsvícení ţárovky. 43