Dotkni se elektřiny!

Transkript

1 Pracovní program Techmania Science Center Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky

2 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 2 Obsah Obsah Seznam ikon Informace pro pedagogy Co využitím programu Vy a Vaši žáci získáte? Doporučovaný postup realizace vybraného programu: Průběh návštěvy Informace o programu Otázky a odpovědi k programu Dotkni se elektřiny (pro nováčky) Příloha číslo 1: Pracovní list pro žáky Příloha číslo 2: Test Příloha číslo 3: Řešení testu Příloha číslo 4: Bodovací tabulka O Techmania Science Center Seznam ikon DŮLEŽITÉ OTÁZKA INFORMACE POSTUP TIP

3 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 3 1 Informace pro pedagogy DOTKNI SE ELEKTŘINY! PRO NOVÁČKY Vážená paní učitelko, vážený pane učiteli, děkujeme Vám, že jste projevili zájem o náš populárně vzdělávací program Dotkni se elektřiny! pro nováčky. Ve stručnosti Vám nyní představíme, o čem tento program je a jak s ním pracovat. Tyto materiály včetně pracovních listů pro žáky je možné zakoupit na recepci science centra, nebo si je můžete sami vytisknout přímo ze stránek sekce Pro učitele. 1.1 Co využitím programu Vy a Vaši žáci získáte? Oblast vzdělávání: fyzika, elektromagnetické a světelné děje Tento program plní následující očekávané výstupy dle RVP ZŠ: Vaši žáci správně podle schématu sestaví elektrický obvod a analyzují schéma reálného obvodu Program využívá Ohmův zákon pro část obvodu při řešení praktických problémů Dotkni se elektřiny! praktickým způsobem předává poznatky o působení magnetického pole na magnet a na cívku s proudem a o vlivu změny magnetického pole v okolí cívky na vznik indukovaného napětí v ní Žáci po absolvování programu dovedou popsat chování volných dielektrických částic ve vyvolaném elektrostatickém poli Program umožňuje pochopit kondenzátor jako prvek v elektrickém obvodu, který dokáže uchovávat elektrickou energii 1.2 Doporučovaný postup realizace vybraného programu: Pokud budete mít o využití programu zájem, tak si prosím před Vaší návštěvou registrujte termín návštěvy přes webové stránky Programu Dotkni se elektřiny! (verze pro nováčky) se týká 11 exponátů, které snadno poznáte podle výrazných červených popisků. Úkolem Vašich žáků je všechny tyto exponáty vyzkoušet, pokusit se odpovědět na otázky s nimi spojené a odevzdat Vám zpět pracovní listy (viz příloha č.1 ). Pro vyhodnocení můžete využít připravenou tabulku, kterou najdete v příloze č. 4 na konci tohoto dokumentu. Hodnocení samozřejmě necháme na Vás, nicméně kromě správnosti odpovědí můžete např. zohlednit i rychlost vypracování, kdy první až třetí tým obdrží bonusové body. Maximální čas na vypracování doporučujeme mezi minutami. Kompletní odpovědi a vysvětlení jsou Vám k dispozici v další části tohoto dokumentu (2 Informace o programu). Rovněž můžete využít přiložený test a ve škole následně zjistit, co si Vaši žáci z programu Dotkni se elektřiny! zapamatovali. Tento test se vztahuje k exponátům, které se programu týkaly přímo i nepřímo.

4 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky Průběh návštěvy 1) Pracovník science centra Vás a Vaše žáky přivítá a v případě potřeby si budete moci zakoupit vytištěné podklady pro program či pracovní listy pro žáky 2) Žáky rozdělte do maximálně 9 skupin po 1-3 žácích na skupinu 3) Žákům ve skupinách rozdejte pracovní listy 4) Upozorněte své žáky, že Vámi zvoleného programu se týkají pouze červené exponáty 5) Každá otázka přísluší jinému exponátu, upozorněte tedy rovněž žáky, že ke každé otázce je nutné doplnit i název exponátu, s nímž pracovali 6) Zvolte čas a místo, kdy se se svými žáky za min. sejdete 7) Upozorněte jednotlivé skupiny, že u každého exponátu by v daný okamžik měla pracovat jen jedna z nich 8) Po návratu žáků a vybrání pracovních listů dejte dětem ještě čas pro důkladné prozkoumání všech exponátů a celého science centra 9) Vyhodnoťte odpovědi v jakémkoliv volném prostoru Techmanie, případně ve škole. K vyhodnocení můžete využít bodovací tabulku (příloha č. 4). Podrobnosti k vyplnění najdete pod ní. 10) Pro případnou kontrolu znalostí žáků je Vám k dispozici i test, který zahrnuje všechny exponáty věnující se tématu elektřiny

5 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 5 2 Informace o programu V této kapitole Vám představíme otázky a odpovědi z pracovního listu, který budou Vaši žáci během návštěvy v Techmanii vypracovávat. U každé otázky je uveden fyzikální jev, který daný exponát demonstruje, jméno exponátu, na němž si žáci danou problematiku sami vyzkouší a samozřejmě také správná odpověď a v neposlední řadě i dodatečné informace. 2.1 Otázky a odpovědi k programu Dotkni se elektřiny (pro nováčky): Otázka 1 Napiš název a nakresli část magnetu, která ovlivňuje TV obrazovku nejméně. Odpověď Mezi severním a jižním pólem magnetu se nachází netečné pásmo, v tomto bodě je intenzita magnetického pole nejmenší. Název exponátu Televize a magnet Fyzikální jev Působení magnetického pole na elektricky nabité částice Podrobné vysvětlení a využití Úkolem žáka je vyzkoušet, co se stane, pokud přiložíme k televizní obrazovce magnet ve tvaru podkovy. Televizní obrazovka má dva režimy, jedním z nich je režim kamera a druhým je režim modré obrazovky ten je pro splnění úkolu mnohem užitečnější. Magnet nejméně ovlivní televizní obrazovku v takzvaném netečném Severní pól pásmu. V tomto bodě magnet nemá žádné schopnosti ovlivňovat dráhu letu Netečné pásmo elektronů v obrazovce. Princip funkce Jižní pól obrazovky je vyobrazen na exponátu. Obrázek vpravo naznačuje indukční čáry podkovovitého magnetu Upozornění Upozorněte žáky, aby tento experiment doma nezkoušeli. Mohli by televizní obrazovku trvale poškodit.

6 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 6 Otázka 2 Zkus si elektromagnetickou indukci a zjisti, jakými třemi způsoby lze indukovat elektrické napětí v sekundární cívce. Odpověď První možnost je mít exponát vypnutý a pohybovat v pravé cívce tyčovým magnetem. Druhá možnost je mít zapnutý proud a pohybovat pravou cívkou. Třetí možnost je zapínat a vypínat exponátu přívod elektrického proudu. Název exponátu Elektromagnetická indukce Fyzikální jev Elektromagnetická indukce Podrobné vysvětlení a využití Žák má za úkol najít tři způsoby, jak indukovat elektrické napětí a tím nechat protékat elektrický proud skrz sekundární cívku. Levou primární cívku po zapnutí protéká proud. Pravou sekundární cívkou lze pohybovat, k dispozici je i tyčový magnet. Elektromagnetická indukce vzniká, pokud se nějakým způsobem mění magnetické pole. První možnost stačí pohybovat magnetem do a ven ze sekundární cívky. Na ampérmetru sekundární cívky můžeme pozorovat výchylky. Dochází k pohybu tedy změně magnetického pole v cívce. Druhým způsobem je mít zapnutý proud do první cívky a pohybovat cívkou sekundární doprava a doleva. Zde dochází k pohybu sekundární cívky v magnetickém poli cívky primární. (Tento způsob lze aplikovat i v prvním případě, kde bychom tyčový magnet drželi v klidu a pohybovali cívkou. Přesto tuto možnost nepočítáme z hlediska velké podobnosti.) Třetí možností jak indukovat proud v sekundární cívce je rychlou změnou magnetického pole cívky primární. Tudíž rychlým zapínáním a vypínáním. Magnetické pole okolo první cívky vzniká a zaniká tak rychle, že pro druhou cívku je to jakoby se pohybovala v proměnném poli a rovněž se zde indukuje elektrické napětí a protéká elektrický proud. Upozornění Elektromagnetická indukce má velmi široké využití (transformátory x indukční varné desky) a je i oboustranně použitelná (elektromotory x elektromagnetické brzdy). Díky elektromagnetické indukci jsme schopni vyrábět elektrický proud (generátory).

7 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 7 Otázka 3 Chytni spolužáka za ruku a oba přiložte volné ruce na desky exponátu tak, aby se vychýlila ručička. Stejným způsobem se dotkněte exponátu každý zvlášť. Jaký rozdíl jste pozorovali na ampérmetru? Odpověď Výchylka jednotlivce bude vždy větší, nežli u více žáků sériové spojených. Několikanásobně se zvětšuje odpor a plocha zůstává skoro stejná. Název exponátu Ruční baterie Fyzikální jev Sériové a paralelní zapojení rezistorů a ukázka jednoduchého článku pomocí dvou různých kovů a elektrolytu. Podrobné vysvětlení a využití Pomocí svých rukou položených na různé kovy vyrábíte elektrický proud. Velikost proudu závisí na ploše, kterou se dotýkáte, rovněž záleží na tom, jak máte momentálně zpocené ruce, protože to zde slouží jako elektrolyt. A v neposlední řadě velikost proudu závisí na aktuálním odporu Vašeho těla. Žáci většinou svým proudem ručičku ampérmetru vychýlí na maximum, proto exponát krásně ukáže snížení proudu při chycení dvou žáků za ruce. Jelikož se odpor jejich těl sečte odpory se při sériovém zapojení sčítají. Přitom plocha zůstala prakticky stejná a změnila se jen jedna ruka co se týče elektrolytu. Příklad zde uvedený může žákům připomenout, jak se sčítají odpory při různém zapojení. Vlevo se nachází zapojení sériové vpravo paralelní. Jako doplňující otázku lze nechat žáky vytvořit paralelní zapojení, které je trochu krkolomnější. Upozornění Pomocí dvou různých kovů a elektrolytu můžeme vytvořit elektrický proud. Praktické využití je například v bateriovém článku.

8 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 8 Otázka 4 Kolik najdeš možností pro zapojení obvodu tak, aby na základě Ohmova zákona byl výsledný proud 0,5 A? Napiš nalezené hodnoty odporu a napětí! Odpověď Otázka má dvě řešení 4 V / 8 Ω a 6 V / 12 Ω. Název exponátu Ohmův zákov Fyzikální jev Ohmův zákon. Podrobné vysvětlení a využití Upozornění Exponát Ohmův zákon, jak už název vypovídá, má vysvětlit základní princip v elektřině. Elektrický proud je přímo úměrný elektrickému napětí a nepřímo úměrný elektrickému odporu. U obrázku zakryjte hledanou veličinu a vidíte vzorec pro její výpočet. V otázce se ptáme, kolik je možností pro zapojení elektrického obvodu, aby výsledný proud byl 0,5 A. Hledáme tedy poměry napětí ku odporu tak, aby vyšlo 0,5 A. Možnosti jsou jen dvě 6 V / 12 Ω a 4 V / 8 Ω. Elektrický proud je přímo úměrný elektrickému napětí a nepřímo úměrný elektrickému odporu.

9 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 9 Otázka 5 S jakým exponátem lze změřit dnešní magnetickou intenzitu Země? Jakou má dnes hodnotu? Odpověď Pomocí exponátu můžeme měřit jen horizontální složku magnetického pole Země a ta má intenzitu mezi 20 µt 70 µt. Název exponátu Magnetické pole Země Fyzikální jev Magnetické pole Země a vznik mag. pole kolem vodiče s el. proudem cívka. Podrobné vysvětlení a využití Název exponátu je již ukryt v otázce jmenuje se Magnetické pole Země. Tento exponát ukazuje, jak se jednoduchým experimentem dá mnoho dozvědět. Můžete zde vidět kompas a cívku. Pokud otočným potenciometrem otočíme úplně doleva. Kompas nám ukazuje přímo na sever. Pokud potenciometrem otáčíme doprava, tak regulujeme, jak velký proud necháme protékat cívkou, která je orientována od severu k jihu. Jakmile cívkou protéká proud, vzniká okolo ní magnetické pole, které směřuje z cívky (viz obrázek). Je tu tedy snadsázkou řečeno boj magnetického pole cívky a magnetického pole Země. Pokud tedy zesilujeme magnetické pole cívky až do hodnoty 45 na kompasu, nacházíme se přesně v polovině, sportovně řečeno je to remíza v boji těchto dvou polí, tudíž se můžeme podívat jaká je hodnota magnetického pole cívky na teslametru a tatáž hodnota je i okamžitá hodnota magnetického pole Země. Reálně se na Zemi pohybuje mezi 20 µt 70 µt. Na rovníku v nulové délce kolem 35 µt. Upozornění Magnetické pole Země je pro život na Zemi nezbytné, jelikož nás chrání před elektricky nabitými částicemi ze Slunce.

10 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 10 Otázka 6 Který ze čtyř materiálů byl nejvíce aktivní při přejíždění filcem? Odpověď Nejvíce aktivní jsou polystyrenové kuličky. Název exponátu Elektrické blešky Fyzikální jev Vznik elektrostatického pole třením. Podrobné vysvětlení a využití Jednoduchý exponát Elektrické blešky se týká elektrostatiky. Jedná se o čtyři různé materiály (polystyren, plast, papírky a sklo) umístěné pod plexisklem. Žák postupně vyzkouší přetřít filcem všechny materiály a zjistí, které blešky se nejvíce pohybují dají se zelektrovat. Nejvíce aktivní jsou blešky z polystyrenu, následuje papír, umělá hmota a sklo. Doma se všichni mohou s elektrostatikou setkat například při česání vlasů nebo svlékání svetru. U nás mohou vidět Van de Graaffův generátor, který doká- - že vyrobit velmi vysoké elektrické napětí pomocí tření. Upozornění Třením lze zelektrovat různé materiály, tento materiál se pak navzájem odpuzuje.

11 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 11 Otázka 7 Využij kondenzátory k rozsvícení pěti žárovek. Změřte, jakou nejdelší dobu ti vydržely svítit? Odpověď Kondenzátory je nutné nabít generátorem na maximum (12 V). Poté co nejrychleji přepnout obvod na správně zapojené žárovky doba svitu je cca. 3 4 s. Název exponátu Energie versus výkon Fyzikální jev Přeměna mechanické energie na elektrickou, její uchování a použití. Podrobné vysvětlení a využití Jedním z hlavních úkolů žáka je pochopit, jak má zapojit elektrický obvod. Točením generátoru vyrábíte elektrické napětí. Pokud máte přepínač uzemnění ve vodorovné poloze a přepínač P v poloze P1, tak pomocí otáčení můžete elektrickou energii uchovat v kondenzátorech. Jejich úroveň nabití můžete sledovat na voltmetru. Jakmile dosáhne požadovaných 12 V, přepínačem P do polohy P2. Obvod se přepojí, tak aby z kondenzátorů proud tekl do žárovek. Pomocí hodinek, mobilu nebo obyčejného počítání změří dobu, po kterou dokázalo pět žárovek svítit. Zároveň žák pochopí, že příkon tj. doba svitu určitého počtu žárovek je jeho práce (točení klikou tj. spotřebovaná energie) za nějaký čas. Kondenzátor lze krátkodobě využít k uchování elektrické energie pro pozdější použití Upozornění Kondenzátor lze krátkodobě využít k uchování elektrické energie pro pozdější použití.

12 Pracovní list pro žáky Dotkni se elektřiny! pro nováčky Jména: Milí žáci, vaším úkolem je najít všech 11 červených exponátů v expozici Edutorium, vyzkoušet si jejich funkce a zkusit odpovědět na následující otázky. Ke každé zodpovězené otázce prosím napište název exponátu. Navrhujeme, aby u jednoho vždy exponátu pracovala jen jedna skupina. 1) Napiš název a nakresli část magnetu, která ovlivňuje TV obrazovku nejméně 2) Vyzkoušej si elektromagnetickou indukci! Jakými třemi způsoby lze indukovat elektrické napětí v sekundární cívce? 3) Chytni spolužáka za ruku a oba přiložte volné ruce na desky exponátu tak, aby se vychýlila ručička. Stejným způsobem se dotkněte exponátu každý zvlášť. Jaký rozdíl jste pozorovali na ampérmetru? 4) Kolik najdeš možností pro zapojení obvodu tak, aby na základě Ohmova zákona byl výsledný proud 0,5 A? Napiš nalezené hodnoty odporu a napětí. 5) S jakým exponátem lze změřit dnešní magnetickou intenzitu Země? Jakou má dnes hodnotu? 6) Který ze čtyř materiálů byl nejvíce aktivní, když jsi jej přejel filcem? 7) Využij kondenzátory k rozsvícení pěti žárovek. Změřte, jakou nejdelší dobu by ti vydržely svítit!

13 Kontrolní test programu Dotkni se elektřiny! pro nováčky. Jméno: Třída Datum: ) Kondenzátory slouží a) jako zdroje světla b) k uchování elektrické energie c) k měření elektrického proudu 6) Co je MAGLEV? a) Levitující vlak b) Elektrický zkrat c) Magnetické pole Země 2) V Ohmově zákonu je proud a) přímo úměrný odporu b) stejný jako odpor c) přímo úměrný napětí 3) Dva různé kovy a elektrolyt se využívají u a) galvanického článku b) žárovky c) elektromotoru 4) Co se stane s železným drátkem u magnetu, pokud drátek budeme zahřívat? a) Nic b) Odtáhne c) Přitaví se k magnetu 5) Při svařování kovů můžeme vidět a) doutnavý výboj b) jiskrový výboj c) elektrický oblouk 7) Dvě shodně zelektrovaná tělesa a) se budou přitahovat b) se budou odpuzovat c) nebudou na sebe reagovat 8) Při paralelním zapojení odporů je výsledný odpor oproti jednotlivým a) menší b) větší c) stejný 9) Jednou z výhod elektromagnetické indukce je a) odpadní teplo b) ionizace vzduchu v okolí c) bezkontaktní přenos el. proudu 10) Důkaz magnetického pole Země jsou a) bouřky b) polární záře c) zatmění Slunce Kontrolní test programu Dotkni se elektřiny! pro nováčky. Jméno: Třída Datum: ) Kondenzátory slouží a) jako zdroje světla b) k uchování elektrické energie c) k měření elektrického proudu 6) Co je MAGLEV? a) Levitující vlak b) Elektrický zkrat c) Magnetické pole Země 2) V Ohmově zákonu je proud a) přímo úměrný odporu b) stejný jako odpor c) přímo úměrný napětí 3) Dva různé kovy a elektrolyt se využívají u a) galvanického článku b) žárovky c) elektromotoru 4) Co se stane s železným drátkem u magnetu, pokud drátek budeme zahřívat? a) Nic b) Odtáhne c) Přitaví se k magnetu 5) Při svařování kovů můžeme vidět a) doutnavý výboj b) jiskrový výboj c) elektrický oblouk 7) Dvě shodně zelektrovaná tělesa a) se budou přitahovat b) se budou odpuzovat c) nebudou na sebe reagovat 8) Při paralelním zapojení odporů je výsledný odpor oproti jednotlivým a) menší b) větší c) stejný 9) Jednou z výhod elektromagnetické indukce je a) odpadní teplo b) ionizace vzduchu v okolí c) bezkontaktní přenos el. proudu 10) Důkaz magnetického pole Země jsou a) bouřky b) polární záře c) zatmění Slunce

14 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 14 Řešení testu Řešení kontrolního testu programu Dotkni se elektřiny! pro nováčky. 1) Kondenzátory slouží a) jako zdroje světla. b) k uchování elektrické energie. c) k měření elektrického proudu. Řešení: Je skryto v práci s exponátem Energie versus výkon a u žárovky v popisku pro učitele 6) Co je MAGLEV? a) Levitující vlak b) Elektrický zkrat c) Magnetické pole Země Řešení: Je skryto na obrázku u exponátu Jákobův žebřík 2) V Ohmově zákonu je proud a) přímo úměrný odporu. b) stejný jako odpor. c) přímo úměrný napětí. Řešení: Je skryto v práci s exponátem Ohmův zákon a u žárovky v popisku pro učitele 7) Dvě shodně zelektrovaná tělesa a) se budou přitahovat. b) se budou odpuzovat. c) nebudou na sebe reagovat. Řešení: Je skryto v práci s exponátem Elektrické blešky a zároveň je to elementární znalost 3) Dva různé kovy a elektrolyt se využívají u a) galvanického článku. b) žárovky. c) elektromotoru. Řešení: Je v popisku u exponátu Ruční baterie 4) Co se stane s železným drátkem u magnetu, pokud drátek budeme zahřívat? a) Nic b) Odpadne c) Přitaví se k magnetu Řešení: V práci s exponátem Curieův bod 5) Při svařování kovů můžeme vidět a) Doutnavý výboj b) Jiskrový výboj c) Elektrický oblouk Řešení: Je skryto v práci s exponátem Energie versus výkon a u žárovky v popisku pro učitele 8) Při paralelním zapojení odporů je výsledný odpor oproti jednotlivým a) menší. b) větší. c) stejný. Řešení: Je skryto v práci s exponátem Ruční baterie a zároveň je to elementární znalost 9) Jednou z výhod elektromagnetické indukce je a) odpadní teplo. b) ionizace vzduchu v okolí. c) bezkontaktní přenos el. proudu. Řešení: Je skryto v práci s exponátem Elektromagnetická indukce 10) Důkaz magnetického pole Země jsou a) bouřky. b) polární záře. c) zatmění Slunce Řešení: Je skryto na obrázku u exponátu Magnetické pole Země Ve zkratce: 1b) 2c) 3a) 4b) 5c) 6a) 7b) 8a) 9c) 10b)

15 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 15 Bodovací tabulka Otázky Název týmu R Celkem Pořadí Za každou odpověď je možno udělit 0 až 2 body, dle správnosti odpovědi R - Bonusové body za rychlost je volitelná varianta. Tým, který první přinese zodpovězené všechny otázky, obdrží 3 body, druhý 2 body, třetí 1 bod. Maximální počet bodů je 19

16 Dotkni se elektřiny! Verze: pro nováčky 16 3 O Techmania Science Center Projekt Techmanie se začal formovat v roce 2005, kdy se společnost ŠKODA INVEST- MENT a Západočeská univerzita v Plzni rozhodly vytvořit instituci, která bude cíleně popularizovat vědu a techniku a zároveň se stane jedním z prvních projektů science center v České republice. Techmania byla v historické budově Škodových závodů otevřena a od tohoto data přivítala již statisíce návštěvníků. Stala se tak nejen jedním z předních turistických cílů Plzeňského kraje, ale také jedinečným projektem neformálního vzdělávání v rámci celé ČR. Science center staví na originálním konceptu interaktivních exponátů a tematických expozic: hlavní důraz je zde kladen na vlastní zkušenost, prožitek, možnost vyzkoušet si konkrétní jevy v praxi. Každý ze zhruba návštěvníků ročně se v Techmanii také může setkat s populárně vědeckými show, s krátkodobými výstavami, přednáškami, semináři a outdoorovými akcemi. Jedním z nejvýraznějších každoročních projektů je Noc vědců, tedy iniciativa Evropské komise, která v ČR představuje největší jednorázovou akci na podporu vědy a techniky. Právě Techmania je opakovaně národním koordinátorem tohoto neformálního setkání vědců, vědy a veřejnosti. Mezi populárně vzdělávací programy pro školy, které doplňují formální výuku praktickou možností si vše vyzkoušet a vycházejí vstříc jak potřebám žákům a studentů, tak pedagogických pracovníků, patří např.: Dotkněte se elektřiny! Záhada stroje Posviťme si na to! Volný program Techmania Science Center sídlí v areálu ŠKODA, vstup V. branou z ulice Borská. Science center je pro své návštěvníky otevřeno každý den od 9:00 do 17:00 hodin.