Název: Aplikace ICT pomůcek v přírodovědných předmětech na ZŠ Environmentální výchova

Transkript

1

2 Název: Aplikace ICT pomůcek v přírodovědných předmětech na ZŠ Environmentální výchova Autor: Mgr. Miroslav Rosík Vydání: 1. vydání, 2010 Počet stran: 49 Určeno pro projekt: Nové přístupy k využití ICT ve výuce přírodovědných předmětů na základních školách Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/ Vydavatel: Ostravská univerzita v Ostravě Tisk: REPRONIS s.r.o. Miroslav Rosík Ostravská univerzita v Ostravě

3 OBSAH: Úvod Měřicí systém EdLaB Průběh měření v reálném čase Více měření současně Výhody použití měřicího systému ve výuce Charakteristika měřicího systému Popis softwaru HiScope Editor senzorů Postup připojení nového čidla se systémem EdLaB v programu eprolab Kalibrace nového čidla Postup spuštění experimentu Pro jedno čidlo Pro více čidel Seznam dodaných čidel Citovaná a doporučená literatura Technický popis čidel Čidlo oxidu uhličitého (CO2-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Návrhy experimentů Citovaná a doporučená literatura Kyslíkové čidlo (O2-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Návrhy experimentů Citovaná a doporučená literatura Čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku (DO-BTA) Technický popis čidla... 24

4 3.3.2 Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Hlukoměr (SLM-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Infračervené (bezdotykové) teplotní čidlo (IRT-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Bodové teplotní čidlo (STS-BTA) Technický popis čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Zákaloměr (TRB-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Čidlo kyselosti (PH-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Čidlo intenzity světla (LS-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Čidlo UVA záření (UVA-BTA) Technický popis čidla... 40

5 Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Čidlo UVB záření (UVB-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Čidlo relativní vlhkosti vzduchu (RH-BTA) Technický popis čidla Princip fungování čidla Možná použití čidla Citovaná a doporučená literatura Barometr (BAR-BTA) Technický popis čidla směrnice: k 1 = 78,001 kpa/v směrnice: k 1 = 78,001 mbar/v směrnice: k 1 = 0,077 atm/v směrnice: k 1 = 58,52 mm Hg/V směrnice: k 1 = 2,292 in Hg/V Princip fungování čidla Možná použití čidla Závěr... 49

6

7 Úvod 7 Úvod Žijeme v době, kdy kvalita života je značně ovlivňována stavem životního prostředí. Ekologie a ochrana přírody jsou témata, která musí zajímat snad každého z nás. Všichni chceme žít v prostředí, které bude mít pozitivní vliv na každého člověka. Současná příroda však značně trpí doprava, průmysl, kyselé deště, změny klimatu a další vlivy se podepisují na lidském zdraví, počtu vyhynulých rostlinných či živočišných druhů. Změny vyvolané nejen činností člověka lze sledovat a zkoumat. Ideálním pomocníkem se stává počítač a možnosti informačních a komunikačních technologií (ICT), které se staly nedílnou součástí dnešního moderního světa. Počítač můžeme propojit s dalšími periferiemi a tím zvýšit počítačový výkon, schopnosti a možnosti celého zapojeného systému. Počítačová sestava doplněná o vhodné periferie se stává výborným motivačním prostředkem, který zvyšuje zájem žáků o další vzdělávání a poznávání environmentálních problémů. Propojení ICT se vzdělávacím obsahem přírodovědných oborů má přínos i pro rozvoj klíčových kompetencí - kompetence k učení, kompetence komunikativní, kompetence k řešení problémů a kompetence pracovní. V kurzu, který je zaměřen na měřicí sady a jejich využití, získáváte dvě studijní opory, první s názvem: Nové přístupy k výuce přírodovědných předmětů s využitím ICT pomůcek na ZŠ, ta je určena přímo pro využití ve výuce, jelikož obsahuje celé řešené úlohy, ať již ve formě metodických materiálů pro učitele, tak i pracovních listů pro žáky. Druhá studijní opora, jejíž obsah jste právě začali studovat, obsahuje především teoretickou rovinu problematiky měřících sad a návrhy možného využití ve výuce environmentální výchovy na základních školách. Studijní opora je rozdělena na několik částí, které by měly co nejvíce přiblížit možnosti využití čidel ve výuce. První část se věnuje měřicímu systému EdLaB a jeho technickým parametrům. Druhá část přibližuje možnosti softwaru eprolab, jeho princip fungování a ovládání. Třetí část vysvětluje technický popis čidel využitelných v rámci environmentální výchovy a je doplněna o příklady možného využití. Obsah studijní opory se snaží o jediný cíl přiblížit přírodní děje a pochody prostřednictvím měřicích sad a umožnit uplatnění kreativity učitelů i žáků při poznávání přírodních zákonitostí technickými prostředky současného světa. Po prostudování textu budete znát: popis čidel měřicí sady, základní využití měřicích sad ve výuce environmentální výchovy. Autor Budete schopni implementovat měřicí sady do výuky environmentální výchovy, navrhnout další využití měřicích sad ve výuce environmentální výchovy.

8 8 Úvod Získáte: základní orientaci v měřicích sadách a možnostech jejich využití ve výuce environmentální výchovy.

9 Měřicí systém EdLaB 9 1 Měřicí systém EdLaB Educational Laboratory Board je univerzální měřicí vzdělávací zařízení. Lze propojit s počítačem a sledovat průběh experimentů v přírodních vědách. Ve školách najde uplatnění při podpoře aktivní experimentální činnosti žáků v hodinách fyziky, biologie, chemie nebo environmentální výchovy, s využitím specializovaných sad měřicích sond, senzorů a příslušenství. Žáci mohou řešit úlohy ve formě laboratorních prací nebo problémových úloh formulovaných v souladu se školními vzdělávacími programy. Měřicí systém EdLaB se připojuje k počítači přes USB rozhraní. Na počítači se naměřená data zobrazují na přehledných grafech, na kterých je zobrazen průběh měření. 1.1 Průběh měření v reálném čase Oproti klasickým měřidlům (teploměr, voltmetr, vlhkoměr, atd.) dokáže rozhraní EdLaB zaznamenávat jak velmi rychlé děje trvající jen několik milisekund, tak naopak pomalé děje trvající i několik dní. Naměřené hodnoty se zaznamenávají do paměti a ty mohou být uloženy a zpracovány ve formě tabulek, grafů a dalších přehledů. Výsledek průběhu měření je díky EdLaB přesnější a s vyšší citlivostí než u běžných měřidel. Žáci pak nemusejí hodnoty neustále odečítat a průběh měření vidí přehledně na počítači. 1.2 Více měření současně Zdlouhavé měření jedné veličiny ručně je časově velice náročné, obtížné a pro žáky nezábavné. Co potom může být měření více veličin současně (například tlaku a teploty nebo proudu a napětí)? Systém EdLaB umí pohodlně měřit až 6 veličin současně. Po připojení čidel a senzorů zobrazuje naměřená data na přehledných grafech, kde je vidět vzájemný vztah mezi všemi měřenými veličinami.

10 10 Měřicí systém EdLaB 1.3 Výhody použití měřicího systému ve výuce Podporuje efektivnější využití času výuky. Podporuje aktivitu žáků ve vyučovací hodině. Lze srovnat měřené předpoklady s reálnými výsledky. Díky okamžitému zobrazení naměřených hodnot jsou veličiny pochopitelnější. Měřicí metody simulují postupy v reálném výzkumu či laboratoři. Je možné uchovat data a hodnoty pro pozdější využití. Díky EdLaB můžete měřit a současně vyhodnocovat data v terénu. 1.4 Charakteristika měřicího systému Název Rozhraní pro připojení Rozlišení převodníku Vzorkovací frekvence Analogové vstupy pro připojení senzorů Digitální vstupy pro připojení senzorů Analogový výstup Sběrnice s digitálními vstupy a výstupy Popis otevřeného komunikačního protokolu Příklady pro komunikaci Educational laboratory board USB, maximální napájecí proud je 0,5 A 10 bitů 50 khz 6 vstupů s ochranou proti přepětí 1 vstup + 1 servisní 1 analogový + 1 PWM 1 x 12 bitů + 1 x 4 bity ano Delphi, Visual Basic, C/C++

11 Popis softwaru 11 2 Popis softwaru Čidla jsou připojována k systému EdLab, se kterým byl použit program eprolab. Program eprolab podporuje experimenty běžící v reálném čase. Využívá data získaná ze systému EdLab. Obrázek 2-1 Prostředí eprolab Jak je vidět z obrázku, program eprolab obsahuje několik modulů, z nichž jsou pro použití ve třídě podstatné především HiScope a Editor senzorů. 2.1 HiScope HiScope je obsáhlý modul v balíku modulů eprolab. Je navržen pro použití analogových čidel jako ultrazvukový dálkoměr, senzor EKG, spirometr, apod. HiScope nabízí několik možností, jak zobrazovat číselná data (graf závislý na čase, graf s Fourierovou transformací, graf závislý na jedné proměnné, ). Obrázek 2-2 Nástrojová lišta modulu HiScope

12 12 Popis softwaru 1: Vybrat připojená čidla 2: Vymezit proměnné 3: Graf y(t) 2.2 Editor senzorů Modul Sensor Editor usnadňuje práci s analogovými senzory. Umožňuje jejich přidávání a odebírání z programu eprolab a kalibraci čidel. Data uložená tímto modulem pro jednotlivá čidla následně využívají moduly jako HiScope. 1 2 Obrázek 2-3 Modul Editor senzorů 1: Směrnice k 1 2: Počátek k Postup připojení nového čidla se systémem EdLaB v programu eprolab - Nejprve připojíme čidlo k portu vin0 systému EdLaB. - Pokud má čidlo spouštěcí spínač, zapneme ho. - Na počítači spustíme program eprolab a zapneme Sensor Editor. - Klikneme na Insert new. - V levé liště s výběrem čidel se zobrazí nové čidlo (New sensor). - Klikneme na New sensor a zadáme jeho parametry (viz obrázek 2.3).

13 Popis softwaru Kalibrace nového čidla Kalibraci nového čidla můžeme provést dvěma způsoby: a) Zadání známých kalibračních hodnot. Například pro siloměr známe kalibrační hodnoty Směrnice k 1 : 175,416; Počátek k 0 : 19,295. Po přidání siloměru do Sensor Editoru vepíšeme tyto kalibrační hodnoty do příslušných kolonek (viz obrázek 2.3). Poté zavřeme Sensor Editor. Při zavírání se na monitoru objeví výzva k uložení změněných dat. Po potvrzení této výzvy máme čidlo přidáno a nakalibrováno, takže již bude přístupné v ostatních modulech. b) Kalibrace čidla podle dvou známých hladin měřené veličiny. Například pro infrateploměr připravíme v jedné kádince ledovou tříšť s vodou a ve druhé vodu, kterou přivedeme do varu. Připojíme infrateploměr a zapneme Sensor Editor (viz výše). Spustíme kalibraci calibrate a poté namíříme čidlo do kádinky se směsí ledové tříště a vody. Pro ujištění, že snímáme teplo z vody v kádince, zapneme laserový značkovač (viz Infrateploměr). Do kolonky se snímanou teplotou (pole bude označeno podle popisu jednotky, jaký jste zvolili při připojení čidla v poli Variable, obrázek 2.3) vepíšeme 0 a stiskneme enter. Vpravo se nám hodnota vyznačí v grafu. Poté postup zopakujeme pro kádinku s vařící vodou a vepíšeme 100. Po potvrzení entrem se vpravo vyznačí druhý bod a spojnice obou bodů, vyjadřující lineární závislost napětí na teplotě. Poté ukončíme Sensor Editor a při ukončování potvrdíme výzvu k uložení nových dat. Poznámka: Uvedený postup s infrateploměrem slouží pouze jako příklad, protože infrateploměr je kalibrován sám o sobě a může díky displeji fungovat i jako samostatné čidlo a není ho většinou potřeba kalibrovat. Takový postup kalibrace můžeme provést s kterýmkoliv čidlem s lineární závislostí proměnných. Obrázek 2-4 Kalibrace b) 1 1: Pole pro vepsání známé hodnoty měřené veličiny.

14 14 Popis softwaru 2.5 Postup spuštění experimentu Pro jedno čidlo - Nejprve připojíme čidlo k portu systému EdLaB. - Pokud má čidlo spouštěcí spínač, zapneme ho. - Na počítači spustíme program eprolab a zapneme modul HiScope. - Spustíme Vybrat připojená čidla. - Ve sloupci Dostupná čidla označíme čidlo kurzorem a klikneme na pole Přidat, vše potvrdíme kliknutím na pole Ano. - Spustíme Vymezit proměnné. - Klikneme na pole Vybrat jednu a potvrdíme kliknutím na pole Ano. - Spustíme Graf y(t). - Pod označením Vodorovná osa klikneme na pole Přidat a potvrdíme kliknutím na pole Ano. - Zobrazí se pole grafu, v horní liště zaškrtneme kolonky Zobrazit hodnoty, Spojit čára a Symboly. - Spustíme Vzorkovací čas a spouštění. - V oddíle Vzorkovací čas ve sloupci Vzorkovací perioda a ve sloupci Počet vzorků nastavíme vhodné hodnoty pro daný experiment. - V oddíle Spouštění zaškrtneme Jednotlivý a vše potvrdíme kliknutím na pole Ano. - V oknu grafu zahájíme měření kliknutím na šipku Start měření Pro více čidel - Nejprve připojíme čidla k portům systému EdLaB. - Pokud mají čidla spouštěcí spínač, zapneme ho. - Na počítači spustíme program eprolab a zapneme modul HiScope. - Spustíme Vybrat připojená čidla. - Ve sloupci Dostupná čidla označíme čidlo kurzorem a klikneme na pole Přidat, takto postupně přidáme všechna čidla. - Po přidání čidla nesmíme zapomenout zvolit vedle pole Vin, které označuje kanál, správné číslo kanálu. A to podle toho, ke kterému portu systému EdLaB jsme čidla připojili (např. Vin0, Vin1, Vin2, ). - Vše potvrdíme kliknutím na pole Ano. - Spustíme Vymezit proměnné. - Klikneme na pole Vybrat vše a potvrdíme kliknutím na pole Ano. - Spustíme Graf y(t). - Pod označením y(t):1 Vodorovná osa klikneme na pole Přidat, přepneme na y(t):2 a opakujeme postup pro další čidlo. Tímto způsobem přidáme všechna čidla a potvrdíme kliknutím na pole Ano. - Zobrazí se pole grafu, v horní liště zaškrtneme kolonky Zobrazit hodnoty, Spojit čára a Symboly. - Spustíme Vzorkovací čas a spouštění. - V oddíle Vzorkovací čas ve sloupci Vzorkovací perioda a ve sloupci Počet vzorků nastavíme vhodné hodnoty pro daný experiment.

15 Popis softwaru 15 - V oddíle Spouštění zaškrtneme Jednotlivý a vše potvrdíme kliknutím na pole Ano. - V oknu grafu zahájíme měření kliknutím na šipku Start měření. 2.6 Seznam dodaných čidel Pro využití na základních školách jsou k dispozici následující čidla a jejich parametry: Čidlo oxidu uhličitého měření koncentrace plynného oxidu uhličitého Kyslíkové čidlo měření koncentrace plynného kyslíku 2 rozsahy: 0 až ppm a 0 až ppm Minimální rozsah 0 až 27 % Čidlo kyselosti ph metr Rozsah 0 až 14 Konduktometr měření elektrické vodivosti kapalin Barometr měření atmosférického tlaku Hygrometr čidlo relativní vlhkosti vzduchu Luxmetr čidlo intenzity světla Spirometr měření průtoku vzduchu, určení vitální kapacity plic Siloměr se 2 rozsahy Infrateploměr infračervené (bezdotykové) teplotní čidlo Termočlánkový teploměr Minimální rozsahy měření: µs/cm, µs/cm a µs/cm Minimální rozsah 80 kpa až 120 kpa Minimální rozsah 0 až 95 % Minimální rozsahy 0 až 600 luxů, 0 až 6000 luxů nebo 0 až 150 tisíc luxů Rozsah ±10 litrů/s Rozsahy ±10 N a ±50 N Minimální rozsah -20 C až 400 C Minimální rozsah: -200 C až 1400 C Teploměry 12 ks Minimální rozsah -20 C až 120 C Čidlo polohy a pohybu Ampérmetr Voltmetr Minimální rozsah 15 cm až 6 m Rozsah ±600 ma Rozsah ±10 V K této sadě se dodává 6 ks měřicího systému EdLaB pro vytvoření 6 ks měřicích zařízení.

16 16 Popis softwaru 2.7 Citovaná a doporučená literatura

17 Technický popis čidel 17 3 Technický popis čidel V této kapitole se dozvíte: jaké jsou technické parametry čidel měřicích sad, jaký je princip fungování čidel, jaké je možné využití vybraných čidel. Po jejím prostudování byste měli být schopni: popsat čidla v měřicí sadě, rozlišit čidla kalibrovaná, provést kalibraci čidel. Klíčová slova kapitoly: čidlo, měřicí sada, kalibrace. V následujícím textu se seznámíte s čidly, které lze využívat ve výuce environmentální výchovy na základní škole. Vybraná čidla jsou doplněna obrázkem, technickým popisem, principem fungování a příklady možného využití. Navržené experimenty vycházejí z obsahu učiva přírodovědných předmětů na základní škole. U některých experimentů lze kombinovat používaná čidla a v rámci jediného pokusu sledovat více parametrů. Prvotní setkání s čidly a programem eprolab bude přinášet učiteli řadu těžkostí zapojení, spuštění, kalibrace, nastavení, příprava biologického materiálu a možná budou i další překvapení. Nevzdávejte se! Bojujte! Každým dalším pokusem v práci s čidly získáte jistotu a rutinu, kterou následně předáte i svým žákům. Spojíte-li síly s dalšími kantory přírodovědných předmětů ve vaší škole, výsledek se dostaví! Přeji Vám hodně zdaru při studiu i práci s celou měřicí sadou! Autor

18 18 Čidlo oxidu uhličitého 3.1 Čidlo oxidu uhličitého (CO2-BTA) Senzor pro měření koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu, který umožňuje řadu experimentů zejména z oblasti biologie a chemie Technický popis čidla rozsah čidla nízký: 0 to ppm vysoký: 0 to ppm typická přesnost při nízkém rozsahu ±100 ppm nebo ±10% typická přesnost při vysokém rozsahu ±100 ppm nebo ±20% čas odezvy 95 % skutečné hodnoty po 120 sekundách doba přípravy rozsah výstupního signálu 90 sekund 0 4,0 V napájení 5 V (±0.25 V) princip měření tlaku rozsah pracovních teplot rozsah pracovní vlhkosti difúze 25 C (± 5 C) 5 95 % (bez kondenzace) rozsah skladovacích teplot -40 až +65 C Princip fungování čidla Čidlo měří koncentraci plynného oxidu uhličitého v rozsahu 0 až ppm, nebo 0 až ppm (dle nastavení rozsahu). Čidlo měří velikost změny intenzity infračerveného záření o vlnové délce nm, absorbovaného molekulami oxidu uhličitého mezi vysílacím a přijímacím čidlem. Oxid uhličitý plyne dovnitř a následně ven ze senzorové trubice přes 20 větracích otvorů.

19 Čidlo oxidu uhličitého 19 Čidlo CO2 měří plynný oxid uhličitý v jednotkách ppm (part per milion). V plynné směsi 1 jednotka z milionu odkazuje na 1 jednotku objemu v 1 milionu objemových jednotek z celku. Koncentrace 600 ppm pro CO2 je jednoduše míněna jako 600 l CO2 z celých l vzduchu. Pro srovnání se množství oxidu uhličitého v zemské troposféře postupně zvyšuje z 317 ppm v r na současnou hladinu 380 ppm. Vydechovaný lidský dech má oxid uhličitý v koncentraci přibližně na ppm Možná použití čidla studium lidského dýchání, studium růstu a dýchání rostlin a hmyzu, sledování průběhu fotosyntézy, sledování koncentrací v učebnách, studium pučení kvasinek, studium chemického složení kalcitu, ulit či lastur, skořápek ptačích vajíček Návrhy experimentů Měření koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo oxidu uhličitého Postup: Je vhodné provádět měření na různých místech, kde se předpokládají zásadní rozdíly ve výsledcích les, louka, ulice, křižovatka, výrobní provoz, školní dvůr, tělocvična, uzavřená učebna, odvětraná učebna apod (viz úloha 9 studijní opory k výuce environmentální výchovy). Závěr: Naměřené koncentrace dokumentují kvalitu životního prostředí v místě měření. Z hodnot lze odvodit vlivy, které negativně ovlivňují složení vzduchu Měření koncentrace oxidu uhličitého během klíčení rostlin Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo oxidu uhličitého, Petriho miska, tácek, obilky pšenice obecné, skleněný poklop Postup: Obilky pšenice obecné namočíme do vody a necháme je tam minimálně 2 dny, dokud nebudou nabobtnalé. Poté je vyjmeme z vody, lehce otřeme, dáme do Petriho misky a položíme na připravený tácek. Misku se semeny a kyslíkovým čidlem přikryjeme nádobou (nejlépe velkou kádinkou) a v místě nálevky prostrčíme kabely měřidel. Velmi důležité je zabezpečení dobrého utěsnění nádoby, aby nemohlo docházet k výměně plynů mezi nádobou a okolím. Je možné využít kancelářskou pásku, kterou přilepíme

20 20 Čidlo oxidu uhličitého nádobu k tácku. Musíme pečlivě zaizolovat i ústí kabelů z nádoby! Úlohu lze spojit s měřením koncentrace kyslíku během klíčení rostlin. Závěr: Klíčení jako většina biologických procesů vyžaduje určité podmínky, které jsou pro jednotlivé druhy charakteristické. Hlavní faktory ovlivňující klíčení: množství vody, kyslíku, slunečního záření a velkou roli sehrává také teplota. Dýchání je procesem při klíčení semen, v jehož průběhu se vytváří CO 2 a spotřebovává se O Měření koncentrace oxidu uhličitého ve vydechovaném lidském dechu Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo oxidu uhličitého, igelitová taška Závěr: Při dýchání tělo spotřebovává kyslík a vylučuje oxid uhličitý, proto je ve vydechovaném vzduchu větší koncentrace CO 2 a menší koncentrace O 2 než ve vdechovaném vzduchu. Úlohu lze spojit s měřením koncentrace kyslíku ve vydechovaném lidském dechu Měření koncentrace oxidu uhličitého během hoření Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo oxidu uhličitého, svíčka, zápalky, skleněný zvon či jiná uzavřená nádoba Závěr: V průběhu hoření svíčky dochází ke spotřebovávání kyslíku, aby se vytvářely jiné sloučeniny a to především oxidy. Z těchto důvodů se hoření také často říká oxidační proces. Jedním z dalších produktů je vznik CO 2. V laboratorních podmínkách by mělo dojít k uhašení svíčky do 2 minut. Pokusem lze vysledovat koncentraci kyslíku, při které dojde k uhašení svíčky, ale i změnu koncentrace CO 2 během hoření. Úlohu lze spojit s měřením koncentrace kyslíku během hoření Citovaná a doporučená literatura

21 Kyslíkové čidlo Kyslíkové čidlo (O2-BTA) Senzor pro měření koncentrace kyslíku ve vzduchu umožňuje řadu experimentů zejména z oblasti biologie a chemie Technický popis čidla rozsah čidla 0 % až 27 % přesnost při normálním tlaku ±1 % rozlišení 0,01 % rozsah pracovních teplot 5 C až 40 C rozsah skladovacích teplot -20 až 60 C relativní vlhkost, při které přístroj může pracovat čas potřebný k 90% přiblížení ke konečné hodnotě 0% až 95 % cca 12 sekund Princip fungování čidla Čidlo využívá elektrochemický článek tvořený olověnou anodou a zlatou katodou, které jsou ponořeny do elektrolytu. Kvůli ponoření do elektrolytu je důležité čidlo uchovávat ve správné poloze (je vyznačeno na krabičce šipkou). Molekuly kyslíku se při průchodu tímto uspořádáním na katodě redukují a tato elektrochemická reakce je zdrojem proudu, který je úměrný koncentraci kyslíkových molekul mezi elektrodami Možná použití čidla studium lidského dýchání, studium růstu a dýchání rostlin a hmyzu, sledování průběhu fotosyntézy, studium koncentrace kyslíku v atmosféře.

22 22 Kyslíkové čidlo Návrhy experimentů Měření koncentrace kyslíku ve vydechovaném lidském dechu Pomůcky: PC, řídicí jednotka, kyslíkové čidlo, igelitová taška Závěr: Při dýchání tělo spotřebovává kyslík a vylučuje oxid uhličitý, proto je ve vydechovaném vzduchu větší koncentrace CO 2 a menší koncentrace O 2 než ve vdechovaném vzduchu Měření koncentrace kyslíku během hoření Pomůcky: PC, řídicí jednotka, kyslíkové čidlo, svíčka, zápalky, skleněný zvon či jiná uzavřená nádoba Závěr: V průběhu hoření svíčky dochází ke spotřebovávání kyslíku, aby se vytvářely jiné sloučeniny a to především oxidy. Z těchto důvodů se hoření také často říká oxidační proces. Jedním z dalších produktů je vznik CO 2. V laboratorních podmínkách by mělo dojít k uhašení svíčky do 2 minut. Pokusem lze vysledovat koncentraci kyslíku při které dojde k uhašení svíčky Měření koncentrace kyslíku během klíčení rostlin Pomůcky: PC, řídicí jednotka, kyslíkové čidlo, Petriho miska, tácek, obilky pšenice obecné, skleněný poklop Postup: Obilky pšenice obecné namočíme do vody a necháme je tam minimálně 2 dny, dokud nebudou nabobtnalé. Poté je vyjmeme z vody, lehce otřeme, dáme do Petriho misky a položíme na připravený tácek. Misku se semeny a kyslíkovým čidlem přikryjeme nádobou (nejlépe velkou kádinkou) a v místě nálevky prostrčíme kabely měřidel. Velmi důležité je zabezpečení dobrého utěsnění nádoby, aby nemohlo docházet k výměně plynů mezi nádobou a okolím. Je možné využít kancelářskou pásku, kterou přilepíme nádobu k tácku. Musíme pečlivě zaizolovat i ústí kabelů z nádoby! Závěr: Klíčení jako většina biologických procesů vyžaduje určité podmínky, které jsou pro jednotlivé druhy charakteristické. Hlavní faktory ovlivňující klíčení: množství vody, kyslíku, slunečního záření a velkou roli sehrává také teplota. Dýchání je procesem při klíčení semen, v jehož průběhu se vytváří CO 2 a spotřebovává se O 2.

23 Kyslíkové čidlo Měření koncentrace kyslíku v atmosféře Pomůcky: PC, řídicí jednotka, kyslíkové čidlo Postup: Abychom mohli porovnávat naměřené hodnoty, je vhodné provádět měření na různých místech, kde se předpokládají zásadní rozdíly ve výsledcích les, louka, ulice, křižovatka, výrobní provoz, školní dvůr, tělocvična, uzavřená učebna, odvětraná učebna apod (viz úloha 9 studijní opory k výuce environmentální výchovy). Závěr: Naměřené koncentrace dokumentují kvalitu životního prostředí v místě měření. Z hodnot lze odvodit vlivy, které negativně ovlivňují složení vzduchu Citovaná a doporučená literatura

24 24 Čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku 3.3 Čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku (DO-BTA) Čidlo umožňuje měřit koncentraci kyslíku rozpuštěného ve vodě a vodných roztocích Technický popis čidla rozsah čidla citlivost čidla přesnost čidla 0-15 mg/l 0,014 mg/l ± 0,2 mg/l Princip fungování čidla Čidlo pracuje na principu elektrolýzy senzor je tvořen elektrolytem (KCl), katodou (Pt) a anodou (Ag/AgCl), přičemž vše je od zkoumaného vzorku odděleno pro plyny propustnou membránou. Na katodu je přiváděno stálé napětí, částice kyslíku procházejí cestou ke katodě membránou a redukují se, na anodě probíhá oxidace. Proud procházející obvodem je úměrný koncentraci kyslíku ve zkoumaném vzorku Možná použití čidla studium dýchání a fotosyntézy vodních rostlin, sledování závislosti koncentrace kyslíku na teplotě vody či množství světla, sledování koncentrace kyslíku v akváriu (v závislosti na množství rostlin, živočichů), sledování změn koncentrací kyslíku vzhledem k přítomnosti různých chemických látek ve vodě, sledování průběhu pučení kvasinek Měření koncentrace kyslíku ve vzorcích vody Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku, různé vzorky vody, kádinky Postup: Pro srovnání provedeme měření koncentrace ve vodě rozpuštěného kyslíku s několika vzorky z různých odběrných míst řeka, rybník, zahradní

25 Čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku 25 jezírko, štěrkovna, pitná voda, minerální voda (viz úloha 3 studijní opory k výuce biologie). Závěr: Z měření vyplývá, že vzorky vody se liší koncentrací O 2 podle místa odběru Měření koncentrace kyslíku během fotosyntézy vodních rostlin Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku, sklenice, víčko se třemi otvory, brčko, izolepa, vodní rostlina (Anubius), voda, zdroj světla Postup: viz úloha 6 studijní opory k výuce evironmentální výchovy Závěr: Z měření vyplývá, že koncentrace O 2 ve vodě se vlivem probíhající fotosyntézy zvyšuje Vliv teploty na koncentraci kyslíku ve vodě Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku, bodové teplotní čidlo, voda, kádinka, vařič nebo kahan, stojan Postup: Pokus připravíme podle nákresu kádinka s 500 ml vody (1); vařič nebo kahan (2); čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku (3); bodové teplotní čidlo (4). Měření provádějte, dokud teplota vody nedosáhne 40 C. Závěr: Hodnoty koncentrace O 2 na počátku a konci experimentu se značně liší. Vlivem zahřívání vody dochází k úbytku kyslíku Citovaná a doporučená literatura

26 26 Hlukoměr 3.4 Hlukoměr (SLM-BTA) Čidlo se dvěma rozsahy, které umožňuje měřit hladinu hluku Technický popis čidla rozsah čidla citlivost čidla přesnost čidla frekvenční rozsah db nebo db 0,1 db ± 1,5 db 31,5 Hz až 8000 Hz Princip fungování čidla Senzor je vybaven mikrofonem, který měří akustický tlak. Výstup z tohoto mikrofonu je filtrován, zesilován a převáděn na hodnoty hladiny hluku. Senzor musí být při měření namířen mikrofonem přímo na zdroj hluku, neboť se využívá funkce směrového mikrofonu. Zvukoví technici sestavují slyšitelné spektrum zvuku v oktávových skupinách. Spínač frekvenčního zatížení na čidlu se používá k přidání nebo odečtení rozdílných hodnot součástí oktávových skupin. Spínač má dvě rozdílná nastavení A a C. Nastavení A zvukových hladin vynechá nízké frekvence a má snímací charakteristiku podobnou lidskému uchu. Při tomto nastavení čidla měříme hlavně v rozsahu 500 až Hz. Nastavení C zvukových hladin nevynechává nízké frekvence a měří rovnoměrně v celém rozsahu frekvencí 30 až Hz. Toto rozhraní je používáno pro měření zdrojů jako motory, exploze a stroje. Zvukové hladiny měřené v těchto dvou nastaveních mají vlastní označení jednotek dba a dbc.

27 Hlukoměr Možná použití čidla sledování hlučnosti prostředí škola, učebny, chodby, křižovatka, dopravní zatížení, sledování hlasových projevů zvířat ptáci, savci, sledování přírodních dějů déšť, bouřka, vítr, ozvěna, měření krevního tlaku Měření hluku v prostředí Pomůcky: PC, řídicí jednotka, hlukoměr Postup: Měření provádíme v místech, kde je předpoklad, že naměřené hodnoty budou dosahovat výrazných odlišností vlakové nádraží, křižovatka, dálniční přivaděč, továrna, školní jídelna, školní chodba během přestávky, čekárna, nákupní centrum, louka, les, pole, řeka apod. (viz úloha 7 studijní opory k výuce evironmentální výchovy). Závěr: Podle míst zvolených k měření hluku v prostředí lze diskutovat o kvalitě života v příslušném místě Citovaná a doporučená literatura

28 28 Infračervené (bezdotykové) teplotní čidlo 3.5 Infračervené (bezdotykové) teplotní čidlo (IRT- BTA) Tento teploměr umožňuje bezkontaktní měření teploty pasivním snímáním infračerveného záření vyzařovaného předměty. Snímaná data lze přímo odečítat nebo zaznamenávat do počítače v průběhu času. Předností teploměru je kromě bezkontaktního měření (na dálku) také rychlá odezva. Není třeba čekat na vyrovnání teplot měřeného objektu a teploměru Technický popis čidla rozsah čidla -20 C až 400 C citlivost čidla 1 C přesnost čidla ± 2 % nebo ± 3 C rychlost odezvy 1 sekunda provozní teplota 0 C až 50 C provozní relativní vlhkost do 70 % spektrální odezva 6 až 14 µm zářivost nastavená 0,95 výdrž baterií (4 AAA) zhruba 100 hodin Princip fungování čidla Každý objekt vyzařuje elektromagnetické záření, jehož spektrum a intenzita závisí na teplotě povrchu tohoto objektu a na vlastnosti zvané emisivita. Emisivita dokonale černého tělesa je 1, pro většinu běžných objektů můžeme počítat s emisivitou okolo 0,95 což je i přednastavená hodnota pro tento teploměr. U lesklých objektů, které mají výrazně nižší emisivitu, dochází proto ke špatnému čtení teploty. Můžeme si pomoci natřením malého kousku povrchu na černo, nebo nalepením černé pásky. K určování teploty slouží senzor citlivý na záření o vlnových délkách 600 nm až 1400 nm. Teplota je určována z tvaru spektra.

29 Infračervené (bezdotykové) teplotní čidlo 29 Záření vstupuje do senzoru z určitého prostorového úhlu, který si můžete představit jako kužel s vrcholem v teploměru a průměrem 6,5 cm ve vzdálenosti 1 m od senzoru. Na to je potřeba dát pozor při měření teploty malých předmětů (je třeba být dostatečně blízko, aby nebylo detekováno i jiné záření než to, které nás zajímá). Toto čidlo je továrně nastaveno a není navrženo pro kalibraci Možná použití čidla sledování teploty různých částí lidského těla hlava, krk, břicho, záda, končetiny apod., sledování teploty různých částí lidského těla po námaze, sledování teploty v prostředí, sledování teplotní rovnováhy v místnosti, sledování teploty živočichů v přirozeném prostředí Teplotní rovnováha v místnosti Pomůcky: PC, řídicí jednotka, infračervené teplotní čidlo Postup: Při měření v místnosti se zaměřujeme na teplotu podlahy, stropu, stěn, parapetu, zdroje vytápění místnosti. Měření provedeme na začátku vyučovací hodiny a opakujeme je před závěrem vyučovací hodiny. Během hodiny neotvíráme okna ani dveře. Je dobré zvolit menší učebnu s co nejlepší tepelnou izolací. Závěr: Výsledek měření dokazuje, že lidé jsou zdrojem tepla, které předávají svému okolí. Lidské teplo se uvolňuje přes pokožku a dýcháním. Člověk dokáže regulovat množství uvolňovaného tepla a rychlost jeho předávání Teplota živočichů Pomůcky: PC, řídicí jednotka, infračervené teplotní čidlo Postup: Teplotu živočichů lze měřit v přirozeném prostředí nebo měření provádíme v učebně, kde jsou domácí mazlíčci žáků. Měření provádíme podle podmínek školy exkurze do ZOO; návštěva na statku, u včelaře či chovatele; školní hospodářství; chovatelská výstava; domácí mazlíčci žáků na návštěvě ve škole. Závěr: Měřením lze porovnávat tělesnou teplotu různých druhů zvířat.

30 30 Infračervené (bezdotykové) teplotní čidlo Citovaná a doporučená literatura

31 Bodové teplotní čidlo Bodové teplotní čidlo (STS-BTA) Teplotní čidlo pro kontaktní měření teploty v jednom bodě. Díky malému objemu má teploměr rovněž malou tepelnou kapacitu, proto reaguje rychle a téměř neovlivňuje teplotu zkoumaného vzorku Technický popis čidla rozsah čidla -25 až 124 C přesnost čidla ± 0,2 C nebo ± 0,5 C Možná použití čidla sledování teploty různých přírodních dějů, sledování teploty prostředí, měření teploty vody, měření teploty během fotosyntézy (vliv teploty na produkci kyslíku), sledování průběhu klíčení semen Vliv teploty na produkci kyslíku během fotosyntézy Pomůcky: PC, řídicí jednotka, bodové teplotní čidlo, čidlo oxidu uhličitého, kyslíkové čidlo, pelargónie, skleněný poklop, zdroj tepla Postup: Použijeme menší pelargónii, aby se dala umístit pod skleněný poklop. Je-li zasazená v květináči nebo nádobce s hlínou, zaizolujeme ji tak, aby nebyl možný únik plynů do vnějšího okolí. Pelargónii se všemi čidly umístíme na podložku a vše přikryjte poklopem. Zahájíme měření. Po jedné vyučovací hodině zapojíme zdroj tepla a pokračujeme v měření další vyučovací hodinu. Závěr: V průběhu fotosyntézy stoupá koncentrace O 2 a koncentrace CO 2 klesá. Teplota ovlivňuje rychlost produkce kyslíku.

32 32 Bodové teplotní čidlo Teplota prostředí Pomůcky: PC, řídicí jednotka, bodové teplotní čidlo Postup: Měření provádíme v uzavřeném prostředí školní budovy a jejich učeben, nebo měříme v přirozeném prostředí. Porovnáváme teplotu učeben s okny na různé světové strany, učebny v různých patrech budovy. Sledujeme vliv slunce na teplotu v učebnách, nebo vliv počtu žáků ve třídě na teplotu v učebně. V přirozeném prostředí si všímáme teploty na slunci a ve stínu. Měření provádíme na stejném místě v různých výškách. Závěr: Naměřené hodnoty se liší dle místa měření a jsou ovlivněny řadou faktorů orientací a velikostí prostor, umístěním a polohou, vlivem slunce Vliv teploty na koncentraci kyslíku ve vodě Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku, bodové teplotní čidlo, voda, kádinka, vařič nebo kahan, stojan Postup: Pokus připravíme podle nákresu kádinka s 500 ml vody (1); vařič nebo kahan (2); čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku (3); bodové teplotní čidlo (4). Měření provádějte, dokud teplota vody nedosáhne 40 C. Závěr: Hodnoty koncentrace O 2 na počátku a konci experimentu se značně liší. Vlivem zahřívání vody dochází k úbytku kyslíku Citovaná a doporučená literatura

33 Zákaloměr Zákaloměr (TRB-BTA) Optický zákaloměr (nefelometr) umožňuje zkoumat jednu ze základních vlastností kvality vody - zákal. Obsahuje-li voda nerozpuštěné pevné částice, je procházející světlo pohlcováno a zároveň rozptylováno, přičemž stupeň zákalu je ovlivňován jak velikostí a tvarem pevných částic, tak jejich poměrným zastoupením. Míra zákalu se obvykle udává v jednotkách NTU (Nephelometric Turbidity Units) Technický popis čidla rozsah čidla citlivost čidla přesnost čidla 0 až 200 NTU 0,25 NTU ± 2 NTU Princip fungování čidla Kyveta se zkoumanou kapalinou je prosvícena infračerveným paprskem, který se na částečkách v kapalině rozptyluje do všech směrů. Pod úhlem 90 ke směru paprsku je umístěna citlivá fotodioda - detektor intenzity rozptýleného záření. Z množství rozptýleného světla je určena míra zákalu.

34 34 Zákaloměr Obrázek 3-1 Ilustrace zákalu pro konkrétní hodnoty (NTU) Možná použití čidla sledování kvality vody, sledování kvality vody a jejího vlivu na průběh fotosyntézy, sledování kvality vody s ohledem na výskyt ryb a jiných živočichů Voda a její znečištění Pomůcky: PC, řídicí jednotka, zákaloměr, čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku, bodové teplotní čidlo, čidlo kyselosti, kádinky, různé vzorky vody Postup: K měření využijeme různé vzorky z vodních zdrojů. Pro porovnání lze odebrat i několik vzorků ze stejného zdroje, ale na různých místech tohoto zdroje. Při měření sledujeme několik parametrů kalnost, teplotu, množství kyslíku, ph (viz úloha 4 studijní opory k výuce environmentální výchovy). Závěr: Vzorky se liší stupněm znečištění vody. Rozdíly jsou viditelné i ve vzorcích ze stejného zdroje, ale různých odběrných míst. Odchylky jsou i v koncentracích kyslíku Citovaná a doporučená literatura

35 Čidlo kyselosti Čidlo kyselosti (PH-BTA) Čidlo kyselosti použitelné nejen v chemických experimentech k určení kyselosti neboli ph. Není-li senzor používán, je třeba uchovávat ho v lahvičce s přechovávacím roztokem. Kyselost neboli ph (anglicky potential of hydrogen, potenciál vodíku, též vodíkový exponent) je definována jako záporně vzatý dekadický logaritmus aktivity oxoniových kationtů: ph = - log(a(h 3 O + )), kde a značí aktivitu iontu (H 3 O + ). V chemii toto číslo vyjadřuje, zda vodný roztok reaguje kysele, či naopak alkalicky (zásaditě). Jedná se o logaritmickou stupnici s rozsahem hodnot od 0 do 14; přitom neutrální voda má ph rovno 7. U kyselin je ph < 7 (čím menší číslo, tím "silnější" kyselina), naopak zásady mají ph > 7 (čím větší číslo, tím "silnější" zásada) Technický popis čidla rozsah čidla citlivost čidla 0-14 ph 0,005 ph provozní teplota 5 C až 80 C Princip fungování čidla Čidlo obsahuje elektrodu z Ag/AgCl a vytváří výstupní napětí, které se mění s kyselostí prostředí. Pro ph = 7 je toto napětí 1,75 V, jeho přírůstek o 0,25 V odpovídá úbytku ph o 1 (analogicky úbytek o 0,25 V představuje přírůstek ph o 1) Možná použití čidla měření kyselosti půdy, studium dešťových srážek kyselé deště, sledování kvality vody, měření kyselosti či zásaditosti chemických reakcí.

36 36 Čidlo kyselosti Voda a její znečištění Pomůcky: PC, řídicí jednotka, zákaloměr, čidlo ve vodě rozpuštěného kyslíku, bodové teplotní čidlo, čidlo kyselosti, kádinky, různé vzorky vody Postup: K měření využijeme různé vzorky z vodních zdrojů. Pro porovnání lze odebrat i několik vzorků ze stejného zdroje, ale na různých místech tohoto zdroje. Při měření sledujeme několik parametrů kalnost, teplotu, množství kyslíku, ph (viz úloha 4 studijní opory k výuce environmentální výchovy). Závěr: Vzorky se liší stupněm znečištění vody. Rozdíly jsou viditelné i ve vzorcích ze stejného zdroje, ale různých odběrných míst. Odchylky jsou i v koncentracích kyslíku i ph Kyselé deště dešťové srážky Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo kyselosti, kádinky, různé vzorky dešťové vody Postup: K měření využijeme různé vzorky dešťové vody. Pro srovnání lze provést měření u destilované, minerální či pitné vody. Závěr: U zkoumaných vzorků jsou rozdíly v naměřených hodnotách Vznik kyselých dešťů Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo kyselosti, sklenice, víčko s dvěma otvory, brčko, voda Postup: viz úloha 5 studijní opory k výuce environmentální výchovy Závěr: Do sklenice foukaný CO 2 se ve vodě postupně rozpouštěl a tím se měnilo ph směrem ke kyselému prostředí. Ve sklenici vznikal slabý roztok kyseliny uhličité Půda Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo kyselosti, vzorky půd, destilovaná voda Postup: viz úloha 10 studijní opory k výuce environmentální výchovy Závěr: Odebrané vzorky půd se liší svým ph.

37 Čidlo kyselosti Citovaná a doporučená literatura

38 38 Čidlo intenzity světla 3.9 Čidlo intenzity světla (LS-BTA) Čidlo reagující na intenzitu světla obdobně jako lidské oko (co se týče citlivosti na jednotlivé části spektra). Tři měřicí rozsahy umožňují zkoumat osvětlení v širokém rozmezí světelných podmínek Technický popis čidla rozsah čidla při slabém osvětlení citlivost čidla při slabém osvětlení rozsah čidla při běžném osvětlení citlivost čidla při běžném osvětlení rozsah čidla při slunečním svitu citlivost čidla při slunečním svitu 0 lx až 600 lx 0,2 lx 0 lx až 6000 lx 2 lx 0 lx až lx 50 lx Princip fungování čidla Senzor využívá křemíkovou fotodiodu, která vytváří napětí úměrné intenzitě dopadajícího světla Možná použití čidla měření intenzity světla, studium vlivu intenzity světla na průběh fotosyntézy, sledování vlivu světla na klíčení rostlin či pohyby rostlinného těla, sledování závislosti intenzity světla na vzdálenosti od zdroje.

39 Čidlo intenzity světla Intenzita světla Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo intenzity světla Postup: Měření provádíme v rámci učebny i dalších prostor školy. Sledujeme rozdíly podle polohy učeben či místa měření v učebně. Abychom mohli porovnávat naměřená data, měříme při slunečném dnu, ale i při zatažené obloze. Můžeme sledovat i vliv osvětlení v místnosti na naměřené hodnoty. Závěr: Výsledky měření dokladují, že naměřené intenzity světla ovlivňuje stanoviště měření Vliv světla a tepla na produkci kyslíku během fotosyntézy Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo intenzity světla, bodové teplotní čidlo, čidlo oxidu uhličitého, kyslíkové čidlo, pelargónie, skleněný poklop, zdroj tepla, zdroj světla Postup: Použijeme menší pelargónii, aby se dala umístit pod skleněný poklop. Je-li zasazená v květináči nebo nádobce s hlínou, zaizolujeme ji tak, aby nebyl možný únik plynů do vnějšího okolí. Pelargónii se všemi čidly umístíme na podložku a vše přikryjemee poklopem. Zahájíme měření. Po jedné vyučovací hodině zapojíme zdroj tepla i světla a pokračujeme v měření další vyučovací hodinu. Měření lze provádět i za tmy skleněný poklop přikryjeme neprůhlednou látkou. Závěr: V průběhu fotosyntézy stoupá koncentrace O 2 a koncentrace CO 2 klesá. Teplota a dostatek světla ovlivňuje rychlost produkce kyslíku Citovaná a doporučená literatura

40 40 Čidlo UVA záření 3.10 Čidlo UVA záření (UVA-BTA) Senzor dlouhovlnného ultrafialového záření (označovaného jako UVA). Pracuje v rozsahu vlnových délek cca nm, je nejcitlivější na vlnové délky v okolí 340 nm. Záření UVA má vlnovou délku v rozsahu od 320 do 390 nm. Považuje se za méně škodlivé než středněvlnné záření UVB a nebylo prokázáno, že je pro živé organizmy zhoubné. Asi 99 % UV záření, které dopadne na zemský povrch, je ze spektrální oblasti UVA Technický popis čidla rozsah vlnových délek nm Princip fungování čidla Senzor obsahuje silikonovou fotodiodu citlivou na UV záření, která vytváří proud, úměrný intenzitě dopadajícího záření Možná použití čidla měření intenzity UV záření slunečních paprsků, srovnání intenzity UV záření za slunečných či oblačných dnů, sledování intenzity UV záření během dne, sledování vlivu UV záření na růst a vývoj rostlin.

41 Čidlo UVA záření Měření vybraných složek slunečního záření Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo intenzity světla, čidlo UVA záření, čidlo UVB záření Postup: Měření lze provádět v krátkých i delších časových úsecích. Pro srovnání je vhodné sledovat výsledky v průběhu dne, týdne, měsíce, ročních období (viz úloha 11 studijní opory k výuce environmentální výchovy). Závěr: Naměřené hodnoty slunečního záření se liší podle doby měření, intenzity slunečního svitu. Hodnoty ovlivňuje celá řada dalších faktorů Citovaná a doporučená literatura

42 42 Čidlo UVB záření 3.11 Čidlo UVB záření (UVB-BTA) Senzor středněvlnného ultrafialového záření (označovaného jako UVB). Pracuje v rozsahu vlnových délek cca 290 nm 320 nm, je nejcitlivější na vlnové délky v okolí 315 nm. Záření UVB má vlnovou délku v rozsahu od 290 do 320 nm. Při velkých intenzitách je zhoubné pro živé organizmy je totiž schopno rozkládat nebo narušovat bílkoviny či jiné životně důležité organické sloučeniny. Kromě kůže může vážně poškozovat také oči. Naštěstí je ale z převážné většiny absorbováno ozónem ve stratosféře, respektive v ozónové vrstvě. Z UV záření dopadajícího na zemský povrch připadá na UVB zhruba 1 % Technický popis čidla rozsah vlnových délek 290 nm 320 nm Princip fungování čidla Senzor obsahuje fotodiodu citlivou na UV záření ta vytváří proud úměrný intenzitě dopadajícího záření Možná použití čidla měření intenzity UV záření slunečních paprsků, srovnání intenzity UV záření za slunečných či oblačných dnů, sledování intenzity UV záření během dne, sledování vlivu UV záření na růst a vývoj rostlin.

43 Čidlo UVB záření Měření vybraných složek slunečního záření Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo intenzity světla, čidlo UVA záření, čidlo UVB záření Postup: Měření lze provádět v krátkých i delších časových úsecích. Pro srovnání je vhodné sledovat výsledky v průběhu dne, týdne, měsíce, ročních období (viz úloha 11 studijní opory k výuce environmentální výchovy). Závěr: Naměřené hodnoty slunečního záření se liší podle doby měření, intenzity slunečního svitu. Hodnoty ovlivňuje celá řada dalších faktorů Citovaná a doporučená literatura

44 44 Čidlo relativní vlhkosti vzduchu 3.12 Čidlo relativní vlhkosti vzduchu (RH-BTA) Senzor relativní vlhkosti vzduchu vhodný pro meteorologická měření Technický popis čidla provozní teplota čidla 0 C až 85 C rozsah čidla 0 % až 95 % citlivost čidla 0,04 % z aktuální relativní vlhkosti přesnost čidla ± 2-10 % z aktuální relativní vlhkosti dle pečlivé kalibrace při teplotě 25 C Princip fungování čidla Senzor využívá k určování vlhkosti polymer, jehož elektrická kapacita se mění v závislosti na vlhkosti vzduchu. Z proměnné kapacity je pak pomocí integrovaného obvodu určována aktuální relativní vlhkost Možná použití čidla měření v rámci studia místního počasí meteostanice kombinace s dalšími senzory, sledování změn vlhkosti během dne, změny počasí, sledování průběhu dýchání člověka, zvířat a rostlin, sledování vlivu vlhkosti na růst rostlin, sledování vlhkosti ve školním skleníku, teráriu, prostorách školy apod Měření vlastností vzduchu Pomůcky: PC, řídicí jednotka, barometr, čidlo oxidu uhličitého, kyslíkové čidlo, čidlo relativní vlhkosti vzduchu

45 Čidlo relativní vlhkosti vzduchu 45 Postup: Měření lze provádět jako krátkodobé nebo dlouhodobé pozorování. Pro srovnání je vhodné sledovat výsledky v průběhu dne, týdne, měsíce, ročních období (viz úloha 9 studijní opory k výuce environmentální výchovy). Závěr: Výsledky dokladují základní vlastnosti vzduchu v místě měření. Při dlouhodobém pozorování lze vysledovat kolísání a proměnlivost měřených parametrů Vlhkost vzduchu a růst plísní Pomůcky: PC, řídicí jednotka, čidlo relativní vlhkosti vzduchu, skleněné nádoby, starý chléb, voda Postup: Do skleněných nádob umístíme navlhčený starý chléb. Nádoby umístíme do míst s rozdílným prostředím tma a vlhko, tma a sucho, světlo a sucho, světlo a vlhko. Sledujeme růst plísní. Měříme relativní vlhkost vzduchu. Závěr: Výsledky potvrzují, že prostředí má vliv na růst a vývoj plísní. Ve vhodných podmínkách se plísně šíří rychleji Citovaná a doporučená literatura

46 46 Barometr 3.13 Barometr (BAR-BTA) Barometr je navržen pro studium malých změn tlaku. Využít ho lze jak při sledování počasí, tak při studiu změn tlaku s výškou výškoměr. Vzhledem k vysoké citlivosti čidla lze barometr využít i pro měření hydrostatického tlaku ověření lineární závislosti hydrostatického tlaku na hloubce, určení hustoty kapaliny Technický popis čidla citlivý prvek rozsah čidla maximální tlak, který senzor snese bez poškození SenSym SDX15A4 82,1 kpa 120,9 kpa 0,8 atm až 1,2 atm 200 kpa, 2 atm 12-bitové rozlišení 10 pa 10-bitové rozlišení (CBL 2) 34 pa kombinovaná linearita a hystereze typicky ±0,1 % (z celého rozsahu) nejvýše ±0,5 % šum typicky ±50 Pa doba odezvy 100 µs kalibrační data tlak v kpa směrnice: k 1 = 78,001 kpa/v počátek: k 0 = 819,52 kpa kalibrační data tlak v milibarech směrnice: k 1 = 78,001 mbar/v počátek: k 0 = 819,52 mbar kalibrační data tlak v atm směrnice: k 1 = 0,077 atm/v počátek: k 0 = 0,809 atm kalibrační data tlak v mm Hg směrnice: k 1 = 58,52 mm Hg/V počátek: k 0 = 614,84 mm Hg kalibrační data tlak v inhg směrnice: k 1 = 2,292 in Hg/V (hydrostatický tlak 1 palce rtuti) počátek: k 0 = 24,215 in Hg Princip fungování čidla Základním prvkem senzoru je čidlo tlaku SenSym SCX15ANC, vybavené membránou, která se v závislosti na změnách tlaku prohýbá. Tento senzor je