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

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

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

KVARTA OBSAH CHEMIE Ch-IV-1 Měření CO 2 7 Ch-IV-2 Závislost množství CO 2 na teplotě 9 FYZIKA F-IV-1 Princip činnosti alternátoru 13 F-IV-2 Střídavé napětí 15 F-IV-3 Transformátor 19 F-IV-4 Elektrolýza 21 F-IV-5 Voltampérová charakteristika diody 23 F-IV-6 Usměrnění diodou 25

KVARTA 4

KVARTA Chemie 5

KVARTA 6

KVARTA CHEMIE Ch-IV-1 Měření CO2 Autor: Radmila Poláčková Úkol: Ch-IV-1 Měření CO 2 Třída: kvarta Úkol: Určení množství CO 2 vyprodukovaného pekařskými kvasnicemi Pomůcky: datalogger LabQuest, kuželová baňka, senzor množství CO 2, lžička, odměrný válec, kádinka, sacharosa, voda, pekařské kvasnice!!! Senzor měří množství CO2 v plynném prostředí, nesmí přijít do kontaktu s kapalinou! Před vložením senzoru do baňky vždy hrdlo zevnitř důkladně osušte!!! Teorie: Pekařské droždí obsahuje obrovské množství kvasinek, které se ve vhodném prostředí a teplotě množí. Při tom přeměňují cukr na alkohol a oxid uhličitý. Jedná se tedy o alkoholové kvašení. C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Tento proces se využívá při kynutí těsta. Vzniklý ethanol se při pečení odpaří a oxid uhličitý způsobí zvětšení objemu těsta. 7

KVARTA CHEMIE Ch-IV-1 Měření CO 2 Postup: 1. Malou lžičku sacharosy rozpusťte ve 30 ml vody. 2. Roztok vlijte do kuželové baňky. 3. K dataloggeru připojte senzor plynného CO 2. 4. Senzor vložte do kuželové baňky a po ustálení (cca 3 min) zapište koncentraci CO 2 v baňce v objemových %. 5. Opatrně datalogger vysuňte a k cukernému roztoku přisypte 0,5 lžičky instantních kvasnic, promíchejte. 6. Opět vložte senzor do kuželové baňky a po cca 6 7 minutách odečtěte hodnotu koncentrace CO 2 v baňce. 8

KVARTA CHEMIE Ch-IV-2 Závislost množství CO2 na teplotě Autor: Radmila Poláčková Úkol: Třída: Ch-IV-2 Závislost množství CO 2 na teplotě kvarta Úkol: Určení závislosti množství CO 2 vyprodukovaného pekařskými kvasnicemi na teplotě Pomůcky: datalogger LabQuest, senzor množství CO 2, teploměr, 2 kuželové baňky, lžička, odměrný válec, kádinka, sacharosa, voda, pekařské kvasnice!!! Senzor měří množství CO2 v plynném prostředí, nesmí přijít do kontaktu s kapalinou! Před vložením senzoru do baňky vždy hrdlo zevnitř důkladně osušte!!! Teorie: Pekařské droždí obsahuje obrovské množství kvasinek, které se ve vhodném prostředí a teplotě množí. Při tom přeměňují cukr na alkohol a oxid uhličitý. Jedná se tedy o alkoholové kvašení. C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Tento proces se využívá při kynutí těsta. Vzniklý ethanol se při pečení odpaří a oxid uhličitý způsobí zvětšení objemu těsta. 9

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

KVARTA Fyzika 11

KVARTA 12

KVARTA FYZIKA F-IV-1 Princip činnosti alternátoru Autor: Gabriela Kokešová Úloha: Třída: F-IV-1 Princip činnosti alternátoru kvarta Úkol: Ověřte činnost alternátoru. Pomůcky: LabQuest, voltmetr, cívka (600 z), vodiče, magnet, stativ, notebook Teorie: Pokud dojde k vzájemnému pohybu cívky a magnetu, bude se na koncích cívky indukovat elektrické napětí, v uzavřeném obvodu pak vzniká indukovaný proud. Tento jev se nazývá elektromagnetická indukce. Alternátor je zařízení, které slouží k výrobě elektrického proudu na principu elektromagnetické indukce. Takto vyráběný proud je střídavý, jeho časovým průběhem je sinusoida. Postup: 1. Sestavte elektrický obvod podle následujícího schématu: Připojte voltmetr k LabQuestu. Propojte s notebookem a spusťte program LoggerPro. 13

KVARTA FYZIKA F-IV-1 Princip činnosti alternátoru Magnet zavěste tak, aby byl ve výšce jádra cívky. 2. Na liště zvolte Sběr dat a nastavte dobu trvání měření 5 s a vzorkovací frekvenci 50 Hz. 3. Kroucením namotejte šňůrku závěsu magnetu. Uvolněte šňůrku, nechte magnet roztočit a spusťte měření pomocí tlačítka. Toto měření uchovejte pomocí CTRL + L. 4. Proveďte toto měření ještě jednou, a to s cívkou bez jádra. Měření zaznamenejte do jednoho grafu (první měření uložíte pomocí CTRL + L). Porovnejte oba naměřené grafy a popište, jestli se změnily hodnoty indukovaného napětí. Naměřené grafy uložte. 5. Opakujte celé měření znovu (výsledky měření do nového grafu). Nejprve nechte magnet volně točit vzhledem k cívce s jádrem (výsledek měření uložíte pomocí CTRL + L), podruhé zrychlete otáčení magnetu. Naměřené grafy uložte. Popište, zda závisí hodnoty indukovaného napětí na rychlosti změny magnetického pole uvnitř dutiny cívky. 6. Vytiskněte grafy do protokolu. 14

KVARTA FYZIKA F-IV-2 Střídavé napětí Autor: Jiří Gončár Úkol: Třída: F-IV-2 Střídavé napětí kvarta Úkol: 1. Určete nebo vypočtěte frekvenci, periodu, amplitudu a efektivní hodnotu střídavého napětí. 2. Srovnejte naměřenou a vypočtenou hodnotu efektivní hodnoty napětí. Pomůcky: LabQuest 2, voltmetr Vernier, školní multimetr, software LoggerPro, notebook, 2 vodiče, zdroj střídavého napětí Teorie: Střídavé napětí obvykle vzniká otáčením magnetu či elektromagnetu v okolí cívky, na které se toto střídavé napětí indukuje. Střídavé napětí periodicky mění svou hodnotu a polaritu. V grafu závislosti napětí na čase je pak střídavé napětí zobrazeno sinusoidou. Pokud napětí měříme obyčejným multimetrem, pak je nutné jej nastavit na měření střídavého napětí, tedy oblast ACV. Přístroj pak ukazuje tzv. efektivní hodnotu střídavého napětí, jež má hodnotu přibližně 70 % hodnoty amplitudy, platí tedy: 15

KVARTA FYZIKA F-IV-2 Střídavé napětí Postup: 1. Voltmetr připojte k LabQuestu 2 a ten pak připojte k notebooku. Zapněte LabQuest 2 a v počítači spusťte program Logger Pro. 2. Přes Experiment a Sběr dat nastavte dobu měření 0,5 sekundy a vzorkovací frekvenci 10 000 Hz (viz obr. 2). Obr. 2 3. Pomocí dvou vodičů připojte voltmetr ke zdroji střídavého napětí a spusťte měření. 16

KVARTA FYZIKA 4. Na obrazovce se vykreslí graf sinusoidy. Z něj odečtěte patřičné hodnoty, zapište do pracovního listu a dopočítejte požadované hodnoty (obr. 4). Obr. 4 5. Nyní ke stejnému zdroji střídavého napětí připojte správně nastavený multimetr a změřte znovu hodnotu napětí. Pozn.: Multimetr bude nastavený na ACV, rozsah 20 V, použité svorky COM a V. 6. Na druhou stranu protokoly vytiskněte graf. Pozor, nesmíte přímo propojit oba póly zdroje (ani omylem), protože byste zdroj zkratovali! 17

KVARTA FYZIKA 18

KVARTA FYZIKA F-IV-3 Transformátor Autor: Jiří Gončár Úloha: Třída: F-IV-3 Transformátor kvarta Úkol: Ověřte činnost transformátoru. Pomůcky: LabQuest2, voltmetr Vernier, sada cívek, jádro transformátoru, vodiče Teorie: Transformátor je zařízení pracující na principu elektromagnetické indukce - pracuje tedy pouze na střídavý proud. Střídavý proud na primární cívce vyvolává v okolí této cívky proměnlivé magnetické pole. Toto pole se přes uzavřené jádro přenáší na sekundární cívku, na které se pak indukuje elektrické napětí. Pro napětí indukované na sekundární cívce pak platí: Postup: 1. Sestavte obvod dle schématu. Zapněte LabQuest a připojte do něj voltmetr Vernier. 19

KVARTA FYZIKA F-IV-3 Transformátor Schéma: 2. U transformátoru měňte počty závitů na primární a sekundární cívce a vždy zapište počet závitů do připravené tabulky v pracovním listu. 3. U každé varianty cívek transformátoru vždy změřte napětí na primární i sekundární cívce a obě zapište do tabulky. 4. Spočítejte transformační poměr k dvěma způsoby: a) b) Výsledky porovnejte. 20

KVARTA FYZIKA F-IV-4 Elektrolýza Autor: Jiří Gončár Úkol: Třída: F-IV-4 Elektrolýza kvarta Úkol: Ověřte, že kapalinou může procházet elektrický proud. Pomůcky: LabQuest 2, ampérmetr Vernier, vodiče, zdroj napětí, žárovka, elektrody, kádinka Teorie: Elektrický proud v kapalinách je tvořen usměrněným pohybem kladně a záporně nabitých iontů. Obyčejná vody neobsahuje téměř žádné množství iontů, a proto je nutné je do vody dodat. Jestliže vložíme kuchyňskou sůl do vody, pak disociuje na ionty Na + a Cl -. Množství iontů pak ovlivňuje velikost elektrického proudu v elektrolytu. Postup: 1. Sestavte obvod dle schématu. Do kádinky s vodou vložte obě elektrody a dbejte na to, aby se nedotýkaly. 21

KVARTA FYZIKA F-IV-4 Elektrolýza 2. Sepněte spínač a změřte elektrický proud procházející obvodem. Poté vsypte 2 lžičky soli, promíchejte a změřte elektrický proud. Měření opakujte, vždy přidejte další 2 lžičky soli (celkem 2, 4, 6 lžiček). Výsledky zapište do tabulky v pracovním listu. 22

KVARTA FYZIKA F-IV-5 Voltampérová charakteristika diody Autor: Gabriela Kokešová Úloha: Třída: F-IV-5 Voltampérová charakteristika diody kvarta Úkol: Naměřte voltampérovou charakteristiku diody v propustném směru. Pomůcky: LabQuest, dioda, LED, rezistor (50 ), voltmetr, ampérmetr, notebook, vodiče, reostat, zdroj napětí (6 V) Teorie: Dioda je polovodičová součástka, která obsahuje PN přechod. Její charakteristickou vlastností je, že propouští proud pouze jedním směrem. Toho lze s výhodou využít pro usměrnění proudu v obvodu. Postup: 1. Sestavte elektrický obvod podle následujícího schématu: Diodu zapojte v propustném směru. Při zapojení ampérmetru dávejte pozor na polaritu! Obvod zatím nepřipojujte k záporné svorce zdroje napětí, nechte si zapojení zkontrolovat vyučujícím. 23

KVARTA FYZIKA F-IV-5 Voltampérová charakteristika diody 2. Připojte ampérmetr a voltmetr pomocí LabQuestu k notebooku. Spusťte program LoggerPro. Proveďte následující nastavení: - smažte graf závislosti U = f(t) - přizpůsobte velikost grafu obrazovce a nastavte jeho osy pomocí Nastavení a Nastavení grafu Na svislou osu zvolte proud a přizpůsobte rozsah měření (0 0,4 A). Na vodorovnou osu zvolte napětí (rozsah 0 3 V). Dále zrušte možnost Spojovat body. - - pomocí tlačítka sběr dat nastavte pouze vybrané události. 3. Nastavte jezdce potenciometru tak, aby bylo na rezistoru nulové napětí. Pomocí tlačítka vynulujte ampérmetr a voltmetr. 4. Spusťte měření. Pomocí jezdce postupně zvyšujte napětí a pomocí tlačítka Zachovat ukládejte aktuální dvojici hodnot napětí proud. Proveďte alespoň 15 měření. Pozor! Napětí na diodě zvyšujte pouze do 3 V. 5. Nezapomeňte vytisknout graf do protokolu LP. 24

KVARTA FYZIKA F-IV-6 Usměrnění diodou Autor: Gabriela Kokešová Úloha: Třída: F-IV-6 Usměrnění diodou kvarta Úkol: Ověřte činnost jednocestného usměrňovače. Pomůcky: LabQuest, dioda, voltmetr, ampérmetr, notebook, vodiče, reostat, zdroj střídavého napětí (3 V) Teorie: Dioda je polovodičová součástka, která obsahuje PN přechod. Její charakteristickou vlastností je, že propouští proud pouze jedním směrem. Toho lze s výhodou využít pro usměrnění proudu v obvodu. Jednocestný usměrňovač: do obvodu střídavého proudu zapojíme diodu, proud bude procházet rezistorem vždy jen během jedné půlperiody, a to pouze jedním směrem. Dvojcestné usměrnění Graetzovo zapojení: do obvodu zapojíme čtyři diody, které usměrní proud procházející obvodem. Proud bude procházet rezistorem pouze jedním směrem během celé periody. 25

KVARTA FYZIKA F-IV-6 Usměrnění diodou Postup: 1. Sestavte elektrický obvod podle následujícího schématu: Připojte ampérmetr k LabQuestu a ten propojte s počítačem. Spusťte program Logger Pro. 2. Na liště zvolte Sběr dat a nastavte dobu trvání měření 0,1 s a vzorkovací frekvenci 10 khz. 3. Spusťte měření pomocí tlačítka. Z naměřeného grafu závislosti proudu na čase ověřte, že dioda zapojená do obvodu pracuje jako jednocestný usměrňovač. 4. Vytiskněte graf do protokolu. 26

Použitá literatura: [1] BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. Vyd. 3. Praha: Fortuna, 2001, 96 s. ISBN 80-716-8748-0. [2] OPAVA, Zdeněk. Chemie kolem nás. 1. vyd. Praha: Albatros, 1986. [3] ŠKODA, Jiří a Pavel DOULÍK. Chemie 9: pro základní školy a víceletá gymnázia: učebnice. 1. vyd. Plzeň: Fraus, 2007, 128 s. ISBN 978-807-2385-843. [4] KOLÁŘOVÁ, Růžena. Fyzika pro 9. ročník základní školy. Praha: Prometheus, 2008, 236 s. ISBN 978-807-1961-932. Zdroje fotografií na obálce: [5] BOCK, Christoph. DNA (CC BY-SA). [fotografie] In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-. Formát: 800 600 (upraveno). Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/methylace_dna#mediaviewer/soubor:dna_methylation.jpg [6] AWESOMOMAN. Fire. [fotografie] In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-. Formát: 1,944 2,896 (upraveno). Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/file:fire.jpg [7] GERALT. Flash. [fotografie]. In: Pixabay.com [online]. Formát: 1046 2584 (upraveno). Dostupné z: http://pixabay.com/en/flash-night-thunderstorm-light-68920/.

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