Obsah - ZVaSprvedyzs.zvas.cz/files/m-fyzika.pdfMěření délky Teoretický úvod Rozmry tles,...

Obsah:

OBSAH: ................................................................................................................................................................. 0

ÚVOD: ................................................................................................................................................................... 1

1. MĚŘENÍ DÉLKY ............................................................................................................................................. 2

2. MĚŘENÍ TEPLOTY. TEPLOMĚR, JEDNOTKY TEPLOTY.................................................................... 5

3. ELEKTRICKÝ PROUD A ELEKTRICKÉ NAPĚTÍ ................................................................................... 8

4. ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH ................................................................................................ 11

5. RYCHLOST POHYBU. ................................................................................................................................. 13

6. HYDROSTATICKÝ TLAK. .......................................................................................................................... 16

7. ATMOSFÉRICKÝ TLAK. ........................................................................................................................... 18

8. TLAK PLYNU V UZAVŘENÉ NÁDOBĚ, PODTLAK, PŘETLAK. ........................................................ 20

9. ZMĚNA TEPLOTY TĚLES TEPELNOU VÝMĚNOU. ............................................................................ 22

10. KALORIMETRICKÁ ROVNICE. ............................................................................................................. 24

11. MĚRNÁ TEPELNÁ KAPACITA. ............................................................................................................... 26

12. TÁNÍ. .............................................................................................................................................................. 28

13. VYPAŘOVÁNÍ. ............................................................................................................................................ 31

14. TEPELNÉ ZÁŘENÍ...................................................................................................................................... 33

15. ZVUKOVÉ JEVY. ........................................................................................................................................ 36

16. VLHKOST VZDUCHU. ............................................................................................................................... 38

17. MAGNETICKÉ POLE. ................................................................................................................................ 41

18. ELEKTROMAGNETICKÁ INDUKCE ..................................................................................................... 44

19. ELEKTRICKÝ ODPOR, ZÁVISLOST ELEKTRICKÉHO ODPORU NA VLASTNOSTECH

VODIČE, VÝSLEDNÝ ODPOR REZISTORŮ ZAPOJENÝCH ZA SEBOU A VEDLE SEBE. ............... 47

20. ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ, ULTRAFIALOVÉ ZÁŘENÍ. ..................................................... 50

LITERATURA: ................................................................................................................................................... 52

1

Úvod:

Vážení kolegové,

následující text by vám měl pomoci v začátcích práce s měřicím systémem EdLaB.

V následujících dvaceti kapitolách najdete podklady k vyučovacím hodinám fyziky, které se

dotýkají různých částí této široké vědní oblasti. Hodiny jsou připraveny tak, aby vyučující

mohl co nejefektivnějším způsobem využít systém EdLaB. Příprava pokusů, které by měly

v rámci hodiny žákům přiblížit danou problematiku, by měla trvat pouze několik minut

a některé můžete realizovat takřka okamžitě. Pro lepší vizualizaci prováděných experimentů

je vhodné připojit měřicí systém k dataprojektoru. Pokusy jsou navrženy tak, aby bylo možné

do nich aktivně zapojit žáky především v rámci klasické hodiny, případně v průběhu

laboratorních cvičení (nejlépe po stanovištích jako skupinovou práci). Kontrolní otázky

a úkoly jsou doplňkem, který lze v závislosti na průběhu vyučovací hodiny využít.

Zde naleznete základní úlohy, které můžete se svými měřícími soupravami realizovat.

Možnosti měřící soupravy jsou daleko širší a vítány jsou jakékoliv úpravy předkládaných

pokusů či příprava nových neotřelých postupů k využití měřicího systému a příslušných čidel.

Při tvorbě hodin jsem vycházel ze zdrojů, které jsou zde uvedeny a citovány, a tímto bych

chtěl také poděkovat všem autorům, od kterých jsem čerpal materiály, ať už se jedná

o materiály umístěné na serveru fyzweb.cz nebo www.vernier.cz, zejména o materiály

Mgr. Pazdery a Mgr. Jermáře.

Všechny pokusy jsou vyzkoušeny se systémem EdLaB včetně vytvořených grafů.

Řadu námětů na úlohy pro obdobné systémy jiných výrobců lze nalézt na webových stránkách

věnovaných moderní výuce fyziky (viz seznam zdrojů).

Hodně úspěchů i potěšení v kreativní práci přeje autor.

2

1. Měření délky

Teoretický úvod

Rozměry těles, případně vzdálenosti mezi tělesy, určujeme pomocí fyzikální veličiny, které

říkáme délka. Označujeme ji l.

Dříve se užívaly v různých zemích i městech různé jednotky délky, nejčastěji odvozované

z rozměrů částí lidského těla např. palec, pěst, stopa, loket apod. Koncem 18. století,

v souvislosti s rozvojem průmyslu a obchodu, se v řadě států dohodli na sjednocení délkových

jednotek. Mezinárodní dohodou byl za základní jednotku délky zvolen 1 metr.

Kromě metru užíváme v praktických měřeních jeho díly a násobky – 1 dm, 1 cm,1 mm, 1 km.

K určování délek používáme různá délková měřidla, která měří s různou přesností – pravítko,

svinovací metr, pásmo, posuvné měřítko s noniem apod.

K měření délky lze použít měřící zařízení používající světelný paprsek nebo ultrazvuk.

Praktické pokusy

Určování vzdáleností mezi tělesy pomocí ultrazvukového čidla polohy a pohybu

Pomůcky:

PC, EdLab , čidlo polohy a pohybu MB-BTD

délková měřidla, stojan, těleso na závěsu, pružina, závaží, gymnastický či jiný

vhodný míč, autíčko na dálkové ovládání

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme ultrazvukový senzor do vstupu DIGITAL JB.

2. Okamžitě můžeme měřit různé vzdálenosti od senzoru. Jejich velikost se objeví na displeji

panelu okamžité hodnoty měření v jednotkách, které si vyberete z rozbalovacího seznamu.

Spolu se žáky může nejprve odhadovat, případně měřit jinými délkovými měřidly vhodné

vzdálenosti a ty pak ověřovat senzorem. Příklad – od senzoru k tabuli, podlaze, stropu,

žákově ruce, tělu ve vhodných místech třídy (pozor na to, co čidlo detekuje – vždy první

těleso dostatečné velikosti) apod.

3. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 15 s, periodu vzorkování 100 ms.

4. Stiskem tlačítka Start měření realizujeme postupně následující možná měření:

a) určujeme vzdálenost pohybující se dlaně od senzoru

b) senzor postavíme na hranu stolu a měříme vzdálenost přibližujícího se a vzdalujícího se

žáka v uličce mezi lavicemi

c) zavěsíme těleso na závěs a měříme vzdálenost tělesa, které se kývá na závěsu

d) zavěsíme na pružinu závaží, pod závaží položíme ultrazvukový senzor a měříme vzdálenost

3

kmitajícího závaží na pružině od senzoru;

e) měříme vzdálenost jedoucího autíčka na dálkové ovládání

Po každém měření uložíme graf do souboru s vhodným názvem (menu Data Uložit data grafu

do CSV). Jednotlivé grafy pak lze otevřít (menu Data Načíst data grafu). Grafy jsou pak

dostupné na pracovní ploše a pomocí záložek je mohu podle potřeby zobrazovat a s žáky

analyzovat – zkoumat největší a nejmenší hodnoty, jak se mění vzdálenost v průběhu

časového intervalu u jednotlivých pohybů apod.)

Poznámky k realizaci:

Vyzkoušejte předem měření v konkrétní učebně, s vybranými pomůckami –

důležité jsou rozměry tělesa, jehož vzdálenost měříme. Čidlo detekuje tělesa od

velikosti přibližně dlaně. Je-li těleso příliš malé (např. míček), bude čidlo určovat

vzdálenost těles za ním.

Nejmenší vzdálenost, kterou čidlo změří je 0,2 m

Pro určování vzdáleností pohybujících se těles je možné zmenšit dobu měření.

V rámci měření je možné procvičit i převody jednotek délky

Obrázky a grafy:

4

Kontrolní otázky a úkoly:

1. Jak se nazývá základní jednotka délky ? … metr

2. Jaká délková měřidla používáme k měření rozměrů

a) knihy …pravítko

b) okenní tabule …svinovací metr

c) třídy …pásmo

d) obvodu svého pasu … krejčovský metr

3. Jaké díly a násobky metru užíváme v praxi ? …mm, cm, dm, km

4. Rozměry kterých těles určujeme

a) v mm …hřebíky, šrouby, špendlíky, tloušťka hrotů v tužkách atd

b) v m …žebřík, dům, třída, atd.

5. Jak se mění vzdálenost od senzoru v závislosti na čase při měření a) – e).

využijeme uložené grafy jednotlivých měření

5

2. Měření teploty. Teploměr, jednotky teploty.

Teoretický úvod

Teplota je fyzikální veličina, kterou používáme k popisu stavu tělesa (rychlost pohybu atomů

a molekul), označujeme ji t.

Určování teploty bez použití přístroje, podle svých pocitů, je velmi nepřesné. Proto k určení

teploty tělesa používáme teploměr. Běžné druhy teploměrů jsou založeny na změně objemu

kapaliny v závislosti na změně teploty. Např. rtuťový, lihový. Další teploměry mohou

využívat různou délkovou roztažnost dvou kovů (bimetalový), nebo změnu elektrických

vlastností (odporový).

Teplotu měříme ve stupních Celsia. Další možné jednotky: stupeň Fahrenheita. Kelvin.

(Celsius - švédský fyzik, Fahrenheit – německý fyzik, lord Kelvin – anglický fyzik)

Celsiova stupnice se užívá především v Evropě, Fahrenheitova v USA.

Celsiova stupnice má dva základní body :

- teplotu tajícího ledu … 0°C - teplotu varu vody … 100°C

6

Praktické pokusy

Odhad teploty a pak ověření odhadu teploměrem. Ověření teploty tajícího ledu. Ověření

teploty varu vody. Určení změny teploty při ohřívání nebo ochlazování tělesa.

Pomůcky:

PC, EdLaB, teploměry, kádinky, případně PET lahve, varná konvice, lihový kahan,

stojan,

voda, led, sůl

Postup práce:

1. Do několika kádinek či nádob z PET lahví připravíme vodu o různé teplotě – první

přidáme led a u ostatních postupně více a více horké vody z varné konvice.

2. K aktivovanému systému EdLaB připojíme teploměr (případně dva teploměry).

3. Okamžitě můžeme měřit teplotu v nastavených jednotkách. Nejdříve zkusíme odhadnout

teplotu a potom ověříme pomocí teploměru teplotu různých těles:

a) vzduch v místnosti (u podlahy, uprostřed, u stropu)

b) vzduch za oknem

c) teplá voda

d) studená voda

e) horká voda

f) tající led

g) tající led a sůl

h) vařící voda

i) teplota lidského těla

atd.

4. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 1 min, periodu vzorkování 2s.

Po stisku tlačítka Start měření, uchopíme senzor teploměru do ruky (zahřívat lze i dechem)

a pozorujeme změnu teploty. (případně po 30 s teploměr pustíme a necháme ochlazovat).

5. Dále můžeme sledovat změny teploty při zahřívání či ochlazování vody.

Nastavíme v panelu měření Délku měření na 6 min, periodu vzorkování 2s.

Senzor teploměru umístíme do kádinky se studenou vodou a začneme ohřívat lihovým

kahanem. Stiskem tlačítka Start měření měříme teplotu vody v průběhu 3 minut (ohřívání).

Pak zahasíme kahan a měříme další 3 minuty (ochlazování).

Jiné varianty:

Sledujeme ochlazování vody různých teplot, vody se solí, v různých nádobách, po přidání

ledu apod. Délku měření a periodu vzorkování upravíme podle potřeby.

7

Po každém měření uložíme graf do souboru s vhodným názvem (menu Data .. Uložit data

grafu do CSV). Jednotlivé grafy pak lze otevřít (menu Data .. Načíst data grafu). Grafy jsou

pak dostupné na pracovní ploše a pomocí záložek je mohu podle potřeby zobrazovat a s žáky

rozebírat).

6. Zapojte do EdLaBu dva teploměry. Vezměte dvě nádoby s vodou o různých teplotách –

studená a teplá. Změřte jejich teploty a zapište např. na tabuli. Nastavte v panelu měření

Délku měření na 2 min, periodu vzorkování 2 s.

Přelijte vodu z první nádoby do druhé a současně vložte teploměr z první nádoby do druhé.

Stiskněte tlačítko Start měření.

Po ukončení měření nechte žáky popsat, co viděli. Nechte žáky z grafu určit teplotu po

smíchání.


Vyzkoušejte předem měření s připravenými nádobami – zejména manipulaci

s vodou různých teplot.

Máte-li možnost, nechejte měřit s vhodnou periodou teplotu vzduchu v místnosti či

za oknem v průběhu další vyučovací hodiny, dne.

Obrázky a grafy:


1. V jakých jednotkách udáváme teplotu? … 1 °C

2. Které jsou základní body Celsiovy stupnice? … teplota varu vody, teplota tajícího ledu

3. Jak se mění teplota místnosti? …u stropu vyšší než u podlahy

4. Jak se mění teplota vody při zahřívání a ochlazování? … nejprve roste, potom klesá

5. Jak se mění teplota při smíchání dvou vzorků různé teploty? … studenější voda se zahřívá,

teplejší voda se ochlazuje

8

3. Elektrický proud a elektrické napětí

Teoretický úvod

Elektrický proud je uspořádaný pohyb nabitých částic.

Elektrický proud poznáme podle jeho účinků – pohybových, světelných, tepelných.

Elektrický proud se označuje písmenem I. Jeho jednotkou je 1 ampér (A).

Elektrické napětí se označuje písmenem U. Jednotkou elektrického napětí je 1 volt (V).

Elektrický proud měříme ampérmetrem a napětí voltmetrem.

Ampérmetr zapojujeme sériově s žárovkou. Voltmetr zapojujeme k žárovce paralelně.

Praktické pokusy

Určení proudu procházejícího žárovkou. Změření napětí na žárovce.

Změna jasu žárovky při různých hodnotách proudu (účinky proudu).

Pomůcky:

PC, EdLaB, ampérmetr, voltmetr

plochá baterie, reostat 100 Ω, žárovka 3,5 V / 0,3 A, případně více kusů i druhů

Schema:

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme ampérmetr a voltmetr do analogových

vstupů.(z J1 .. J6). .Sestavíme schéma podle nákresu.


Před začátkem měření můžeme oba měřicí přístroje vynulovat. Displeje měřících zařízení

umístíme pod sebe v plovoucích oknech.

3. Reostat 100 Ω nastavíme na minimální hodnoty odporu (napětí).

9

4. Po stisku tlačítka Start měření reostatem pomalu (20 s) zvětšujeme proud (směrem k max.)

až ho nastavíme do krajní polohy (Hodnota proudu by neměla překročit 0,6 A. ). V grafech se

ukáže průběh napětí a proudu v časovém intervalu. Pokud nastavíme spuštění ampérmetru

v závislosti na chodu voltmetru, bude v grafu zobrazena závislost proudu na napětí.

5. Opakujeme měření pro různé žárovky.

Vyslovíme závěr (při jaké hodnotě proudu žárovka začíná svítit).


Podle místních podmínek lze využít k sestavení obvodu stavebnice i demonstrační

panely, různé zdroje bezpečného stejnosměrného napětí, reostaty a žárovky.

Obrázky a grafy:

10


1. Jak poznáš, že elektrickým obvodem prochází elektrický proud? ..svítí žárovka

2. V jakých jednotkách měříme elektrické napětí? … ve voltech

3. V jakých jednotkách měříme elektrický proud? … v ampérech

4. Žárovku připojíme k baterii, ale nesvítí, jaké mohou být příčiny? ... rozpojený obvod,

baterie neposkytuje dostatečné napětí

5. Jak se mění jas žárovky, když zvyšujeme napětí? …jas se zvyšuje

Co můžeme říci o velikosti proudu v této situaci? … proud roste

11

4. Elektrický proud v kapalinách

Teoretický úvod

Má-li procházet látkou elektrický proud, musí jí procházet elektrický náboj. V kovech náboj

přenášejí volné elektrony. V kapalinách přenášejí náboj ionty. V čisté vodě je volných iontů

málo, proto je špatným vodičem. Ionty vznikají v kapalinách nejčastěji při rozpouštění solí

a kyselin. Proto stačí ve vodě rozpustit dostatečné množství např. kuchyňské soli.

Kuchyňská sůl je sloučeninou sodíku a chloru. V atomu sodíku je několik elektronů. Jeden

z nich je vázán k jádru jen velmi slabě, snadno je od atomu odtržen a vzniká kladný iont

sodíku. Atom chloru k sobě tento elektron přitáhne a vzniká záporný iont chloru. Když sůl

rozpustíme ve vodě, pohybují se ionty sodíku i chloru volně mezi molekulami vody. Po

připojení napětí k elektrodám vloženým do slané vody se začnou ionty pohybovat – slanou

vodou prochází elektrický proud.

Praktické pokusy

Ověření vzniku iontů rozpouštěním soli ve vodě měřením elektrického proudu.

Pomůcky:

PC, EdLaB, ampérmetr

zdroj proudu a napětí, žárovka, vanička a elektrody, voda,sůl.

Schema:

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme ampérmetr do analogového vstupu.(z J1 .. J6).

Sestavíme schéma podle obrázku, spínač je rozpojen.

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 5 min, periodu vzorkování 500 ms..

Před začátkem měření můžeme měřící přístroj vynulovat.

12

3. Stiskneme tlačítko Start měření, po 10 sekundách nasypeme sůl do vody. Pozorujeme,

jak se mění proud při rozpouštění soli v roztoku vody a soli, jak vznikají ionty.

Vyslovíme závěr.


Stejné měření můžeme provést s různým množstvím soli – 1 lžička, 2 lžičky,…

Lze zkusit různé druhy materiálů elektrod – Fe, Cu, Zn, C, Pb,…

Lze vyzkoušet různé soli, případně cukr

Obrázky a grafy:


1. Jaké částice tvoří elektrický proud v kapalině? … kladné a záporné ionty

2. Proč čistá voda špatně vede elektrický proud? … je v ní málo volných iontů

3. Jaké ionty se uvolňují v roztoku kuchyňské soli? … kladné ionty sodíku a záporné ionty

chloru

4. Co se děje v roztoku soli, když jím prochází elektrický proud? … kladné ionty sodíku se

pohybují k záporné elektrodě, záporné ionty chloru k elektrodě kladné

5. Jakou jinou látku mohu ve vodě rozpustit, aby lépe vedla proud? …např. cukr

13

5. Rychlost pohybu.

Teoretický úvod

Rychlost v je dráha, kterou urazí těleso za jednotku času. Rychlost měříme v metrech za

sekundu

s

m nebo v kilometrech za hodinu

h

km . U rovnoměrného pohybu se rychlost

nemění, u nerovnoměrného pohybu se rychlost mění (u zrychleného se zvětšuje,

u zpomaleného se zmenšuje).

Průměrná rychlost je podíl celkové dráhy s a celkové doby t, za kterou těleso dráhu urazilo.

Průměrná rychlost určená ve velmi krátkém časovém úseku se nazývá okamžitá rychlost.

Měříme ji tachometrem.

Praktické pokusy

Změření rychlosti různých těles pomocí čidla polohy a pohybu.

Pomůcky:

PC, EdLaB, čidlo polohy a pohybu MB-BTD

stojan, těleso na závěsu, pružina, závaží, gymnastický či jiný

vhodný míč, autíčko na dálkové ovládání

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme čidlo polohy a pohybu do vstupu

DIGITAL JB.

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 5 – 10 s, periodu vzorkování 100 ms

3. Stiskem tlačítka Start měření realizujeme postupně následující možná měření:

a) pohybujeme dlaní (knihou) nad senzorem tam a zpět – měříme rychlost pohybu dlaně

k senzoru (lze realizovat i ve vodorovném směru)

b)můžeme ultrazvukový senzor postavit svisle na hranu stolu a pak se přibližovat a následně

se vzdalovat od senzoru – měříme rychlost chůze člověka (0,2 m až 6 m)

c)zavěsíme těleso na závěs a měříme rychlost tělesa, které se kývá na závěsu kyvadla

d)zavěsíme na pružinu závaží, pod závaží položíme čidlo a měříme rychlost kmitajícího

závaží na pružině nad senzorem

e) vezmeme senzor do ruky (míří svisle dolů), pod něj vložíme gymnastický míč (nebo jiný

vhodný) a pustíme míč k zemi – měříme rychlost padajícího míče od senzoru (zde je vhodné

nastavit kratší dobu měření)

f) měříme rychlost jedoucího autíčka na dálkové ovládán

Po každém měření uložíme graf do souboru s vhodným názvem (menu Data .. Uložit data

grafu do CSV). Jednotlivé grafy pak lze otevřít (menu Data .. Načíst data grafu). Grafy jsou

14

tak dostupné na pracovní ploše a pomocí záložek je mohu podle potřeby zobrazovat, s žáky

rozebrat – zkoumat největší a nejmenší hodnoty, který pohyb se blíží rovnoměrnému apod.)


Vyzkoušejte předem měření v konkrétní učebně, s vybranými pomůckami –

důležité jsou rozměry tělesa, jehož vzdálenost měříme. Čidlo detekuje tělesa od

velikosti přibližně dlaně ve vzdálenosti větší než 0,2 m.

podle vybavení školy je možné použít např. vozíčkovou dráhu apod.

Obrázky a grafy:

15


1. V jakých jednotkách určujeme rychlost tělesa? …m/s, km/h

2. Jak se mění rychlost při rovnoměrném pohybu tělesa? … nemění se

3. Jak se mění rychlost při zrychleném pohybu? …zvětšuje se

4. Jak se mění rychlost při zpomaleném pohybu? … snižuje se

5. Jaký druh pohybu znázorňují jednotlivé grafy? … podle jednotlivých průběhů,

rovnoměrný nebo nerovnoměrný, zrychlený nebo zpomalený

16

6. Hydrostatický tlak.

Teoretický úvod

Působení gravitační síly na kapalinu v klidu se projevuje tím, že kapalina o hustotě ρ tlačí

nejen na dno, ale i stěny nádoby tlakovou silou Fp .Tato síla vyvolává v hloubce h

hydrostatický tlak ph.

Hydrostatický tlak ph v hloubce h je roven součinu hloubky h, hustoty kapaliny ρ a tíhového

zrychlení g.

ghph

Hydrostatický tlak ph v hloubce h je nezávisí na tvaru nádoby.

Praktické pokusy

Změření hydrostatického tlaku v různých hloubkách.

Pomůcky:

PC, EdLaB, tlakové čidlo,

odměrný válec s měřítkem (případně upravená PET lahev)

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme čidlo tlaku do analogového vstupu.(z J1 .. J6).

K senzoru přišroubujeme hadičku, kterou pak ponořujeme do vody.


3. Po stisku tlačítka Start měření ponořujeme pomalu rovnoměrným pohybem konec hadičky

do vody v odměrném válci a zpět.

4. Čidlo můžeme použít jako digitální tlakoměr - pouze zaznamenávat tlak pro jednotlivé

hloubky a ověřovat závislost hydrostatického tlaku na hloubce. Hadičku můžeme izolepou

přilepit na pravítko z umělé hmoty tak, že začátek hadičky bude na „nule“ pravítka. Tím

můžeme měřit délku ponoření hadičky – hloubku v kapalině.

17

5. Na grafu s žáky rozebereme změnu hodnoty tlaku v průběhu měření.

6. Stejné měření můžeme provést pro jinou kapalinu.

7. Obdobným měřením lze ověřit nezávislost tlaku v kapalině na směru.

8. Dále můžeme změřit hydrostatický tlak ve stejných hloubkách různě tvarovaných nádob.

V nádobách je stejná kapalina.


POZOR na manipulaci s vodou – nesmí se dostat do senzoru!!!

Obrázky a grafy:


1. Na čem závisí velikost hydrostatického tlaku ? … na hustotě kapaliny, hloubce, tíhovém

zrychlení

2. Jak se mění hydrostatický tlak při zvětšování hloubky? … zvětšuje se

3. Jak se mění hydrostatický tlak ve stejné hloubce v různých kapalinách? …zvětšuje se

s hustotou

4. Jak je přibližně velký hydrostatický tlak ve hloubce 2m pod hladinou vody? … 20 kPa

5. Proč je hráz přehrady u dna širší než u hladiny? … u dna působí větší hydrostatický tlak

18

7. Atmosférický tlak.

Teoretický úvod

Horní vrstvy atmosféry Země působí v gravitačním poli Země tlakovou silou na dolní vrstvy

atmosféry. Tím vzniká tlak vzduchu na zemský povrch, kterému říkáme atmosférický tlak

a značíme ho pa. Na libovolnou plochu o obsahu S v atmosférickém vzduchu působí pak

kolmo tlaková síla Fp = pa.S.

Atmosférický tlak měříme rtuťovým tlakoměrem (barometrem). Hodnota atmosférického

tlaku závisí na počasí a na nadmořské výšce. V malých výškách nad úrovní mořské hladiny se

zmenšuje atmosférický tlak přibližně o1,1 kPa na 100m výšky.

Praktické pokusy

Určení změn tlaku v závislosti na výšce a v průběhu času.

Pomůcky:

PC, EdLaB, barometr

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme barometr do analogového vstupu.(z J1 .. J6).

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 20 s, periodu vzorkování 500 ms .

3.Barometr umístíme těsně nad povrchem země.

4. Po stisku tlačítka Start měření. Pomalu zvedáme senzor (v místnosti) vzhůru ke stropu

(místnosti) a případně zase dolů.

5.Provedeme analýzu naměřených hodnot.

6. Můžeme provést delší měření na jednom místě. Máme-li možnost dopředu umístit např.

počítač s čidlem v dané učebně, můžeme Délku měření nastavit na 1den (či více dle možností)

a periodu vzorkování 5 min (300s).

Spolu se žáky vyhodnotíme předem připravený graf.


Jak závisí změna tlaku na nadmořské výšce, můžeme zkoumat také při pohybu na

schodech nebo ve výtahu. Měření lze realizovat pomocí notebooku v různých

místech budovy, případně při vycházce v různých místech okolí školy.

19

Obrázky a grafy:


1. Na čem závisí velikost atmosférického tlaku? … na počasí, na nadmořské výšce

2. Čím měříme atmosférický tlak? … barometrem

3. Jak se mění atmosférický tlak v místnosti? … s rostoucí výškou klesá

4. Kde bude větší atmosférický tlak, ve sklepě nebo na půdě budovy? … ve sklepě

5. Jak lze využít změnu atmosférického tlaku v závislosti na výšce? … např. ve výškoměru

20

8. Tlak plynu v uzavřené nádobě, podtlak, přetlak.

Teoretický úvod

Plyn má v nádobě podtlak, jestliže je tento tlak nižší než atmosférický. Plyn má v nádobě

přetlak, jestliže je tento tlak větší než atmosférický.

Příklady přetlaku plynu v praktických situacích:

v duši jízdního kola či automobilu, v míči, v ocelových lahvích potápěčů

Příklady podtlaku v praktických situacích:

pod víčkem zavařovacích sklenic, které jsou zahřáté k varu a pak ochlazeny, pod přitištěným

zvonem na uvolňování výtoků umyvadel, v sacích pumpách

Praktické pokusy

Změření přetlaku, podtlaku plynu v nádobě.

Pomůcky:

PC, EdLaB, barometr, tlakové čidlo, PET láhev, dětský nafukovací balonek

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme tlakové čidlo do analogového vstupu.

(z J1 .. J6). K senzoru připevníme injekční stříkačku s nastavenou hodnotou objemu „10 ml“.

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 60 s, periodu vzorkování 500 ms .

Čidlo vynulujeme.

3. Čidlo umístíme těsně nad povrchem země.

4. Po stisku tlačítka Start měření, tlakem na píst vyvoláváme přetlak a podtlak .

5. Měření uložíme.

6. K senzoru připojíme (našroubujeme) skleněnou baňku naplněnou vzduchem. Teplota plynu

uvnitř je stejná jako v okolí. Opakujeme předchozí měření s tím, že baňku (tím i plyn)

ohříváme v teplé vodě a ochlazujeme ve studené (kostky ledu) vodě. Pozorujeme, jak se mění

tlak.

7. Vyslovíme závěr – kdy nastává přetlak a kdy podtlak.

21


Další možnosti měření:

Místo skleněné baňky použijeme PET láhev, případně dětský nafukovací balónek.

Místo čidla tlaku použijeme barometr.

Připojíme k senzoru PET láhev. Mačkáme láhev a měříme hodnotu přetlaku.

Ohřejeme plyn v PET láhvi (horkou vodou). Uzavřeme PET láhev a ochlazujeme

láhev (plyn). Měříme podtlak uvnitř láhve.

Obrázky a grafy:


1. Charakterizuj přetlak plynu v nádobě? … tlak plynu je větší než atmosférický

2. Charakterizuj podtlak plynu v nádobě? … tlak plynu je menší než atmosférický

3. Jak můžeme přetlak a podtlak vytvořit? … např. zahříváním nebo ochlazením plynu

v nádobě

4. Kde se přetlak a podtlak využívá? … přetlak – v pneumatikách automobilů, podtlak -

v sací pumpě atd.

5. Změř přetlak v balónku. Jak se mění s průměrem balónku? ... s rostoucím průměrem roste

22

9. Změna teploty těles tepelnou výměnou.

Teoretický úvod

Částice tělesa s vyšší teplotou předávají při nárazech část své pohybové energie částicím

tělesa s nižší teplotou. Vnitřní energie tělesa s vyšší teplotou se snižuje, vnitřní energie tělesa

s nižší teplotou se zvyšuje. Říkáme, že změna vnitřní energie obou těles proběhla tepelnou

výměnou. Děj probíhá tak dlouho, dokud se teploty obou těles nevyrovnají. Příklad – hrnek

a horký čaj v něm, lžička v horkém čaji – tepelná výměna probíhá i mezi dvěma částmi

jednoho tělesa s různou teplotou. Tepelná výměna mezi dvěma dotýkajícími se tělesy nebo

dvěma částmi jednoho tělesa se nazývá tepelná výměna vedením.

Látky, u kterých probíhá tepelná výměna vedením rychle,nazýváme tepelné vodiče (např.

kovy)

Látky, jejichž částicová stavba umožňuje jen pomalou tepelnou výměnu vedením,nazýváme

tepelné izolanty.

Tepelná výměna v běžných podmínkách probíhá v otevřené soustavě, takže dochází k úniku

tepla (ztráty). Velikost tepelných ztrát závisí na způsobu izolace soustavy.

Praktické pokusy

Určení změny teploty vody při tepelné výměně s okolím za různých podmínek

Pomůcky:

PC, EdLaB, teploměry

kalorimetr, kádinky, hrníčky, varná konvice, voda, lžička

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme teploměry do analogových vstupů.(z J1 .. J6).

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 3 min, periodu vzorkování 1 s .

3. Připravíme jednotlivé pomůcky, do otevřené nádoby a kalorimetru nalijeme odměřené

stejné množství horké vody, kterou si připravíme ve varné konvici. Kalorimetr uzavřeme

víkem. Teploměr 1 umístíme do kalorimetru (otvorem ve víku). Teploměr 2 umístíme do

otevřené nádoby.

4. Po stisku tlačítka Start měření, sledujeme průběh změny teploty v jednotlivých nádobách..

5. Po dokončení měření analyzujeme se žáky zaznamenaný průběh změny teploty.

23


Další možnosti měření:

Doplňující pokusem může být provedení tohoto měření při různých okolních

podmínkách (různá teplota okolí), případně s různými počátečními teplotami vody.

Měření provádíme s nádobami různých tvarů z různých materiálů (vždy s podobnou

počáteční teplotou a množstvím vody), můžeme vložit do nádoby lžičku apod.

V případě dostatečného množství pomůcek můžeme zadat žákům tyto úkoly pro

skupinovou práci – každá skupina zkoumá jinou situaci – porovnávají průběh

Případně lze měřit v některých skupinách klasickými měřidly – vycházet ze stejných

teplot a množství vody, pak porovnávat po stejné době koncové hodnoty teploty

Obrázky a grafy:


1. Popiš, co se děje při tepelné výměně.? … teplejší těleso předá část své vnitřní energie

tělesu chladnějšímu.

2. Které fyzikální veličiny charakterizují tepelnou výměnu? … vnitřní energie (teplo)

3. Proč jsou některé lžičky opatřeny dřevěným nebo plastovým zakončením? … aby je bylo

možné použít na manipulaci s horkou kapalinou

4. Jak lze ochladit horký čaj v hrnku bez přelévání do jiné nádoby? … např. mícháním

kovovou lžičkou

5. Do jaké nádoby naliješ čaj, aby zůstal co nejdéle teplý? … např. tzv. termohrnek .

uzavřený, dobře izolovaný

24

10. Kalorimetrická rovnice.

Teoretický úvod

Při tepelné výměně mezi dvěma tělesy v soustavě tepelně izolované od okolí platí

kalorimetrická rovnice: Q1 = Q2.

Po dosazení:

c1m1(t-t1) = c2m2(t2-t).

c1,m1,t1 … měrná tepelná kapacita, hmotnost, počáteční teplota studenějšího tělesa

c2,m2,t2 … měrná tepelná kapacita, hmotnost, počáteční teplota teplejšího tělesa

Praktické pokusy

Ověření platnosti kalorimetrické rovnice

Pomůcky:

PC, EdLaB, dva teploměry

dvě upravené PET láhve (případně kalorimetry), varná konvice, voda,

Postup práce:


2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 2 min. , periodu vzorkování 1 s

3. Do nádoby z PET láhve připravíme teplou vodu o hmotnosti m1 a teplotě t1. Do druhé

nádoby z PET láhve připravíme studenou vodu o hmotnosti m2 a teplotě t2. Hmotnosti určíme

pomocí digitální váhy. Do první nádoby vložíme první teploměr a do druhé nádoby druhý

teploměr. Teploměry můžeme upevnit do stojanů.

4. Po stisku tlačítka Start měření, přeložíme teploměr z nádoby se studenou vodou do nádoby

s teplou vodou a současně přelijeme studenou vodu do teplé a počkáme, až nastane

rovnovážný stav. Ukončíme měření.

5. Z grafů odečteme teploty před tepelnou výměnou (t1 a t2) a po tepelné výměně (t). Určíme

teplo odevzdané Q1 a teplo přijaté Q2. Porovnáme výsledné hodnoty. Vyslovíme závěr.


Měření lze vyzkoušet i pro jedno kapalné a jedno pevné těleso (kovový váleček

s teplotou okolního vzduchu)

25

Máme-li k dispozici dostatečné množství pomůcek, můžeme toto měření realizovat

jako laboratorní práci pro skupiny žáků, případně kombinovat měření klasickými a

digitálními pomůckami.

Obrázky a grafy:


1. Které fyzikální veličiny charakterizují tepelnou výměnu? … m,c,t

2. Na čem závisí teplo, které přijme chladnější voda při této tepelné výměně? … na

hmotnosti vody a rozdílu počáteční a koncové teploty.

3. Proč nemusí být teplo přijaté studenou vodou a teplo odevzdané vodou teplou úplně

stejné? … dochází ke ztrátám tepla – soustava není dokonale izolována od okolí

4. Jak můžeme omezit tepelné ztráty? … použitím lépe izolovaných nádob (kalorimetr)

26

11. Měrná tepelná kapacita.

Teoretický úvod

Přijmou-li dvě tělesa z různých látek o stejné hmotnosti stejné teplo, změní se jejich teplota

různě.

Změna teploty daného množství látky je přímo úměrná množství dodaného tepla. Konstanta,

vyjadřující kolik tepla je třeba dodat jednomu kilogramu dané látky, aby změnila

teplotu o jeden kelvin (stupeň Celsia), se nazývá měrná tepelná kapacita; označuje se c.

Tato veličina je charakteristická pro každou látku.

Tabulková hodnota měrné tepelné kapacity vody je 4 186 Jkg-1

K-1

, lihu 2 460 Jkg-1

K-1

,

glycerolu 2390 Jkg-1

K-1

.

Praktické pokusy

Srovnání měrné tepelné kapacity vody a lihu (glycerolu)

Pomůcky:

PC, EdLaB, dva teploměry

dvě stejné kádinky, voda, technický líh nebo glycerol, digitální váhy

Postup práce:


2. Na plotýnku vařiče postavíme jednu kádinku s vodou a druhou s lihem. V obou kádinkách

je třeba mít stejnou hmotnost dané látky (nikoliv objem). To zajistíme použitím digitálních

vah nebo přepočtem na objem (hustota vody 1000 kg.m-3

, hustota lihu790 kg.m-3

).

Obě látky musí mít stejnou počáteční teplotu (používáme proto odstátou vodu).

3. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 3 min., periodu vzorkování 1 s (event.2s, 5s)

pro oba teploměry. Displeje měřících zařízení umístíme pod sebe v plovoucích oknech.

Oba teploměry by měly na vzduchu ukazovat stejnou teplotu (pokud ne, je vhodné je

kalibrovat – viz manuál EdLaB). Do kádinek pak ponoříme oba teploměry.

4. Zapneme vařič, stiskneme tlačítko Start měření, sledujeme změnu teploty obou látek.

5. Vzhledem k nižší měrné tepelné kapacitě lihu je výsledná teplota (po dodání stejného

množství tepla) u lihu vyšší než u vody.


Pozor u lihu na teplotu varu – cca 70°C. Při experimentu se této teplotě nesmíme

přiblížit, mohlo by dojí k vyvření lihu na plotýnku vařiče, případně k jeho vznícení!

27

Je vhodné použít vodu i líh z lednice, abychom začínali na nižší startovací teplotě

a nemuseli se varu lihu obávat.

Místo lihu lze použít glycerol, u kterého nehrozí vzplanutí

Obě kádinky na plotýnku umístíme symetricky, aby bylo teplo dodáváno stejným

způsobem lihu i vodě.

V úvodní části grafu může být oblast, kde se plotýnka sama zahřívala. Pokud chceme

tuto oblast odstranit, je vhodné spustit měření až v okamžiku, kdy na jednom

teploměru zpozorujeme nárůst teploty.

Během měření dbáme, aby se ani jeden teploměr nedotýkal dna ani bočního skla

kádinky. Kapalinu můžeme pomocí teploměrů průběžně míchat.

Obrázky a grafy:


1. Na čem závisí, kolik tepla při tepelné výměně přijme nebo odevzdá těleso? … m, c,

počáteční a koncová teplota

2. Která látka z použitých bude mít po předvedeném ději vyšší teplotu … líh (glycerol)

3. Proč nemají látky stejnou teplotu? … mají různou c

4. Která z použitých látek má větší měrnou tepelnou kapacitu? … voda

5. Jak se projevuje při tepelné výměně větší měrná tepelná kapacita vody? … k ohřátí

potřebuje velké množství tepla, při ochlazování velké teplo vydá, využití např.

v ústředním topení

28

12. Tání.

Teoretický úvod

Pevné skupenství látky se mění na kapalné. Pro tuto přeměnu za stálé teploty je třeba tělesu

dodat skupenské teplo tání. Toto teplo je potřebné k uvolnění částic z rovnovážných poloh

v krystalu. Různé krystalické látky mají různé teploty tání a různá měrná skupenská tepla tání.

Krystalické látky tají při určité teplotě tání, beztvaré (amorfní) při zahřívání postupně

měknou, až se změní v kapalinu (nemají určitou teplotu tání).

Praktické pokusy

Rozpouštění kostek ledu v obyčejné a slané vodě (závody kostek ledu)

Pomůcky:

PC, EdLaB, 4x teploměr

dvě stejné skleničky (kádinky), větší nádoba na vodu ( PET láhev, džbánek),

kuchyňská lžíce

kuchyňská sůl (asi 3 lžíce na 100 ml vody), voda

formička na ledové kostky, mraznička, voda, potravinářské barvivo

Postup práce:

Příprava:

Je potřeba několik hodin předem (nejlépe přes noc) začít připravovat ve formičce na led

ledové kostky (či jiné tvary). Kromě obyčejných kostek z čisté vody lze připravit také

obarvené kostky. Do sklenice s vodou stačí přidat trochu potravinářského barviva, zamíchat

a obarvenou vodu rozlít do formičky.

Připravíme dvě sklenice s vodou o přibližně pokojové teplotě – jedna sklenice s obyčejnou

vodou, druhá s nasyceným nebo téměř nasyceným roztokem kuchyňské soli (na dně může

zůstat sůl nerozpuštěná).

Do velké nádoby nalijeme vodu o přibližně pokojové teplotě. První skleničku naplníme asi do

tří čtvrtin vodou z velké nádoby. Přidáme kuchyňskou sůl (dvě až tři lžíce na 100 ml vody) a

mícháme asi půl minuty. Pak doplníme obě sklenice kousek pod okraj (0,5 cm až 2 cm) vodou

z velké nádoby.

Nyní bychom měli mít stejná množství stejně teplé vody – obyčejné a velmi slané.

Před provedením:

Nejprve vysvětlíme žákům, co budeme dělat. Můžeme je nechat tipnout si, která kostka se

dříve rozpustí, případně zda to dopadne nerozhodně. Počty jednotlivých tipů lze zaznamenat

na tabuli. Žáci mohou své tipy obhajovat, či uvádět argumenty proti.

Dbáme, aby využívali svých dosavadních znalostí – i v případě, že jste ještě podrobnosti této

látky neprobírali, žáci určitě využijí vlastní mimoškolní zkušenosti.

29

Vysvětlení:

Téměř vždy se rozpustí dříve kostka v obyčejné vodě. To proto, že hustota vody závisí na

teplotě. V neosolené vodě odtávající studená voda klesá ke dnu a kostka ledu na hladině je

stále obklopena teplou vodou. Pokud experiment provádíme s obarvenými kostkami ledu,

vidíme jak studená barevná odtávající voda proudí ke dnu v „úzkých proudech“.

Naproti tomu hustota teplé slané vody je větší než hustota teplé i studené neslané vody (pokud

je dobře „solená“). Studená odtávající voda se proto drží u hladiny a brzy vytvoří kolem

kostky ledu bazének studené vody. Kostka tedy taje pomaleji.

Žáci (i dospělí) často tipují, že dříve roztaje kostka ve slané vodě, argumentují přitom

domnělou chemickou reakcí mezi ledem a solí, případně tím, že „se přece solí silnice, aby led

na nich roztál“. Následně lze udělat stejný experiment také s cukrem, ten je ve vodě ještě

výrazně rozpustnější než sůl. Tedy chemické složení tento jev neovlivní.

Provedení:


2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 5 min., periodu vzorkování 1 s

3. Vezmeme dvě kostky ledu a vložíme je obě současně do skleniček. Vložíme teploměry do

kádinek. Stiskneme tlačítko Start měření.

Nemícháme, nejprve jen sledujeme, která kostka se rozpustí dříve a která později.

Led se téměř jistě rozpustí mnohem dříve v neosolené vodě, typicky do pěti minut. Teprve

za dalších pět až deset minut se rozpustí led i ve vodě osolené.

Během objevování příčin toho, proč experiment dopadl tak, jak dopadl, rozebereme změřenou

teplotu u dna a u povrchu v obou skleničkách. Pokud použitá čidla nejsou dostatečně bodová,

je nutné použít dostatečně vysoké nádoby.


Pokud nemáme více bodových čidel, úplně stačí použít jeden teploměr na každou

nádobu a proměřit všechna čtyři místa (u dna i u povrchu v obou skleničkách)

postupně.

Máte-li více čidel, můžete je zapojit do počítače současně a promítat žákům více teplot

najednou

Pokus můžeme opakovat, v prvním pokusu bez měření teplot, nebo měříme jen vodu

bez soli (dvěma teploměry), v druhém pokusu měříme vodu osolenou.

Použijeme pokud možno vysoké úzké sklenice a dostatečně velké kostky ledu

Připravíme si skleničky i kostky ledu stejné (tvar i velikost);

Během rozpouštění se můžeme věnovat se třídou jiné činnosti, jen kostky chvílemi

sledujeme a až bude jedna z nich skoro rozpuštěná, vrátíme se k tomuto experimentu

30

Obrázky a grafy:


1. V které kapalině roztaje kostka ledu rychleji? … v nesolené vodě

2. Jaký rozdíl je mezi teplotou solené vody u dna a u povrchu? … u povrchu je nižší.

3. Jaký rozdíl je mezi teplotou neosolené vody u dna a u povrchu? … u povrchu je vyšší.

4. Co způsobuje tyto rozdíly? … vyšší hustota teplé slané vody

31

13. Vypařování.

Teoretický úvod

Vypařování je přeměna látky v kapalném skupenství na látku ve skupenství plynném.

Z kapaliny vzniká pára. Kapalina se vypařuje za každé teploty. Rychlost vypařování ovlivňuje

teplota okolního prostředí, velikost povrchu kapaliny, odstraňování par nad povrchem

kapaliny.

Různé kapaliny se za stejných podmínek vypařují různou rychlostí. Při vypařování odebírá

kapalina teplo ze svého okolí.Mírou rychlosti odpařování je i změna teploty na povrchu tělesa.

Praktické pokusy

Porovnání rychlosti ochlazování na povrchu tělesa (závod teploměrů)

Pomůcky:

PC, EdLaB, teploměr

varná konvice, kalorimetr (termoska), voda, utěrka

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme teploměr do analogového vstupu.(z J1 .. J6).

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 30s , periodu vzorkování 1 s .

3. Do kalorimetru si připravíme horkou vodu (t >90°C). Teploměr vložíme do vody a

necháme ohřát (možno teploměr vložit rovnou do varné konvice).

4. Vytáhneme teploměr, stiskneme tlačítko Start měření. Teploměrem nehýbeme.

Po ukončení měření uložíme graf.

5. Teploměr opět necháme zahřát v konvici nebo kalorimetru. Zahájíme měření

a s teploměrem budeme 25 s mávat. Po ukončení měření opět uložíme graf.

6. Bod 3. až 5. opakujeme, ale tentokrát před zahájením měření teploměr utřeme.

Po každém měření uložíme graf.

7. Na pracovní plochu umístíme všechny čtyři uložené grafy, porovnáme průběh změny

teploty v jednotlivých případech.

32


Pozor při manipulaci s horkou vodou !

Měření lze vyzkoušet i pro jinou počáteční teplotu, můžeme využít i vlažnou vodu

Měření lze vyzkoušet i pro jinou kapalinu

Obrázky a grafy:


1. Jak ovlivní ochlazování teploměru jeho mokrý povrch? … rychleji klesá teplota, teplo se

spotřebovává na vypařování vody na povrchu teploměru

2. Jak ovlivní ochlazování teploměru mávání mokrým teploměrem? … vypařování probíhá

rychleji

3. Proč pomáhá pocení regulovat tělesnou teplotu člověka? … odpařováním potu klesá

teplota těla

4. Proč je v parném počasí nutné dodržovat pitný režim? … aby měl člověk dostatek potu

k odpařování

33

14. Tepelné záření.

Teoretický úvod

Rozžhavené těleso vydává do okolí světelné a tepelné záření - např. vlákno žárovky.

Tepelné záření vnímáme tepelnými čidly v pokožce lidského těla. Některými tělesy tepelné

záření prostopuje, jiná tělesa je pohlcují. Pohlcuje-li těleso tepelné záření, zahřívá se.

Zvýšení teploty tělesa při pohlcení tepelného záření závisí na vzdálenosti zdroje záření od

tělesa, na teplotě zdroje záření, na barvě a úpravě povrchu tělesa.

Praktické pokusy

Měření teploty v okolí světelného zdroje

Pomůcky:

PC, EdLaB, teploměr, délkové měřidlo

elektrická svítilna s klasickou žárovkou, LED svítilna nebo lampa s úspornou

zářivkou

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme teploměr do analogového vstupu.(z J1 .. J6).

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 8 min., periodu vzorkování 5 s .

3. Rozsvítíme žárovku, teploměr umístíme do vzdálenosti 5 cm od žárovky.

4. Po stisku tlačítka Start měření sledujeme, jak se mění teplota. Po 3 minutách přemístíme

čidlo do vzdálenosti 15cm, v 5. minutě do 25 cm. Uložíme graf.

5. Měření opakujeme pro úspornou žárovku nebo LED svítilnu.

6. Porovnáme grafy změn teplot u obou zdrojů. Zdůrazníme, že jsme po určitém čase zvětšili

vzdálenost zdroje od čidla.


Měření lze vyzkoušet s dalšími zdroji tepelného záření

Zvolíme-li delší dobu měření, lze nechat pokus probíhat (jen v daných časech změnit

vzdálenost) a zabývat se s žáky jinou činností, pak vyhodnotit průběh podle grafu

Mírné výkyvy teploty mohou být způsobeny pohybem osob, případně průvanem.

V dalším možném pokusu můžeme měřit změnu teploty vlivem barvy a úpravy

povrchu tělesa: Elektrickou svítilnou svítíme ze stejné vzdálenosti stejnou dobu na

34

teploměr zakrytý lesklým materiálem (alobal), bílým papírem, tmavým matným

papírem. Těleso s matným povrchem se vlivem pohlcování tepelného záření za

stejných podmínek zahřívá více než těleso s lesklým a světlým povrchem.

Obrázky a grafy:


1. Můžeme vidět tepelné záření? … ne, vnímáme je tepelnými čidly v pokožce

2. Jak závisí teplota okolí na vzdálenosti od zdroje tepelného záření? … s rostoucí

vzdáleností klesá.

3. Žárovka vyzařuje světelné a tepelné záření. Které záření bude mít větší energii? … tepelné

4. Které zdroje světla v domácnosti jsou šetrnější k životnímu prostředí? … ty s menší

spotřebou elektrické energie – využívají úsporné zářivky nebo LED diody

35

5. Proč mají nákladní auta s vnitřním chlazením pro přepravu čerstvých potravin bílý nátěr?

… aby pohlcovala co nejméně tepelného záření

36

15. Zvukové jevy.

Teoretický úvod

Zvuky nás obklopují neustále. Abychom zvuk slyšeli, musí existovat zdroj zvuku, prostředí,

kterým se zvuk šíří a zdravý sluch. Zvuk vzniká kmitáním nebo chvěním pružných těles.

Vzniká-li zvuk pravidelným kmitáním, vnímáme tón. Jestliže zvuk vzniká nepravidelným

chvěním, vnímáme jej jako hluk (např. vrzání, šramot, šustění, hukot, praskot).

Hudební nástroje vydávají tóny s různou výškou a barvou.

Výška tónu je určena kmitočtem zdroje. Lidské ucho vnímá zvuky od kmitočtu

16 Hz do 20 kHz.

Praktické pokusy

Určen časového diagramu některých zdrojů zvuku

Pomůcky:

PC, EdLaB, mikrofon

zdroje zvuku (hudební nástroje), ladičky

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme mikrofon do analogového vstupu.(J1nebo J2).

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 5 s., periodu vzorkování 10 ms .

3. Stiskneme tlačítko Start měření, rozezvučíme zdroj zvuku, necháme 5s znít

4. Jako zdroj zvuku používáme ladičku, různé hudební nástroje (flétna, klávesy, kytara),

lidský hlas (zaznamenáme různé samohlásky, souhlásky),

5. Po každém měření graf uložíme pod vhodným názvem a pak se žáky grafy rozebereme.

Mikrofon zaznamenává akustický tlak (pracuje se zvukem do frekvence 10 kHz).


Měření lze vyzkoušet i pro méně obvyklé zdroje zvuku – rolničky, 2 suché klacky

klapající o sebe apod.

Práci se zdroji zvuku je třeba předem zkusit, nastavit umístění mikrofonu apod.

Zdroje zvuku mohou ovládat žáci, mohou si třeba přinést vlastní hudební nástroj apod.

37

Obrázky a grafy:


1. Co je zdrojem zvuku? … chvějící se těleso

2. Proč se ve vzduchoprázdnu nemůže zvuk šířit? …zvuk potřebuje k šíření látkové prostředí

3. Jak se liší tón a hluk? … zdrojem hluku je nepravidelné chvění, tónu pravidelné kmitání

zdroje

4. Co určuje výšku tónu? … frekvence kmitání zdroje zvuku

5. Urči podle grafu, jak se liší zvuk lidského hlasu při vyslovení samohlásky a souhlásky.

38

16. Vlhkost vzduchu.

Teoretický úvod

Dolní vrstvy ovzduší obsahují vždy vodní páru. Ta vzniká vypařováním vody z půdy, rostlin

a živočichů, z povrchu vodních toků a ploch.

Absolutní vlhkost vzduchu je určena hmotností vodní páry obsažené v 1 m3 vzduchu.

Je-li vzduch za dané teploty vodní párou nasycen, má největší možnou vlhkost. Nemůže

přijímat další vodní páru, pokud se nezvýší jeho teplota.

Pro praktické posouzení vlhkosti vzduch zavádíme relativní vlhkost vzduchu, kterou udáváme

v procentech. Vypočítáme ji, dělíme-li absolutní vlhkost vzduchu největší absolutní vlhkostí

vzduchu za dané teploty. Suchý vzduch má relativní vlhkost 0%. Je-li vzduch vodní párou

zcela nasycen, má relativní vlhkost 100%.

Nejpříznivější vlhkost vzduchu pro zdravotní stav a pracovní výkon je 50% až 70% při teplotě

20°C.

Relativní vlhkost měříme vlhkoměrem. Např. vlhkoměr vlasový obsahuje napnutý svazek

vlasů zbavených tuku. Při napínání se více prodlužuje vlhčí vlas, prodloužení se přenáší na

ručku přístroje.

Praktické pokusy

Jak se mění vlhkost vzduchu v závislosti na čase, okolním prostředí.

Pomůcky:

PC, EdLaB, čidlo relativní vlhkosti vzduchu

zavařovací sklenice, mandarinka nebo jablko, gumička

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme čidlo vlhkosti vzduchu do analogového

vstupu.(J1… J6).

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 1 min. , periodu vzorkování 1 s .

3. Stiskneme tlačítko Start měření, čidlem měříme vlhkost u.podlahy, u okna, pokud je

možno za oknem, na slunci, ve stínu,uvnitř navlhčené zavařovací sklenice apod.

4. Po ukončení měření vyhodnotíme graf.

Další možný pokus:

1. Připravíme si zavařovací sklenici, umístíme do ní čidlo, překryjeme potravinovou fólií,

kterou připevníme gumičkou.

39

2. Nastavíme Délku měření na 5 minut a vzorkovací periodu na 5s.

3. Začneme měřit, po minutě pozastavíme měření, rychle vložíme do sklenice neoloupanou

mandarinku a opět připevníme krycí fólii a pokračujeme v měření (vlhkost vzduchu roste)

4. Připravíme si oloupanou mandarinku a po 3 minutách rychle vyměníme neoloupanou

mandarinku za oloupanou. (vlhkost vzduchu roste výrazněji).

5. Po ukončení měření vyhodnotíme se žáky graf – jaký měla vliv mandarinka se slupkou, bez

slupky na vlhkost vzduchu ve sklenici.


Máme-li možnost, můžeme nechat měřit čidlo na jednom místě delší čas (hodiny, den)

a grafy uložit, v další hodině vyhodnotit.

Místo mandarinky lze použít jablko, to je nutné oloupat škrabkou těsně před měřením

a odsát přebytečnou šťávu papírovým kapesníkem.

Obrázky a grafy:

40


1. Je vlhkost vzduchu našeho okolí stále stejná? … ne mění se s časem, vlivem počasí

2. Jak se dostává vodní pára do ovzduší? ... vypařováním

3. Jak ovlivní neoloupané ovoce vlhkost vzduchu ve sklenici? … zvýší ji, ze slupky se

odpařuje voda

4. Proč po oloupání ovoce relativní vlhkost ve sklenici prudce vzroste? … z ovoce se

odpařuje více vody, než když je chráněno slupkou

5. Jaká je funkce slupky u ovoce? … chrání ovocný plod před rychlým vysycháním

6. Proč se poblíž některých druhů pečiva nechává rozkrojené jablko? … zabraňuje rychlému

vysychání (tvrdnutí) pečiva

Poznámka. Původní pokus s jablkem a čidlem fy Vernier popisuje Mgr. Jakub Jermář na

http://fyzweb.cz/clanky/index.php?id=152


41

17. Magnetické pole.

Teoretický úvod

Magnet vytváří ve svém okolí magnetické pole, které můžeme znázornit soustavou

magnetických indukčních čar. Pomocí magnetky (malý magnet) můžeme „zmapovat“

magnetické pole – určit směr indukčních čar. Mnohem rychleji lze obrazec indukčních čar

určit pomocí železných pilin.

Země je také velkým magnetem. Proto se otáčivá magnetka nebo volně otáčivý magnet

nastaví tak, že jedním pólem směřují vždy přibližně k severu.

Magnetické pole popisuje veličina magnetická indukce, kterou označujeme B. Měříme ji

v jednotkách tesla (T).

Magnetickou indukci měříme teslametrem. Velikost magnetické indukce pole např.

v blízkosti permanentního magnetu je řádově 0,01 T až 0,1 T.

Zemské magnetické pole v ČR má magnetickou indukci přibližně 0,05 mT.

Praktické pokusy

Určení magnetické indukce magnetického pole magnetu

Pomůcky:

PC, EdLaB, teslametr

permanentní magnety, stojan

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme teslametr do analogového vstupu (z J1 .. J6).

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 10 s , periodu vzorkování 100 ms.Tlačítkem

na horní stěně přístroje nastavíme vhodný rozsah. měření.

3. Po stisku tlačítka Start měření, pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr

k severnímu pólu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severního pólu magnetu

(asi 5 sekund). Po dokončení měření uložíme graf.

4. Po stisku tlačítka Start měření, pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr

k jižnímu pólu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severního pólu magnetu

(asi 5 sekund). Po dokončení měření uložíme graf.

5. Po stisku tlačítka Start měření, pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund)

teslametrem kolmo k podélné ose magnetu k jižnímu pólu magnetu a potom pomalu

vzdalujeme teslametr od severního pólu magnetu (asi 5 sekund).Po dokončení měření uložíme

graf.

42

6. Zopakujeme měření pro magnet tvaru podkovy.

7. Postupně vyhodnotíme změnu hodnoty indukce zaznamenanou v jednotlivých grafech.


Měření je vhodné připravit a vyzkoušet v učebně, kde budeme hodinu realizovat

Měření lze doplnit i ukázkou měření magnetické indukce pole Země.:

o nejprve otáčet teslametrem bez přítomnosti magnetu ve vodorovné rovině,

můžeme z měřidla či grafu určit, kde je maximum a minimum (směr

k magnetickým pólům Země)

o v dalším měření otáčet teslametrem ve svislé rovině (N-S směr), pozorujeme,

kde je maximum a kde je minimum. Maximální hodnota je hodnotou

magnetické indukce B Země.

Obrázky a grafy:

43


1. Jak zobrazujeme silové působení magnetického pole? … pomocí magnetických

indukčních čar

2. V jakých jednotkách měříme magnetickou indukci? … Tesla.

3. Jakých hodnot dosahovala magnetická indukce v okolí pólů tyčového magnetu? …

4. Jakých hodnot dosahovala magnetická indukce v okolí pólů podkovového magnetu? …

5. Jakou maximální hodnotu jsme naměřili pro magnetickou indukci pole Země? …

44

18. Elektromagnetická indukce

Teoretický úvod

Elektromagnetická indukce je jev, při kterém vzniká elektrické napětí v cívce vodiči změnou

magnetického pole v okolí cívky.

V uzavřeném obvodu cívky vzniká indukovaný elektrický proud.

Indukované napětí závisí na velikosti změny magnetického pole i na rychlosti jeho změny.

Čím je změna magnetického pole větší a rychlejší, tím větší je při jinak stejných podmínkách

indukovaný proud.

Praktické pokusy

Určení indukovaného napětí, ověření na čem závisí.

Pomůcky:

PC, EdLaB, voltmetr

cívka s jádrem, permanentní magnet, stojan

Schema:

45

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme voltmetr do analogového vstupu.(z J1 .. J6).

.Sestavíme schéma podle nákresu.

2. Nastavíme v panelu měření Délku měření na 5 s, periodu vzorkování 100 ms

(případně 10 ms).

3. Roztočíme magnet v těsném okolí cívky (jádra)

4. Stiskneme tlačítko Start měření.

5. Opakujeme měření s rychlejším (pomalejším) otáčením magnetu.

6. Opakujeme měření se „silnějším“ magnetem.

Po každém měření uložíme graf. Postupně vyhodnocujeme se žáky průběhy grafu

v jednotlivých situacích.

Vyslovíme závěr – na čem závisí indukované napětí.


Během realizace můžeme zkusit měření s cívkami s různým počtem závitů

Před měřením s otáčejícím se magnetem můžeme vyzkoušet bez zaznamenání

grafu reakci voltmetru na zasouvání a vysouvání magnetu do cívky bez jádra.

Obrázky a grafy:

46


1. Kdy vzniká mezi svorkami cívky indukované napětí? … mění-li se v jejím okolí

magnetické pole

2. Jak mohu indukované napětí na svorkách cívky zvětšit? … např. zvětším rychlost otáčení

magnetu

3. Jak se změní indukované napětí na svorkách cívky, když zmenšíme počet závitů?

… sníží se

4. Vznikne indukované napětí, když se kolem nehybného magnetu bude pohybovat cívka?

… ano

47

19. Elektrický odpor, závislost elektrického odporu na vlastnostech

vodiče, výsledný odpor rezistorů zapojených za sebou a vedle sebe.

Teoretický úvod

Odpor R je vlastnost vodiče klást odpor průchodu částic s elektrickým nábojem. Jednotkou

elektrického odporu je ohm (Ω). Odpor vodiče závisí na jeho délce l, na ploše příčného

průřezu S vodiče, na látce, ze kterého je vodič zhotoven – rezistivita ρ a na teplotě t vodiče.

Výsledný odpor dvou spotřebičů zapojených za sebou je roven součtu jejich odporů.

Pro výsledný odpor dvou spotřebičů zapojených vedle sebe platí:

Praktické pokusy

Určení odporu vodiče, ověření závislosti odporu na délce, ověření velikosti výsledného

odporu dvou rezistorů zapojených za sebou a vedle sebe.

Pomůcky:

PC, EdLaB, ohmmetr

různé rezistory, reostat, odporová dekáda, propojovací vodiče

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme ohmmetr do analogového vstupu.(J1… J6).

Pro jednotlivá měření tlačítkem na horní stěně přístroje vždy aktivujeme příslušný rozsah

měření (500 Ω, 10kΩ, 250kΩ).

2. Nejprve ověříme odpory jednotlivých přichystaných rezistorů (lze zapsat na tabuli).

Každý odpor připojíme dvěma vodiči k ohmmetru.

3. Určíme největší možný odpor reostatu (zapojení viz foto).


5. Stiskneme tlačítko Start měření, během 10 s přesuneme jezdce reostatu do druhé krajní

polohy. Na grafu pak sledujeme změny jeho odporu. Zdůrazníme, že s časem zvětšujeme

délku využitého vodiče v reostatu. Vyslovíme závěr.

6. K dalším měřením využijeme ohmmetr jako měřící přístroj. Přichystané rezistory nejprve

zapojíme za sebou, žáci odhadují výsledný odpor, poté jej odměříme. Obdobně provedeme

s rezistory zapojenými vedle sebe.

48


Po reostatu můžeme předvést odporovou dekádu, zapojujeme postupně stále delší drát

– roste odpor.

Lze použít a určit odpor nejrůznějších spirál apod.

Obrázky a grafy:

49


1. V jakých jednotkách měříme elektrický odpor? … v ohmech

2. Jak se mění elektrický odpor s rostoucí délkou vodiče? ... roste

3. Jak se změní celkový odpor soustavy, připojíme-li další rezistor sériově? … zvýší se

4. Jak se změní celkový odpor soustavy, připojíme-li další rezistor paralelně? … sníží se

5. Jak se změní celkový odpor soustavy, zapojíme-li tři stejné rezisory vedle sebe? …

sníží se 3x.

50

20. Elektromagnetické záření, ultrafialové záření.

Teoretický úvod

Elektromagnetické záření dělíme podle jeho vlnové délky, na rádiové vlny, mikrovlny,

infračervené záření, světlo, ultrafialové záření, rentgenové záření, záření gama. Ultrafialové

záření má vlnové délky od 400nm do 10 nm.

Oblast vlnových délek od 320nm do 400 nm označujeme UVA záření, oblast vlnových délek

od 280 nm do 320 nm označujeme UVB záření. Kratší vlnové délky než 280 nm tvoří UVC

spektrum.

UVC záření je sice velmi škodlivé pro člověka, ale téměř kompletně jej pohlcuje vrstva ozónu

kolem Země. UVB a UVA záření proniká zemskou atmosférou. Obojí může mít negativní

účinky. UVA působí pomaleji, ale s rozsáhlejšími účinky než UVB záření.

Ultrafialové záření způsobuje opálení nechráněné pokožky, může však způsobit i rakovinu

kůže. Oči před ním musíme chránit slunečními brýlemi. Největší intenzitu má ve vysokých

horách a u moře.

Použité čidlo detekuje UVA záření v mW/cm2.

Praktické pokusy

Určení intenzity UVA záření v různých místech učebny, ověření propustnosti látek

vzhledem k UVA.

Pomůcky:

PC, EdLaB, UVA senzor.

brýle – různé druhy, utěrka (suchá, mokrá)

Postup práce:

1. K aktivovanému systému EdLaB připojíme UVA senzor do analogového vstupu.(J1… J6).

2. Nejprve určíme intenzitu UVA záření v různých místech učebny, je-li možné, tak čidlo

vysuneme z okna, na slunci, ve stínu. Sledujeme změny intenzity.

3. Je-li možné delší měření předem, nastavíme čas měření na 12 h, vzorkovací periodu

na 5 min (300 s) a zachytíme změny intenzity v průběhu dne (např. od 7.00 do 19.00).

Poté zachycený graf s žáky analyzujeme – kdy je intenzita maximální, kdy minimální, možné

příčiny výkyvů apod.

4. Srovnáváme intenzitu UVA záření u otevřeného okna, pod různými druhy skel –okenní,

v dioptrických brýlích, ve slunečních brýlích apod.

51

5. Můžeme srovnat kolik záření propustí suchá látka (utěrka, tričko) a mokrá látka.

POZNÁMKY K REALIZACI :

Měření lze ve spojení s notebookem a měřící soustavou provádět i mimo budovu,

zvlášť v jarních a letních měsících.

Obrázky a grafy:


1. Jak se bráníme UVC záření? … v našich krajích nijak, toto záření pohlcuje ozónová vrstva

kolem Země

2. Jaké nežádoucí účinky má UVA záření? ... může způsobovat poškození kůže a očí

3. Jak se chráníme před účinky UVA záření např. na horách? … používáme kvalitní

ochranné brýle, povrch kůže chráníme vhodnými opalovacími krémy

4. Jak se mění intenzita UVA záření během dne? … roste od rána k odpoledním hodinám,

v podvečer opět klesá

5. Můžete se opálit přes okno automobilu? … ne, sklo v okně pohlcuje UVA záření.

52

LITERATURA:

NAHODIL, Josef. Fyzika v běžném životě. 2. vydání. Praha: Prometheus, spol. s r.o., 2004.

ISBN 80-7196-278-3.

KAŠPAR, Emil, Jozef JANOVIČ a František BŘEZINA. Problémové vyučování

a problémové úlohy ve fyzice. 1. vydání. Praha: SPN, 1982. ISBN 14-752-82.

KOLÁŘOVÁ, Růžena a Jiří BOHUNĚK. Fyzika pro 6. ročník základní školy. 2. vyd. Praha:

Prometheus, 2002,162 s. Učebnice pro základní školy (Prometheus).

ISBN 978-80-7196-246-5.

KOLÁŘOVÁ, Růžena a Jiří BOHUNĚK. Fyzika pro 7. ročník základní školy. 2., upr. vyd.

Praha: Prometheus, 2003, 203 s. Učebnice pro základní školy (Prometheus). ISBN 978-80-

7196-265-6.

KOLÁŘOVÁ, Růžena a Jiří BOHUNĚK. Fyzika pro 8. ročník základní školy. 1.vyd., dotisk.

Praha: Prometheus, 2003, 224 s. Učebnice pro základní školy (Prometheus).. ISBN 978-807-

1961-499.

KOLÁŘOVÁ, Růžena. Fyzika pro 9. ročník základní školy. Praha: Prometheus, 2008, 236 s.

ISBN 978-807-1961-932.

PAZDERA, Václav, Jan DIVIŠ a Jan NOHÝL. Měření fyzikálních veličin se systémem

Vernier: Pracovní listy pro ZŠ a víceletá gymnázia [online]. Olomouc, 2012. Dostupné

z http://www.mojewiki.cz/exploratoriumfyziky

WWW zdroje:

http://www.vernier.cz/experimenty/prehled

http://www.mojewiki.cz/exploratoriumfyziky

http://fyzweb.cz/materialy


www.edlab.cz

http://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page

Fotografie:

Jiří Pavelka, Jan Pavelka

http://www.vernier.cz/experimenty/prehled

http://www.mojewiki.cz/exploratoriumfyziky

http://fyzweb.cz/materialy


http://www.edlab.cz/

http://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page

Date post:	18-Nov-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	0 times
Download:	0 times

Obsah - ZVaSprvedyzs.zvas.cz/files/m-fyzika.pdfMěření délky Teoretický úvod Rozmry tles,...

Documents