Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad LabemPřírodovědecká fakulta

Praktikum školních pokusů CStudijní opora pro kombinované studium

E. Hejnová, R. Seifert

2010

ÚvodKurz „Praktikum školních pokusů C“ navazuje na předchozí stejnojmenné kurzy PŠP A a B, se kterými má i obdobný obsah a náplň. Cílem kurzu je nadále prohloubit schopnost studentů samostatně demonstrovat základní fyzikální jevy a děje v podobných podmínkách, s jakými se mohou setkat ve své pozdější praxi.

Protože je většina úloh v tomto praktiku koncipována jako žákovské laboratorní práce, měli by studenti získat základní přehled o možnostech žákovských souprav pro vyučování fyziky právě při konání frontálních nebo laboratorních pracích.

Vzhledem k návaznosti na výše jmenované kurzy zde již nebudou opakována všeobecná pravidla práce v laboratoři a ochrany zdraví, ani základní metodiky předvádění demonstračních experimentů. Předpokládá se, že je student má již dostatečně zažité z předchozích kurzů.

Tento studijní text obsahuje rámcové návody k jednotlivým úlohám. Studenti si v rámci své domácí přípravy na základě těchto připraví podrobné návody a dohledají teoretické pozadí demonstrovaných jevů tak, aby byli schopni jevy předvést a vysvětlit.

ObsahÚvod............................................................................................................................................3 1 Mechanika demonstrační - 2. část...........................................................................................7

1.1 Moment dvojice sil, působiště na opačných stranách osy................................................71.2 Moment dvojice sil, působiště na stejných stranách osy..................................................71.3 Rovnovážná poloha na jednozvratné páce.......................................................................81.4 Moment síly vzhledem k ose kolmé na směr síly............................................................81.5 Rovnováha sil na pevné kladce........................................................................................91.6 Těžiště tenké homogenní desky různého tvaru................................................................91.7 Poloha těžiště nehomogenního tělesa...............................................................................91.8 Kladky a kladkostroje.....................................................................................................101.9 Převody...........................................................................................................................101.10 Vzájemná přeměna kinetické a potenciální energie tíhové..........................................111.11 Pokusy s překotným hranolem.....................................................................................111.12 Další pokusy na těžiště těles.........................................................................................12

2 Mechanika žákovská.............................................................................................................132.1 Určení hustoty kapaliny pomocí spojených nádob.........................................................132.2 Záznam harmonického kmitavého pohybu ploché pružiny...........................................132.3 Doba kmitu ploché pružiny............................................................................................142.4 Rezonance pružinového oscilátoru.................................................................................142.5 Příčné stojaté vlnění.......................................................................................................152.6 Podélné stojaté vlnění.....................................................................................................152.7 Kapilarita........................................................................................................................162.8 Srážky těles.....................................................................................................................16

3 Termika.................................................................................................................................173.1 Teplotní roztažnost kovové kuličky...............................................................................173.2 Teplotní roztažnost kovové tyče.....................................................................................173.3 Bimetal a jeho využití.....................................................................................................173.4 Model kapalinového teploměru......................................................................................183.5 Teplotní objemová roztažnost kapalin...........................................................................183.6 Teplotní objemová roztažnost plynů..............................................................................193.7 Proudění tepla.................................................................................................................193.8 Sdílení tepla prouděním v kapalinách............................................................................193.9 Vedení tepla v kovech....................................................................................................193.10 Hoření plamene nad síťkou a pod síťkou.....................................................................203.11 Ochlazování plamene svíčky........................................................................................203.12 Špatná tepelná vodivost vody.......................................................................................203.13 Špatná tepelná vodivost vzduchu.................................................................................20

4 Pokusy s aerodynamickým tunelem......................................................................................214.1 Seznámení s aerodynamickým tunelem.........................................................................214.2 Závislost odporu prostředí na velikosti příčného průřezu..............................................214.3 Závislost odporu prostředí na tvaru tělesa......................................................................214.4 Demonstrace vztlaku na křídle.......................................................................................21

5 Pokusy s přístrojem pro obtékání těles.................................................................................225.1 Příprava přístroje:...........................................................................................................23

6 Demonstrační souprava pro pokusy z elektřiny (EMA).......................................................246.1 Funkce potenciometru a reostatu....................................................................................246.2 Obvod s kondenzátorem.................................................................................................25

6.3 Relé, spínání obvodu pomocí relé..................................................................................256.4 Příkon, práce a výkon elektromotoru.............................................................................266.5 Polovodičová dioda........................................................................................................266.6 LED dioda......................................................................................................................276.7 Otevření a zavření tranzistoru – stmívač........................................................................276.8 Fotorezistor jako světelné čidlo......................................................................................276.9 Automatické osvětlení....................................................................................................286.10 Teplotní čidlo...............................................................................................................29

7 Pokusy se žákovskou soupravou pro vyučování elektřině 1.................................................297.1 Ovocné baterie................................................................................................................297.2 Odpor vodiče..................................................................................................................307.3 Stanovení závislosti odporu vodiče na jeho délce, průřezu a materiálu.........................317.4 Vyvození Ohmova zákona.............................................................................................317.5 Vyvození pojmu „příkon elektrického spotřebiče“........................................................327.6 Přeměna elektrické energie v energii tepelnou...............................................................327.7 Model pojistky. Zkrat v elektrickém obvodu.................................................................337.8 Zjištění magnetičnosti ocelových těles ležících delší dobu v mag. poli Země..............337.9 Magnetické pole cívky...................................................................................................34

8 pokusy se žákovskou soupravou pro vyučování elektřině 2.................................................348.1 Model alternátoru s permanentním magnetem...............................................................348.2 Model alternátoru s elektromagnetem............................................................................358.3 Model dynama................................................................................................................358.4 Model elektromotoru......................................................................................................368.5 Stavba transformátoru....................................................................................................368.6 Transformace střídavého proudu....................................................................................378.7 Transformace nahoru a dolů...........................................................................................378.8 Model indukční pece......................................................................................................38

Příloha: Vystřihovánka hádku a větrníku pro pokus č. 3.7.......................................................39

1 Mechanika demonstrační - 2. částLiteratura: J. Dibelka, P. Víšek: Pokusy se soupravou Mechanika demonstrační (příručka k soupravě), Komenium, n.p, Praha 1975

Demonstrační souprava pro mechaniku je poměrně robustní souprava umístěná na samostatném vozíku. Základem je panel s otvory, do kterých se vsazují čepy. Většina demonstrací tedy probíhá ve vertikálním uspořádání. Pro usnadnění uspořádání pokusů jsou v návodech vyznačeny souřadnice, do kterých je vhodné čepy umístit.

Součástí stavebnice je i podrobně vypracovaný metodický materiál s návodem na přípravu a provedení jednotlivých experimentů, který je během praktika k dispozici. Níže uvedené návody jsou proto pouze ilustrační a slouží především pro teoretickou přípravu demonstrovaných jevů

1.1 Moment dvojice sil, působiště na opačných stranách osy(podrobný návod je uveden na listu č. 25 v příručce k soupravě)Na dvojramennou páku zavěšujte závaží v různých vzdálenostech tak, aby byla páka v rovnováze. Pokus vhodně komentujte a vysvětlete.

1.2 Moment dvojice sil, působiště na stejných stranách osy(podrobný návod je uveden na listu č. 27 v příručce k soupravě)Demonstraci uspořádejte podle obrázku, páka je k podložce upevněna v ose otáčení O. Protizávaží F2 působí přes kladku prostřednictvím šňůrky zavěšené za háček v místě a. Celou situaci a silové působení vhodně zakreslete a popište, demonstrujte, že se otáčivé účinky momentů sil vzájemně ruší.

1.3 Rovnovážná poloha na jednozvratné páce(podrobný návod je uveden na listu č. 31 v příručce k soupravě)Demonstraci uspořádejte podle obrázku, páka je k podložce upevněna v ose otáčení O. Protizávaží F2 působí přes kladku prostřednictvím šňůrky zavěšené za háček na konci páky. Celou situaci a silové působení vhodně zakreslete a popište, demonstrujte, že se otáčivé účinky momentů sil vzájemně ruší.

1.4 Moment síly vzhledem k ose kolmé na směr síly(podrobný návod je uveden na listu č. 26 v příručce k soupravě)Demonstraci uspořádejte podle obrázku, siloměry připevněte za trny vyčnívající z momentového kotouče. Celou situaci a silové působení vhodně zakreslete a popište, demonstrujte, že se otáčivé účinky momentů sil vzájemně ruší.

1.5 Rovnováha sil na pevné kladce(podrobný návod je uveden na listu č. 28 v příručce k soupravě)Demonstraci uspořádejte podle obrázku, demonstrujte rovnováhu sil na pevné kladce pomocí závaží i siloměrů. Celou situaci a silové působení vhodně zakreslete a popište.

1.6 Těžiště tenké homogenní desky různéhotvaru

(podrobný návod je uveden na listu č. 34 v příručce k soupravě)Demonstraci uspořádejte podle obrázku, deska se vždy ustálí tak,že svislice spuštěná z bodu závěsu prochází těžištěm. Těžiště lzezjistit zavěšením za několik různých bodů a určením svislic.Svislici spuštěnou z bodu závěsu znázorněte pomocí olovnice.Celou situaci a silové působení vhodně zakreslete a popište.

1.7 Poloha těžištěnehomogenního tělesa

(podrobný návod je uveden na listu č. 35 v příručce k soupravě)Demonstraci uspořádejte podle obrázku, nehomogenitu tělesa znázorněte umístěním závaží do krajního otvoru tělesa. Demonstrujte určení těžiště nehomogenního tělesa obdobně, jako v předchozím případě. Svislici spuštěnou z bodu závěsu znázorněte pomocí olovnice. Celou situaci a silové působení vhodně zakresletea popište.

1.8 Kladky a kladkostroje(podrobný návod je uveden na listu č. 44 v příručce k soupravě)Podle obrázku sestavte pevnou kladku, volnou kladku a kladkostroj, pomocí závaží je vyvažtedo rovnovážného stavu. Působením síly poté zvedněte závaží do výšky. Porovnejte působící sílu a vykonanou dráhu.

1.9 Převody(podrobný návod je uveden na listu č. 44 v příručce k soupravě)Nainstalujte na tabuli řemenový, řetězový i ozubený převod, předveďte rozdíly v otáčení mezikoly různých velikostí. Zaveďte pojem „převodový poměr“ a vysvětlete jej na příkladech.

1.10 Vzájemná přeměna kinetické a potenciální energie tíhovéPřipněte na panel dráhu proměnného tvaru, kterou na několika místech zajistíte čepy. Na jedné straně si označte výchozí bod, ze kterého spustíte dřevěnou nebo kovovou kuličku. Na druhé straně vyznačte bod, do kterého kulička vystoupí (Kulička by měla vystoupit přibližně do stejné výšky, z jaké byla spuštěna. Pokus opakujte pro různé výchozí body.Změňte tvar dráhy a opakujte pokus. Můžete pozorovat, že výška, do které kulička vystoupí, na tvaru dráhy nezávisí.Oba pokusy vhodně komentujte a vysvětlete.

1.11 Pokusy s překotným hranolemTělesa jsou v rovnovážné poloze, jestliže svislice spuštěná z těžiště prochází podstavou tělesa.V opačném případě dojde k překocení tělesa. Překotný hranol tento jev demonstruje. K posunu těžiště mimo podstavu může dojít buď přílišným nakloněním hranolu přes jeho hranu,nebo změnou jeho geometrie. Oba tyto případy demonstrujte, celý děj vhodně komentujte a vysvětlete.

1.12 Další pokusy na těžiště tělesVyzkoušejte pokusy ilustrované následujícími obrázky:

2 Mechanika žákovskáLiteratura: Kolektiv autorů: Mechanika žákovská 1 a 2 – návod k soupravě, Didaktik, 2000

Žákovská souprava pro mechaniku dodávaná společností DIDAKTIK je koncipována zajména pro laboratorní a frontální úlohy. Práce se soupravou v praktiku tedy v podstatě simuluje práci žáka, jedná se o „plnění laboratorních úloh“.

Součástí stavebnice je i podrobně vypracovaný metodický materiál s návodem na přípravu a provedení jednotlivých experimentů, který je během praktika k dispozici. Níže uvedené návody jsou proto pouze ilustrační a slouží především pro teoretickou přípravu úloh.

2.1 Určení hustoty kapaliny pomocíspojených nádob

(pokus č. M 1.6.1, materiál je možno nalézt v soupravěMechanika 1).

Z trubiček a hadic sestavte U-trubici, nebo lze použít jižhotovou skleněnou (např. od kapalinového manometru). U-trubici asi z poloviny vyplňte vodou, poté do jednoho z ramenvlévejte petrolej tak, aby rozhraní dvou kapalin pokleslo o cca2 cm. Na základě rovnice pro hydrostatický tlak v obouramenech určete poměr hustot petroleje a vody.

2.2 Záznam harmonického kmitavého pohybu ploché pružiny(pokus č. SW 1.2, materiál je možno nalézt v soupravě Mechanika 2).

Sestavte aparaturu podle obrázku. Vychylte plochou pružinu asi o 4 cm a nechte kmitat. Současně rovnoměrně posouvejte papírem pod pružinou. Tužka zanechá na na papíru charakteristický záznam kmitavého pohybu.Zkraťte délku pružiny na polovinu a pokus zopakujte. Papírem pohybujte stejnou rychlostí, jako při prvním pokusu. Oba výsledky porovnejte.

2.3 Doba kmitu ploché pružiny(pokus č. SW 1.1.3, materiál je možno nalézt v soupravě Mechanika 2).

Sestavte aparaturu podle obrázku. Určete dobu kmitu ploché pružiny v závislosti na těchto parametrech: amplituda kmitů, délka pružiny, hmotnost závaží na konci pružiny. Měřte dobu 10 kmitů, z nich teprve určete dobu jednoho kmitu.

2.4 Rezonance pružinového oscilátoru(pokus č. SW 1.4.3, materiál je možno naléztv soupravě Mechanika 2).

Sestavte aparaturu podle obrázku.Elektromagnet je připojen ke generátoru funkcínapájeném střídavým napětím 12 V. Přisestavování je třeba dbát na to, aby vzdálenostjádra cívky od pružiny byla co nejmenší.Zapněte generátor funkcí a postupně zvyšujtefrekvenci. Při dosažení rezonanční frekvence byse amplituda výchylky pružiny měla prudcezvětšit. Určete rezonanční frekvenci pro různédélky pružiny.

2.5 Příčné stojaté vlnění(pokus č. SW 2.1, materiál je možno naléztv soupravě Mechanika 2).

Sestavte aparaturu podle obrázku.Elektromotorek s chvějkou připojte kegenerátoru funkcí. Dbejte na to, aby gumovévlákno bylo mírně napjaté. Měňte frekvencibudícího sinusového signálu v rozsahu 30-40 Hztak, aby se na vlákně vytvořila stojatá vlna.Zaznamenejte si všechny nalezené frekvence.Ověřte vztah f n=n1 f 0 .

2.6 Podélné stojaté vlnění(pokus č. SW 2.2, materiál je možno nalézt v soupravě Mechanika 2).

Sestavte aparaturu podle obrázku. Elektromotorek s chvějkou připojte ke generátoru funkcí, tah pružiny kompenzujte tahem napnutého gumového vlákna působícíhoz opačné strany tak, aby chvějka byla ve vodorovné poloze. Měňte frekvenci budícího sinusového signálu v rozsahu 30-40 Hz tak, aby se na pružině vytvořila stojatá vlna (stojatávlna se pozná značným „zhuštěním“ pružiny v místě uzlů). Zaznamenejte si všechny nalezenéfrekvence. Ověřte vztah f n=n1 f 0.

2.7 Kapilarita(pokus č. M 4.8, materiál je možno nalézt v soupravě Mechanika 1).

Kádinku zčásti naplňte obarvenou vodou, a poté do ní ponořte kapilárnítrubice s různým vnitřním průměrem.. Pozorujte vystoupení hladin vkapilárách nad hladinu vody v kádince. Pozorovaný jev vhodněokomentujte a vysvětlete. Nalezněte souvislost mezi výškou hladiny avnitřním průměrem kapiláry.

2.8 Srážky těles(pokus č. M 5.7, materiál je možno nalézt v soupravě Mechanika 2).

Na sestavené kolejnici s vozíky demonstrujte dynamiku pružných nárazů (nezapomeňte na vozíky připevnit pružné nárazníky). Vyzkoušejte náraz pružného tělesa (vozíku) proti pevné stěně (nárazník na konci dráhy), náraz dvou pružných těles pohybujících se proti sobě, náraz do pružného stojícího tělesa. Tytéž pokusy opakujte s vozíky o různých hmotnostech. Všímejte si rychlostí před a po nárazu (rychlost odhadujte). Své pozorování zapište.Vysvětlete všechny demonstrované jevy na základě Newtonových pohybových zákonů.

3 TermikaLiteratura: Kolektiv autorů: Termika – návod k soupravě, Didaktik, 2000, Mazáč J., Hlavička A. Praktikum školních pokusů z fyziky. Praha: SPN, 1968

3.1 Teplotní roztažnost kovové kuličkyPomůcky: Kovová kulička na řetízku, prstenec, stativovýmateriál, plynový kahan, laboratorní kleště.

Rozžhavte kuličku nad plamenem plynového kahanu apoložte na prstenec. (Zajistěte kuličku, aby vám po páduneutekla do místnosti!). Žhavá kulička na prstenci bude sedět,po vychladnutí jím propadne na stojan.Pozorovaný jev vysvětlete.

3.2 Teplotní roztažnost kovové tyčePomůcky: Dilatometr, plynový nebo lihový kahan

Dilatometr je masivní kovový stojan s ručkami opatřenými pákovým převodem a místem pro upevnění zkušených tyčí. Dvě ručičky se po stupnici mohou pohybovat nezávisle a proto je možno sledovat prodlužování dvou tyčí současně.Vyzkoušejte správnou funkci přístroje zatlačením na jeho hroty. Poté do přístroje upevněte dvě tyčky z různých materiálů (ocel, mosaz) a seřiďte nastavení tak, aby obě ručičky ukazovaly stejnou výchylku. Zahřívejte rovnoměrně obě tyče plamenem lihového nebo plynového kahanu, pozorujte změnu délek tyčí. Pozorovaný jev vhodně komentujte a vysvětlete.

3.3 Bimetal a jeho využitíPomůcky: Bimetalový pásek, Holtzovy svorky nebo jiný stativový materiál, plynový nebo lihový kahan, vodiče, žárovka, zdroj el. napětí.

Sestavte jednoduchý model bimetalového teploměru. Vysvětlete na čem je bimetal založen, demonstrujte jeho ohyb při zahřívání. Sestavte jednoduchý obvod, ve kterém bude bimetal fungovat jako tepelná pojistka. Demonstrujte a vysvětlete jeho funkci. Upravte zapojení tak, aby fungovalo jako požární hlásič. Vyzkoušejte jeho funkci.

3.4 Model kapalinového teploměruPomůcky: stativový materiál, ochranná síťka, Erlenmayerova baňka,gumová zátka s vetknutou trubičkou (kapilárou), barevná voda, lihovýkahan. (Veškeré pomůcky lze nalézt spolu s podrobným návodem nasestavení např. v žákovské soupravě Termika.)

Baňku po okraj naplňte obarvenou vodou, kapiláru vetkněte do gumovézátky tak, aby spodní okraj kapiláry byl v rovině se spodním okrajemgumové zátky. Zátku s kapilárou opatrně nasaďte na baňku, dbejte, aby v nínezůstaly bublinky vzduchu.Zahřívejte baňku nad plamenem kahanu a pozorujte, jak sloupec v kapilářestoupá. Pozorovaný jev vysvětlete.

3.5 Teplotní objemová roztažnost kapalinPomůcky: Stativový materiál, ochranná síťka, větší kádinka, dvězkumavky, dvě zátky s vetknutými kapilárami, obarvená voda,petrolej, lihový kahan. (Veškeré pomůcky lze nalézt spolus podrobným návodem na sestavení např. v žákovské soupravěTermika.)

Zátky s vetknutými kapilárami připravte obdobně jakov předchozím pokusu, tentokráte budou sloužit pro uzavřenízkumavek. Jednu zkumavku naplňte barevnou vodou a uzavřetezátkou s kapilárou, druhou zkumavku naplňte petrolejem a takéuzavřete. Obě zkumavky umístěte do vodní lázně do větší kádinkytak, aby hladina vody a petroleje v kapilárách byly na stejné úrovni.Zahřívejte vodní lázeň a pozorujte nestejnoměrné stoupání sloupcůvody a petroleje v kapilárách. Pozorovaný jev vysvětlete.

3.6 Teplotní objemová roztažnost plynůPomůcky: Kulová baňka s dostatečným objemem (300 –500 ml), zátka s vetknutou zalomenou trubicí, obarvená voda

Do zalomené trubice vpravte trochu (1 – 2 ml) obarvenévody (např. injekční stříkačkou) tak, aby jí byla trubiceuzavřena. Kapka vody poslouží jako indikátor. Kulovoubaňku těsně uzavřete zátkou s trubicí. Zahřejte baňku vevodní lázni nebo rukama, pozorujte jak je voda vytlačovánaven z trubice. Pro zvýšení efektu je vhodné samu baňku(ještě před uzavřením) vychladit.

3.7 Proudění teplaPomůcky: Spirála (hádek) nebo větrníček z papíru nebo kladívkové čtvrtky, stojan se špičkou(naostřené špejle, špalík se zaraženou, zdroj tepla.)

Vystřihněte a vytvarujte papírového hádka nebo větrníček, do jeho středu opatrně hrotem propisky nebo tupé tužky vymáčkněte malý důlek. (Také lze doprostřed připevnit stiskací knoflík (patentek), který bude fungovat jako ložisko, případně je zavěsit na nit.) Hotového hádka nebo větrníček i se stojánkem umístěte nad zdroj tepla (radiátor ústředního topení, svíčka...). Oba předměty se na svém ložisku začnou otáčet.Pozorovaný jev vysvětlete.Vystřihovánku naleznete v příloze na konci textu.

3.8 Sdílení tepla prouděním v kapalináchPomůcky: Skleněná trubice pro proudění tepla v kapalinách,lihový kahan, kádinka s obarvenou vodou.

Skleněnou trubici pro proudění tepla naplňte čistou vodou tak,aby v ní nezůstala ani bublinka vzduchu. Poté oba otvoryucpěte prsty, obraťte a ponořte konce do kádinky s obarvenouvodou. Nikde v trubici nesmí zůstat bublinky vzduchu! Ohbítrubice opatrně zahřívejte lihovým kahanem. Celá trubice sepři zahřívání postupně zaplní barevnou vodou z kádinky.Pozorovaný jev vysvětlete.

3.9 Vedení tepla v kovechPomůcky: dvě kovové tyče z různých materiálů (ocel,měď), kahan, stativový materiál, svíčka, zápalky (lzevyužít tyče z dilatometru nebo ze žákovské soupravyTermika, kde naleznete i podrobný návod).

Kovové tyčky uchyťte do stojanů a voskem k nim připevněte zápalky zbavené hlaviček (na každou tyč několik, v cca 5cm vzdálenostech). Uspořádejte plochu tak, aby se tyče jedním koncem vzájemně dotýkaly, toto místo dotyku zahřívejte v plameni kahanu. Po chvíli můžete pozorovat, jak vosk na tyčích taje a zápalky padají dolů.Pozorovaný jev vysvětlete.

3.10 Hoření plamene nad síťkou a pod síťkouPomůcky: Hustá kovová síťka, plynový kahan

Veškerou práci provádějte s kahanem nastaveným nanejnižší výkon. K zapálenému kahanu shora přibližtekovovou síťku. Můžete pozorovat, že plamen nad síťkouhořet nebude. Položte síťku na ústí vypnutého kahanu akahan zapalte. Zdvihněte síťku a přesvědčete se, že podsíťkou plamen nehoří. Zkuste síťkou plamen„ukradnout“ zcela. (POZOR! Nezapomeňte poté uzavřítplyn!)Pozorované jevy vysvětlete.

3.11 Ochlazování plamene svíčkyPomůcky: Spirála ze silného měděného drátu, svíčka, kahan, kleště.

Na plamen svíčky zkuste „nasadit“ spirálu ze silného měděného drátu.Plamen svíčky viditelně pohasne, případně zcela uhasne.Pokus opakujte s tím, že nyní k plameni přiblížíte spirálu, kterou jstepředem zahřáli v plameni kahanu (spirálu držte v kleštích). Nyní plamennepohasne.Oba pozorované jevy vysvětlete.

3.12 Špatná tepelná vodivost vodyPomůcky: Zkumavka (z varného skla) s vodou, plynový nebo lihový kahan

Zkumavku naplňte vodou, uchopte ji v šikmé poloze za dno a vodu u jejího horního konce zahřívejte nad plamenem kahanu. Přestože bude voda u hladiny vřít, voda u dna zkumavky zůstane chladná.Pozorovaný jev vysvětlete.

3.13 Špatná tepelná vodivost vzduchuPomůcky: Zkumavka z varného skla, lihový kahan

Zkumavku si nasaďte na prst, obraťte dnem vzhůru a její dno zahřívejte nad plamenem kahanu. Přestože bude dno již horké, na prstu zahřívání nepocítíte.Pozorovaný jev vysvětlete.

4 Pokusy s aerodynamickým tunelemLiteratura: Mazáč J., Hlavička A. Praktikum školních pokusů z fyziky. Praha: SPN, 1968, návod k soupravě pro obtékání těles.

4.1 Seznámení s aerodynamickým tunelem

Aerodynamický tunel se skládá z turbíny, sklonoměru a kloubu zajišťujícího volnou pohyblivost ručky s připnutýmy tělísky na zkoumání odporu. Proti aerodynamické odporové síle působí připojená pružina.

Sestavte aerodynamický tunel podle obrázku, prověřte jeho funkce.

4.2 Závislost odporu prostředí na velikosti příčného průřezuPomůcky: Aerodynamický tunel, ploché destičky s různým průřezem.

Do držáku nasazujte destičky různě velkého průřezu, měřte výchylku aerodynamických vážek. Výsledky zpracujte do tabulek a nalezněte závislost mezi průřezem tělesa a odporem prostředí.

4.3 Závislost odporu prostředí na tvaru tělesaPomůcky: Aerodynamický tunel, tělesa o stejném průřezu a různého tvaru.

Pomocí aerodynamických vážek změřte výchylku těles se stejným průřezem, ale různého tvaru: polokoule (dutinou proti větru), polokoule (dutinou po větru), koule, plochá destička, kapkovitý tvar. Porovnejte jejich vzájemné odpory relativně vůči ploché destičce (ta bude mít koeficient odporu roven jedné). Výsledky uspořádejte do tabulky.

4.4 Demonstrace vztlaku na křídlePomůcky: Aerodynamický tunel, model křídlaAerodynamické vážky upravte tak, aby dokázaly měřitvýchylku ve svislém směru, do proudu vzduchuumístěte model křídla, který vyvážíte do rovnovážnépolohy protizávažím.

Po přivedení proudu vzduchu na model křídla dojde kjeho vychýlení z rovnováhy. Pozorovaný jevvysvětlete.

5 Pokusy s přístrojem pro obtékání tělesLiteratura: Návod k soupravě pro obtékání těles, PHYWE.

Přístroj pro obtékání těles se používá ke studiu laminárního a turbulentního proudění vody v kanálech s různými profily a pro studium obtékání těles různých tvarů. Celý přístroj může být umístěn na zpětném projektoru a použit pro demonstraci vybraného jevu. (V tom případě je třeba s přístrojem manipulovat velmi opatrně, hrozí zatečení vody do zpětného projektoru!)

Přístroj sestává z vaničky, kterou protéká čistá voda z nádržky, dále pak z nálevky na barevnou vodu a soustavy trysek určených k vytvoření modelu proudnic, a dalšího příslušenství (hadice, stativový materiál).

Do vodního proudu se vkládají ploché plastové modely různých kanálů a těles, které jsou uloženy v samostatných skříních.

5.1 Příprava přístroje:1. Přístroj sestavte podle obrázku, neumisťujte jej však na zpětný projektor!

◦ K přístroji připojte přívod vody z kohoutku a odtokovou hadici vyveďte do umyvadla. Na přívodní hadici je možno nasadit tlačku pro snazší regulaci průtoku.

◦ Nálevku na obarvenou vodu umístěte na stojan a propojte hadičkou se soustavou trysek. Hadičku uzavřete tlačkou, aby zatím žádná obarvená voda z trysek nevytékala.

◦ Pod trysky z nádržky na čistou vodu vložte černou houbičku, zajišťuje laminární proudění vody ve vaničce.

2. Vyzkoušejte, jak lze regulovat průtok čisté vody vaničkou a obarvené vody tryskami.

◦ Po stranách vaničky se nachází dva šrouby (6), kterými lze měnit výšku rohů vaničky nad podložkou. Je žádoucí mít vaničku usazenou ve vodorovné poloze (vesměru kolmém na proudnice), jinak proudnice „uhýbají“ k jedné straně. Pomocí obou šroubů lze též nastavit výšku hladiny nad přepadovými otvory, resp. spád vaničky a tím i rychlost průtoku.

◦ Na konci vaničky se nachází stavidlo tvořené třemi kovovými tyčinkami. Pomocí šroubů (16) můžeme prostřední tyčku vysunout a tím stavidlo otevřít.

◦ Trysky jsou na obou stranách opatřeny stavěcími šrouby, jimiž lze regulovat hloubku ponoření trysek.

◦ Průtok obarvené vody se reguluje tlačkou nasazenou na přívodní hadičce (15).

3. Připravte přístroj k vlastnímu měření

◦ Pusťte do nádržky čistou vodu a nechte ji protékat vaničkou. Nastavte průtok vodytakový, aby se hladina v nádržce držela cca 1-2 mm pod přepadovými otvory. Jemné ladění průtoku lze provést pomocí tlačky umístěné na přívodní hadici.

◦ Zakryjte hladinu vody ve vaničce průhlednou deskou. Vyregulujte stavidlo tak, aby bylo toto „víčko“ po celé ploše smáčeno, a aby přes něj voda nikde nepřetékala. Pod „víčkem“ nesmí nikde být vzduchové bubliny!

◦ Opatrně povolte tlačku na hadici s obarvenou vodou (stačí velmi málo!). Tryskamiby měla začít vytékat obarvená voda. Pokud některou z trysek voda nevytéká, mírně na okamžik stlačte hadičku s obarvenou vodou. Též lze mírně uvolnit odvzdušňovací šroub na konci trubice s tryskami (pozor, může tamtudy vytékat obarvená voda).

◦ Stavěcími šrouby (6) je potřeba nastavit sklon vaničky tak, aby proudnice byly rovnoběžné se stěnami vaničky a aby byla rychlost proudění přiměřená a proudnice dobře viditelné po celé délce vaničky.

◦ Dochází-li k tomu, že obarvená voda špiní „víčko“ či dno vaničky, je potřeba upravit polohu trysek vůči hladině, resp. dnu. K nastavení výšky slouží stavěcí šrouby (7)

4. Postup pro vlastní měření

◦ Po předchozí přípravě je možno místo „víčka“ vkládat do vaničky průhledné deskys nalepenými profily kanálů nebo modely obtékaných předmětů. Modely musí být vždy zakryty průhlednou deskou a to tak, aby otvory v desce byly umístěny nad

modelem. Těmito otvory může odcházet přebytečný vzduch a netvoří se tak vzduchové bubliny. Dále je nutno dbát na to, aby byla překryvná deska ve své spodní části dostatečně smáčena. V případě nutnosti upravte výšku hladiny (ta po ponoření těles obvykle poněkud stoupne).

5. Proveďte postupně následující pokusy:

1. Do vaničky vkládejte modely těles v uvedeném pořadí: model křídla, tělesa s různým profilem (kruh, čtverec, trojúhelník...), modely automobilů, domek s komínem. Při provádění pokusů si všímejte oblastí, kde proudění přestává být laminární (proudová vlákna se trhají, tvoří víry). Tyto oblasti jsou více zabarvené barvivem. Zakreslete si pozorované jevy i tvary proudění kolem předmětů.

2. Do vaničky vkládejte modely kanálů v uvedeném pořadí: Kanál s rovnoběžnými stěnami, kanál s různými průřezy (zúžení, rozšíření), model trysky (rovnoměrně seměnící obsah průřezu)

6. Po ukončení práce vše dobře omyjte, hadici na barevnou vodu, nálevku a zejména trysky dobře propláchněte destilovanou vodu, vaničku vypláchněte čistou vodou a vše dobře vysušte. Trysky jsou nejchoulostivější součásti celého přístroje, proto s nimi zacházejte zvláště opatrně a neohýbejte je.

6 Demonstrační souprava pro pokusy z elektřiny (EMA)Literatura: Pokusy s Demonstrační soupravou pro pokusy z elektřiny (příručka k soupravě), ČEZ, Praha, cca 1997

Demonstrační souprava EMA je panelová stavebnice základních elektrických a elektronických obvodů. Základním prvkem stavebnice jsou plastové moduly s jednotlivými součástkami, které se pomocí klasických 7mm banánků vyčnívajících z jejich spodní strany upevňují na vertikální základovou desku, určenou pro zavěšení na tabuli. Přestože je soupravapoměrně názorná a dobře viditelná, je třeba dbát na zvýšenou pozornost při zapojování obvodů, protože se v sestaveném obvodu obtížně vyhledávají chyby (zejména vadné kontakty.) Při zapojování proto zejména kontrolujte stav propojovacích banánků a zdířek na základové desce.Součástí stavebnice je i podrobně vypracovaný metodický materiál s návodem na přípravu a provedení jednotlivých experimentů, který je během praktika k dispozici. Níže uvedené návody jsou proto pouze orientační.

6.1 Funkce potenciometru a reostatu(podrobný návod je uveden pod č. 13 v příručce k soupravě)Pomůcky: LED dioda s ochranným odporem, žárovka, potenciometr, zdroj, spínač, propojovací vodiče, multimetr nebo demonstrační voltmetr+ampérmetr

Podle schématu postupně zapojte nejjednodušší obvod s potenciometrem (proměnný odpor zapojený jako dělič napětí). Otáčením regulačního knoflíku potenciometru měňte napětí v obvodu. Pozorujte změnu svitu LED diody, měřte napětí na potenciometru a na diodě. Sestavte obvod s reostatem a žárovkou. Otáčením regulačního knoflíku měňte jas žárovky, současně měřte proud procházející obvodem.

Zakreslete schéma obou zapojení, vhodně tato zapojení okomentujte a vysvětlete rozdíl mezi nimi. Je proud dodávaný zdrojem při zapojení s potenciometrem konstantní?

6.2 Obvod s kondenzátorem(podrobný návod je uveden pod č. 14 v příručce k soupravě)Pomůcky: kondenzátor 2,2 μF, tlačítkové spínače, odpor 680 Ω, LED dioda s ochranným odporem, zdroj, spínač, propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry

Na obvodu sestaveném podle schématu demonstrujte nabíjení a vybíjení kondenzátoru. Nejprve kondenzátor nabíjejte přes odpor R a měřte nabíjecí proud. Současně sledujte průběh napětí na kondenzátoru. Po nabití přepněte ampérmetr do obvodu s diodou a přes diodu s ochranným odporem kondenzátor vybíjejte. Sledujte pokles napětí na kondenzátoru a proud protékající příslušnou větví el. obvodu.

Oba prováděné pokusy popište a vysvětlete, průběh dějů vhodně komentujte. Kde všude bystehledali kondenzátor? K čemu v daném místě slouží?

6.3 Relé, spínání obvodu pomocí relé(podrobný návod je uveden pod č. 20 v příručce k soupravě)Pomůcky: modul „relé“, zdroj, spínač, žárovka, propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry

Sestavte obvod dle zapojení na obrázku, vyzkoušejte jeho funkci. Srozumitelně popište, vysvětlete a demonstrujte funkci relé. Kde se relé využívá a proč? Uveďte příklady, kde můžeme relé nalézt.

6.4 Příkon, práce a výkon elektromotoru(podrobný návod je uveden pod č. 29 v příručce k soupravě)Pomůcky: elektromotor, zdroj, spínač,propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry, metr, naviják se závažím

Sestavte obvod dle schématu a na osu elektromotorku připevněte šňůrku se závažím. Sepněte obvod a nechte elektromotor navíjet šňůru se závažím. Změřte výšku, o kterou závaží vystoupalo a dobu potřebnou k překonání této vzdálenosti. Z naměřených hodnot určete celkovou mechanickou práci a výkon.

Pokus opakujte, změřte proud protékající obvodem a napětí na zatíženém elektromotorku. Z naměřených hodnot určete příkon elektromotorku. Z výkonu a příkonu určete účinnost elektromotoru.

6.5 Polovodičová dioda(podrobný návod je uveden pod č. 35 v příručce k soupravě)Pomůcky: polovodičová dioda, zdroj, spínač, žárovka, propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry

Sestavte základní obvod s polovodičovou diodou a žárovkou zapojenou v sérii, demonstrujte zapojení diody v propustném a závěrném směru. Měřte napětí na diodě a proud

v obvodu. Celý pokus vhodně komentujte, vysvětlete fyzikální podstatu demonstrovaného jevu. Uveďte možnosti využití polovodičových diod.

6.6 LED dioda(podrobný návod je uveden pod č. 36 v příručce k soupravě)Pomůcky: LED dioda s ochranným odporem, žárovka, zdroj, spínač, propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry

Sestavte základní obvod s žárovkou a demonstrujte, že žárovka svítí nezávisle na směru toku elektrického proudu. Nahraďte v obvodu žárovku LED diodou, demonstrujte propustnostpouze v jednom směru. Měřte napětí na diodě a proud v obvodu. Celý pokus vhodně komentujte, vysvětlete fyzikální podstatu demonstrovaného jevu. Uveďte možnosti využití LED diod.

6.7 Otevření a zavření tranzistoru – stmívač(podrobný návod je uveden pod č. 40 v příručce k soupravě)Pomůcky: tranzistor, potenciometr, rezistor 2,2 kΩ, žárovka, zdroj, spínač, propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry

Sestavte obvod podle schématu, potenciometr nastavte tak, aby žárovka nesvítila (tranzistor je„zavřený“). Postupně otáčejte jezdcem potenciometru a sledujte změnu svitu žárovky. Měřte napětí mezi kolektorem a emitorem tranzistoru a kolektorový proud. Celý pokus vhodně komentujte a vysvětlete jeho fyzikální princip.

6.8 Fotorezistor jako světelné čidlo(podrobný návod je uveden pod č. 41 v příručce k soupravě)Pomůcky: fotorezistor, tranzistor, tranzistorová kaskáda v Darlingtonově zapojení, potenciometr, žárovka, zdroj, spínač, propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry

Sestavte obvod dle schématu, nastavte potenciometr tak, aby žárovka ještě svítila. Postupně zatemňujte tranzistor a sledujte chování žárovky. Můžete zkusit nahradit tranzistor Darlingtonovým zapojením a pokus opakovat. Celý pokus vhodně komentujte, vysvětlete fyzikální podstatu demonstrovaného jevu.

6.9 Automatické osvětlení(podrobný návod je uveden pod č. 42 v příručce k soupravě)Pomůcky: fotorezistor, tranzistor, tranzistorová kaskáda v Darlingtonově zapojení, potenciometr, žárovka, zdroj, spínač, propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry

Sestavte obvod dle schématu, nastavte potenciometr tak, aby žárovka nesvítila. Postupně zatemňujte tranzistor a sledujte chování žárovky. Můžete zkusit nahradit tranzistor Darlingtonovým zapojením a pokus opakovat. Celý pokus vhodně komentujte, vysvětlete fyzikální podstatu demonstrovaného jevu.

6.10 Teplotní čidlo(podrobný návod je uveden pod č. 43 v příručce k soupravě)Pomůcky: termistor, tranzistor, tranzistorová kaskáda v Darlingtonově zapojení, potenciometr, žárovka, zdroj, spínač, propojovací vodiče, multimetry nebo demonstrační voltmetr+ampérmetry

Sestavte obvod dle schématu, nastavte potenciometr tak, aby žárovka ještě svítila. Zahřívejte termistor (např. nad plamenem (OPATRNĚ!!)), sledujte chování žárovky. Můžete zkusit nahradit tranzistor Darlingtonovým zapojením a pokus opakovat. Celý pokus vhodně komentujte, vysvětlete fyzikální podstatu demonstrovaného jevu. Nalezněte využití takovéhoto zapojení.

7 Pokusy se žákovskou soupravou pro vyučování elektřině 1

Literatura: Josef Ondráček, pokusy se žákovskou soupravou pro vyučování elektřině, díl 1. Učební pomůcky, Praha, 1968 (příručka k soupravě).

Použitá souprava pro vyučování elektřině je určena především pro práci žáka, a tato skutečnost se odráží i ve výběru experimentů. Většina je koncipována pro frontální nebo laboratorní práci, proto i úkoly v praktiku mají spíše ověřovací a výzkumný charakter. Některé pokusy však lze po úpravách využít i pro demonstraci vybraných dějů a jevů. Součástí soupravy je i podrobně vypracovaný metodický materiál s návodem na přípravu a provedení jednotlivých experimentů, který je během praktika k dispozici. Níže uvedené návody jsou proto pouze orientační.

7.1 Ovocné bateriePomůcky: Ovoce s dostatečně vlahou dužinou (grapefruit, pomeranč, jablko), elektrody z různých kovů (postačí i kousky plechu) – zinek, měď, hliník, ocel, olovo..., galvanometr nebocitlivý voltmetr, LED dioda, propojovací vodiče.Dvě kovové elektrody zapíchnuté do ovoce mohou vytvořit elektrický článek. Zjistěte:

a) které dva kovy vytvoří největší elektrické napětíb) které ovoce poskytuje největší elektrické napětí.

• Rozmyslete si postup práce (co budete měnit, co budete měřit a co je nutno zachovat stejné, aby výsledky nebyly zkreslené.)

• Proveďte experimenty, kterými zjistíte odpovědi na otázky v zadání, svá pozorování zapište.

• Na základě předchozích zjištění navrhněte nejlepší „ovocnou baterii“, sestavte ji a ověřte její parametry měřením.

• Zkuste zapojit několik takovýchto ovocných článků do série tak, aby se připojená LEDdioda rozsvítila. (Dbejte na správnou polaritu při připojování LED ke kontaktům). Nakreslete schéma el. obvodu, i plánek zapojení (skicu se skutečným uspořádáním).

7.2 Odpor vodičePomůcky: Zdroj napětí (cca 4 – 5 V), stojánky s Holtzovými svorkami, destička se spínačem,destička s žárovkou, propojovací vodiče, ampérmetr, měděný, železný a odporový drát průměru 0,2 mm. (podrobný návod je v příručce – pokus č. 201.)Zapojte základní elektrický obvod se zdrojem, spínačem a žárovkou. Pozorujte jas žárovky. Obvod přerušte, doplňte v přerušeném místě o Holtzovy svorky, mezi které napnete drát. Zapněte obvod a pozorujte změnu jasu žárovky. Změna jasu indikuje změnu velikosti proudu protékajícího obvodem. Doplňte obvod o ampérmetr a proud protékající obvodem změřte. Opakujte pro různé druhy drátu.Vysvětlete pozorované zmenšení proudu protékajícího obvodem.

7.3 Stanovení závislosti odporu vodiče na jeho délce, průřezu a materiálu

Pomůcky: Zdroj napětí (cca 4 – 5 V), stojánky s Holtzovými svorkami, metr, destička se spínačem, destička s žárovkou, propojovací vodiče, krokosvorky, ampérmetr, vodiče z různého materiálu (měď, železo, nikelin, konstantan...) a o různém průměru. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 203.)Sestavte základní obvod se spínačem a žárovkou, v jednom místě rozdělený a doplněný o Holtzovy svorky. Mezi svorky upevňujte dráty různého průřezu a z různých materiálů a sledujte proud protékající obvodem. U každého drátu měňte i délku pomocí krokosvorky přichytávané v různých vzdálenostech od jedné ze svorek. Pozorujte změnu proudu protékajícího obvodem. Svá pozorování zapisujte do tabulky. Pokles lze kvalitativně pozorovat na jasu žárovky, vhodnější je však nahradit žárovku ampérmetrem.

7.4 Vyvození Ohmova zákonaPomůcky: Regulovatelný zdroj napětí (cca 0-15 V), nebo školní zdroj a dělič napětí, ampérmetr, voltmetr, rezistory 20, 50 a 100 Ω, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 202.)Ze zdroje a děliče vytvořte regulovatelný zdroj el. napětí, ke kterému podle schématu připojíterezistor, ampérmetr a voltmetr.Postupně zvyšujte napětí na rezistoru v krocích po 2 V,měřte proud protékající rezistorem, naměřené hodnoty sizapisujte. Postup opakujte pro další hodnoty rezistorů. Zevšech naměřených hodnot vytvořte podíl U/I, hodnotynavzájem porovnejte. Měření zpracujte i graficky. Jak se mění proud v závislosti na napětí? Mění se nějakhodnota podílu U/I?

7.5 Vyvození pojmu „příkon elektrického spotřebiče“Pomůcky: Regulovatelný zdroj napětí, nebo školní zdroj a dělič napětí, dvě žárovky 12V, voltmetr, ampérmetr, spínač, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 401.)Ze zdroje a děliče vytvořte regulovatelný zdroj el. napětí, ke kterému podle schématu připojítedvě žárovky v sériovém, resp. paralelním zapojení, ampérmetr a voltmetr. Zdroj napětí nastavte na 12 V, uzavřete obvod, zapište si hodnoty napětí a proudu protékajícího obvodem, pozorujte jas žárovek.Zapojte žárovky sériově, napětí zdroje ponechte na 12 V. Uzavřete obvod, pozorujte, že žárovky svítí mnohem slaběji. Zvyšujte napětí na zdroji do té doby, než se jas žárovek vrátí na původní hodnotu (24 V). Změřte napětí i proud procházející žárovkami. Vypočtěte příkon žárovek v jednotlivých případech. Závisí pouze na napětí?

7.6 Přeměna elektrické energie v energii tepelnouPomůcky: Regulovatelný zdroj napětí, Holtzovy svorky, tenký drát (měkká ocel nebo měď o průměru 0,2 mm), závaží, stojan s pravítkem, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 403.)

Sestavte obvod podle obrázku, sestaveným obvodem nechte procházet el. proud. Vodič se průchodem proudu zahřívá, což se projeví jeho prodloužením. Při větším proudu se drát rozžhaví a přepálí.Pozorovaný děj vhodně komentujte a vysvětlete.

7.7 Model pojistky. Zkrat v elektrickém obvoduPomůcky: Zdroj napětí (6-24 V), Holtzovy svorky, tenký měděný drátek z rozpletené šňůry, žárovka, spínač, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 404.)

Sestavte obvod podle obrázku, část obvodu je tvořena tenkým měděným drátkem upevněným v Holtzových svorkách. Po zapojení obvodu by žárovka znázorňující spotřebič měla svítit. Po přemostění žárovky (propojení svorek dalším vodičem) dojde k přepálení drátku. Průběh pokusu vhodně komentujte a vysvětlete.

7.8 Zjištění magnetičnosti ocelových těles ležících delší dobu v mag. poli Země

Pomůcky: Magnetická střelka na stojánku. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 510.)

Magnetickou střelku na stojánku přibližte k tělesu ústředního topení. Zatímco jeho horní část přitahuje jeden pól, spodní část radiátoru přitahuje opačný pól.

7.9 Magnetické pole cívkyPomůcky: Magnetická střelka na stojánku, galvanometr, regulovatelný zdroj napětí (do 24 V), cívka 200 z, spínač. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 513.)

Sestavte obvod dle obrázku – cívku sériově s galvanometrem, spínačem a ochranným rezistorem. K jednomu konci cívky přibližte magnetku. Po uzavření el. obvodu se cívka začnechovat jako magnet. Prozkoumejte magnetkou pole cívky, měňte konfiguraci zapojení (změňte polaritu zdroje, přibližte magnetku k opačnému konci cívky...)Na základě svého pozorování zformulujte Ampérovo pravidlo pro cívku.

8 pokusy se žákovskou soupravou pro vyučování elektřině 2

Literatura: Josef Ondráček, pokusy se žákovskou soupravou pro vyučování elektřině, díl II. Učební pomůcky, Praha, 1968 (návod dodávaný se žákovskou soupravou pro vyučování elektřině).

8.1 Model alternátoru s permanentním magnetemPomůcky: model elektrického točivého stroje, permanentní magnet, galvanometr, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 702.)

Sestavte model alternátoru podle obrázku, připojte výstup s dvěma kroužky ke galvanometru. Do dutiny zespod alternátoru vložte permanentní magnet.Prozkoumejte jednotlivé součásti alternátoru, prověřte, popište a vysvětlete jeho funkci. Otáčejte kotvou alternátoru vždy o půl otáčky a sledujte výchylku galvanometru.

8.2 Model alternátoru s elektromagnetemPomůcky: Zdroj el. napětí (5 V SS), model elektrického točivého stroje, dvě cívky 400 z. galvanometr, U-jádro, podložní deska k rozkladnému transformátoru s příslušenstvím, vypínač, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 703.)

Ze dvou cívek, U-jádra a příslušenství sestavte transformátor s otevřeným jádrem, na jehož pólové nástavce nasaďte model točivého stroje. Cívky je třeba sériově propojit a připojit ke zdroji el. napětí. Na výstupní svorky točivého stroje připojte galvanometr.Otáčejte kotvou stroje (vždy o půl otáčky) a pozorujte výchylku ručky galvanometru. Komentujte a zakreslete své pozorování.Uveďte kotvu do rychlého točivého pohybu. Vysvětlete, proč se ručka galvanometru vychyluje jen minimálně. Vypojte jednu cívku, nebo snižte napájecí napětí cívek. Opakujte předchozí pokusy a komentujte pozorované změny.

8.3 Model dynamaPomůcky: model elektrického točivého stroje, permanentní magnet, galvanometr, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 704.)

Sestavte model dynama podle obrázku, připojte výstup ke komutátoru (jeden přerušovaný kroužek). Do dutiny zespod dynama vložte permanentní magnet.Popište jednotlivé součásti dynama a vysvětlete jejich funkci, zaměřte se zejména na komutátor. Otáčejte kotvou vždy o půl otáčky a sledujte výchylku galvanometru. Zkuste změnit smysl otáčení a pozorujte změnu v generovaném proudu. Pozorujte a popište funkci

komutátoru. Zkuste nahradit permanentní magnet elektromagnetem podobně, jako v předchozí úloze.

8.4 Model elektromotoruPomůcky: Regulovatelný zdroj el. napětí, model elektrického točivého stroje, spínač, propojovací vodiče, U-jádro, dvě cívky. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 705.)

Sestavte model elektromotoru (zapojte na začátku pouze jednu cívku statoru!) a připojte ke zdroji SS el. napětí.Zapojte obvod a sledujte, jak se kotva elektromotoru roztočí. Regulací napětí můžete regulovat rychlost otáčení elektromotoru.Změňte polaritu zapojení a pokus zopakujte. Poté zařaďte do statoru ještě jednu cívku (pozor na správnou polaritu cívek!) a pokus znovu zopakujte.Připojte elektromotor ke zdroji střídavého el. napětí a pokus zopakujte.

8.5 Stavba transformátoruPomůcky: Cívka 200 z a 400 z, U-jádro, podložní deska k rozkladnému transformátoru s příslušenstvím. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 801.)

Sestavte transformátor s uzavřeným lístkovým jádrem. Popište jeho jednotlivé části

8.6 Transformace střídavého prouduPomůcky: Model transformátoru (viz předchozí úloha), zdroj el. napětí (4-6 V SS/ST.), galvanometr, spínač, žárovka, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 802.)

Primární cívku transformátoru propojte přes spínač ke zdroji stejnosměrného napětí, k sekundární cívce připojte galvanometr. Pozorujte výchylku ručky galvanometru při mžikovém sepnutí a rozepnutí obvodu.Opakujte tentýž pokus v různých obměnách: vyzkoušejte cívky s různým počtem závitů (200, 400), otevřené i uzavřené jádro.Obvod připojte ke zdroji střídavého napětí a pokus opakujte. Nakonec do obvodu připojte ještě dvě žárovky (jednu do primární, druhou do sekundární části). Pozorované jevy vhodně komentujte a vysvětlete.

8.7 Transformace nahoru a dolůPomůcky: Model transformátoru, zdroj el. napětí (0-24 V St, regulovatelný), voltmetr, spínač, propojovací vodiče. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 803.)

Sestavte obvod obdobně jako v předchozím pokusu, k primární i sekundární cívce připojte voltmetry. Provádějte měření pro různé počty závitů primární a sekundární cívky a pro různá napětí. Svá měření zapisujte do tabulky podobné následující tabulce. Na základě svých měřenízformulujte transformační poměr.

Počet závitůprimární c.

Počet závitůsekundární c.

poměr počtuzávitů

napětí naprimární c.

napětí nasekundární c.

poměr napětí

100 200 5 V

100 400 5 V

200 400 5 V

100 200 10 V

200 400 10 V

200 100 20 V

400 200 20 V

400 100 20 V

8.8 Model indukční pecePomůcky: Model transformátoru, prstenec s držákem, stativový materiál, zdroj el. napětí (24 V St), spínač, propojovací vodiče, parafín. (Pomůcky lze použít ze Žákovské soupravy pro vyučování elektřině, kde je k dispozici i podrobný návod – pokus č. 805.)

V modelu transformátoru ponechte cívku se 400 závity, druhou nahraďte prstencem a vše znovu sestavte. Rukojeť prstence uchyťte do stativu tak, aby se prstenec nedotýkal jádra a byl přibližně v polovině jeho výšky. Primární cívku připojte přes spínač ke zdroji stříd. napětí. Doprstence vhoďte několik kousků parafínu a uzavřete primární obvod. Po několika minutách parafín roztaje.Pozorovaný jev vhodně komentujte a vysvětlete. Po skončení práce žlábek pečlivě vyčistěte.

Příloha: Vystřihovánka hádku a větrníku pro pokus č. 3.7U větrníku prostřihněte naznačené čáry a vyhněte lopatky větrníku směrem dolů.