Základný elektrický list

BMW M550d test - Maroš ČABÁK TopSpeed.sk (Apríl 2019).

Anonim

Základný elektrický list

Základná elektrina


Otázka 1

Aký je účel prepínača uvedeného v tomto schémach "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00013x01.png">

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Toto zariadenie je známe ako prepínač a jeho účelom v tomto okruhu je vytvoriť alebo prerušiť elektrickú kontinuitu obvodu, aby sa regulovala žiarovka.

Poznámky:

Začiatočníci študenti často nájdu terminológiu pre prepínače mätúce, pretože slová otvárajú a zatvárajú zvuk podobný terminológii používanej pre dvere, ale neznamenajú úplne to isté, keď sa používajú v súvislosti s prepínačom! Aby ste pomohli vyhnúť sa zmätkom, požiadajte študentov, ako môžu tieto pojmy myslieť spôsobom, ktorý je v súlade s ich významom v kontexte elektrického prepínača.

Jednou z analógií, ktorá sa používa na funkciu prepínača, ktorá má zmysel so schémou, je padací mostík: keď je mostík zatvorený, môžu sa prejsť autá; keď most je hore (otvorené), autá nemôžu.

Otázka 2

Aký je rozdiel v tom, či je prepínač umiestnený v obidvoch týchto dvoch alternatívnych miestach v obvode?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Voľba umiestnení spínačov zobrazených v dvoch alternatívnych diagramoch nie je vôbec žiadna zmena. V oboch prípadoch má prepínač rovnakú kontrolu nad žiarovkou.

Poznámky:

Toto je pre niektorých študentov ťažké ovládnutie. Uistite sa, že všetci pochopia povahu elektrického prúdu a dôležitosť kontinuity v celom obvode. Možno, že pre študentov je najlepším spôsobom, ako zvládnuť tento koncept, je skutočne vybudovať pracovné obvody batériových spínačov. Pripomeňte im, že ich "výskum" týchto otázok v pracovnom hárku nie je obmedzený na čítanie kníh. Nie je to len platné, ale je lepšie, aby experimentovali sami, pokiaľ sú napätia dostatočne nízke, aby nedošlo k úrazu elektrickým prúdom.

Jednou z analógií, ktorá sa používa na funkciu prepínača, ktorá má zmysel so schémou, je padací mostík: keď je mostík zatvorený, môžu sa prejsť autá; keď most je hore (otvorené), autá nemôžu.

Otázka 3

Má tento vypínač (v uzavretom stave) nízky odpor alebo vysoký odpor medzi svorkami "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00027x01.png">

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Uzavretý spínač má malý odpor medzi svorkami.

Poznámky:

Spýtajte sa študentov, čo by to znamenalo, keby bol skutočne nameraný uzatvorený prepínač s vysokým odporom medzi svorkami. Vedieť, aké by mali byť merania akýchkoľvek elektrických komponentov, je veľmi dôležitá zručnosť pri riešení problémov.

Otázka 4

Ako by ste mohli použiť merací prístroj (alebo merací prístroj na meranie vodivosti / kontinuity), či tento elektrický vypínač je v otvorenom alebo zatvorenom stave?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Väčšina multimetrov má merací rozsah "odporu" ("Ohms scale"), ktorý sa môže použiť na kontrolu kontinuity. Buď pomocou meracieho prístroja alebo meradla vodivosti / kontinuity merajte medzi dvoma skrutkovými svorkami tohto spínača: ak je odpor nízky (dobrá vodivosť), potom je spínač zatvorený . Ak je nameraný odpor nekonečný (bez vodivosti), potom je spínač otvorený .

Poznámky:

To je ďalšia otázka, ktorá sa dobre hodí na experimentovanie. Životne dôležitá zručnosť pre študentov je, ako používať svoje testovacie zariadenie na diagnostikovanie stavov jednotlivých komponentov.

Jednoduchým zdrojom jednoduchých prepínačov (SPST) je hardvér: používajte rovnaký typ prepínača, ktorý sa používa na ovládanie osvetlenia domácnosti. Tieto spínače sú veľmi lacné, odolné a dodávajú sa s ťažkými skrutkovými svorkami na pripevnenie drôtu. Pri použití v projektoch s malými batériami sú takmer nezničiteľné!

Otázka 5

Určte, či sa žiarovka vypne pre každú z nasledujúcich zlomov v obvode. Zvážte iba jednu prestávku naraz:

Vyberte jednu možnosť pre každý bod:
• A: bez napájania / bez účinku
• B: bez napájania / bez účinku
• C: vypnutie napájania / žiadny efekt
• D: bez napájania / bez účinku
• E: vypnutie napájania / žiadny efekt
• F: bez napájania / bez účinku
Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

• A: odpojte napájanie
• B: žiadny účinok
• C: žiadny účinok
• D: žiadny účinok
• E: vypnutie napájania
• F: žiadny efekt

Poznámky:

Táto otázka je dôležitá v procese riešenia problémov pri učení študentov. Zdôrazniť význam induktívneho myslenia: odvodenie všeobecných princípov zo špecifických prípadov. Čo nám hovorí správanie tohto okruhu o pracovnom paneli panelu panelu pracovnej plochy?

Otázka 6

Tu je zjednodušené znázornenie atómu : najmenšie rozdelenie hmoty, ktoré sa môže izolovať fyzikálnymi alebo chemickými metódami.

Vo vnútri každého atómu je niekoľko menších kúskov hmoty nazývaných častice . Identifikujte tri rôzne typy "elementárnych" častíc vnútri atómu, ich elektrické vlastnosti a ich príslušné polohy v rámci atómu.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Neutróny sa nachádzajú v strede ("jadro") atómu, rovnako ako protóny. Neutróny sú elektricky neutrálne (bez náboja), zatiaľ čo protony majú kladný elektrický náboj. Elektróny, ktoré sa nachádzajú mimo jadra, majú negatívne elektrické náboje.

Poznámky:

Väčšina, ak nie všetci, budú študenti oboznámení so vzorom "slnečného systému", ktorý pochádza z primárneho a sekundárneho vedeckého vzdelávania. V skutočnosti však tento model atómovej štruktúry nie je taký presný. Pokiaľ to niekto vie, skutočné fyzické rozloženie atómu je veľa, oveľa viac než toto!

Otázka, ktorá by mohla vzniknúť v diskusii, je definícia "poplatku". Nie som si istý, či je možné zásadne definovať, čo je "poplatok". Samozrejme, môžeme hovoriť o "pozitívnych" a "negatívnych" poplatkoch z operačného hľadiska: to, ako odpudzujú náboje a protikladné poplatky. To však v skutočnosti nehovorí, aký poplatok vlastne je. Táto filozofická nepríjemnosť je bežná vo vede: schopnosť popísať, čo je z hľadiska svojho správania, ale nie jeho identity alebo prírody.

Otázka 7

Rôzne typy atómov sa vyznačujú rôznymi počtami elementárnych častíc v nich. Určte počet elementárnych častíc v každom z týchto typov atómov:

• uhlík
• Vodík
• Hélium
• Hliník

Tip: pozrite každý z týchto prvkov na periodickej tabuľke .

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Každý atóm uhlíka je garantovaný obsahom 6 protónov. Pokiaľ nie je atóm elektricky nabitý, bude obsahovať aj 6 elektrónov na vyrovnanie náboja protónov. Väčšina atómov uhlíka obsahuje 6 neutrónov, niektoré však môžu obsahovať viac alebo menej ako 6.

Každý atóm vodíka je zaručený obsahovať 1 protón. Pokiaľ nie je atóm elektricky nabitý, bude obsahovať aj jeden elektrón na vyrovnanie náboja jedného protónu. Väčšina atómov vodíka neobsahuje žiadne neutróny, niektoré však obsahujú jeden alebo dva neutróny.

Každý atóm hélia zaručuje, že obsahuje 2 protóny. Pokiaľ nie je atóm elektricky nabitý, bude obsahovať aj 2 elektróny na vyrovnanie náboja protónov. Väčšina atómov hélia obsahuje 2 neutróny, niektoré však môžu obsahovať viac alebo menej ako 2.

Každý atóm hliníka je garantovaný obsahom 13 protónov. Pokiaľ nie je atóm elektricky nabitý, bude obsahovať aj 13 elektrónov na vyrovnanie náboja protónov. Väčšina atómov hliníka obsahuje 14 neutrónov, niektoré však môžu obsahovať viac alebo menej ako 14.

Počas skúmania počtu častíc v každom z týchto typov atómov sa môžete stretnúť s týmito pojmami: atómové číslo a atómová hmotnosť (niekedy nazývaná atómová hmotnosť ). Buďte pripravení diskutovať o tom, čo tieto dva pojmy znamenajú.

Poznámky:

Nezabudnite sa opýtať študentov, aké definície nájdu pre "atómové číslo" a "atómovú hmotnosť".

Veľmi sa odporúča, aby študenti hľadali pravidelné tabuľky, ktoré im pomôžu pri ich výskume v tejto otázke. Usporiadanie prvkov na periodickej tabuľke môže vyvolať niekoľko ďalších otázok, ako napríklad: "Prečo sú rôzne prvky usporiadané takýmto spôsobom" panel panelu panelu pracovných stolov-default "itemscope>

Otázka 8

Z troch typov "elementárnych častíc" tvoriacich atómy určiť, ktorý typ (y) ovplyvňujú nasledujúce vlastnosti prvku:

• chemická identita atómov (či už ide o atóm dusíka, železa, striebra alebo nejaký iný prvok).
• Hmotnosť atómu.
• elektrický náboj atómu.
• či je alebo nie je rádioaktívny (spontánny rozpad jadra).
Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

• Chemická identita atómov: protóny .
• Hmotnosť atómu: neutróny a protóny a v menšom rozsahu aj elektróny .
• Elektrický náboj atómu: elektróny a protóny (či sú čísla rovnaké alebo nie).
• či je alebo nie je rádioaktívny: neutrony, aj keď v niektorých prípadoch by sa mohli vysloviť aj protony, pretože nie sú známe žiadne "stabilné" (nerádioaktívne) izotopy určitých prvkov, totožnosť prvku je určená striktne počtom protóny.

Poznámky:

Nikdy neprestáva fascinovať ma, koľko zo základných vlastností prvkov je určené jednoduchým celočíselným počtom častíc v jadre každého jednotlivého jadra.

V odpovedi predstavujem slovo izotop . Nechajte študentov skúmať, čo tento termín znamená. Nerozprávajte im jednoducho!

Otázka 9

Grécke slovo pre jantárovú (fosilizovanú živicu) je elektron . Vysvetlite, ako to bolo slovo popisujúce určitý typ subatomickej častice (elektrón).

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Keď sa kúsok jantáru trení látkou, na oboch predmetoch sa vyvíja statický elektrický náboj. Skorí experimentátori predpokladali existenciu neviditeľnej tekutiny, ktorá sa prenášala medzi jantárom a látkou. Neskôr sa zistilo, že malé "sub-atomové častice" predstavujú túto "kvapalinu" a bol im daný elektrón .

Poznámky:

Táto otázka poskytuje dobrú príležitosť na diskusiu o histórii elektrickej energie ao tom, ako jej porozumenie a ovládnutie dramaticky zmenilo životy ľudí. Nezabudnite klásť otázky týkajúce sa Benjamina Franklina a modelovanie elektriny ako kvapaliny . Vedeckému objaveniu často pomáhajú modely, ale môžu im tiež brániť. Franklinov model elektrickej energie ako kvapaliny urobil oba (konvenčné verzus tok elektrónov)!

Otázka č. 10

Čo to znamená, že objekt má elektrický náboj ? Uveďte príklad objektu, ktorý dostane elektrický náboj, a popíšte, ako sa môže tento nábojovaný objekt správať.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Pre objekt, ktorý má byť elektricky nabitý, musí mať medzi svojimi atómami buď prebytok, alebo deficit elektrónov.

Bežným príkladom elektricky nabitých predmetov je trenie latexových balónikov proti oblečeniu z vlny alebo čistenie vlasov plastovým hrebeňom. Dôsledky týchto elektrických nábojov sú veľmi ľahko vnímané!

Poznámky:

Táto otázka prirodzene vedie k diskusii o atómovej teórii. Povzbudzujte svojich študentov, aby diskutovali o jednoduchých modeloch atómu a skúmali, ako slúžia na vysvetľovanie elektriny z hľadiska umiestnenia elektrónov a pohybu.

Otázka 11

Koľko elektrónov je obsiahnutých v jednej náboji náboja?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

V jednom náboji je 6, 25 × 10 18 elektrónov. Čo by to vyzeralo bez použitia vedeckého zápisu? Napíšte to isté číslo pomocou najvhodnejšej predpony metrík.

Poznámky:

Malý prehľad matematiky tu: pomocou vedeckého zápisu označovať veľmi veľké (alebo veľmi malé) čísla.

Otázka č. 12

Čo sa deje, keď sú tretie dva objekty spolu a výsledok statickej elektriny?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Keď sa niektoré kombinácie materiálov tretia dohromady, pôsobenie trenia prenáša elektróny z atómov jedného materiálu na atómy druhého. Táto nerovnováha elektrónov opúšťa pôvodný materiál s pozitívnym nábojom a druhý s negatívnym nábojom.

Poznámky:

Pojmy "pozitívny" a "negatívny" sa zdajú spätne vo vzťahu k modernému konceptu elektrónov ako nosičov náboja. Uistite sa, že ste diskutovali o historickom aspekte tejto terminológie (dohady Benjamina Franklina) a následné označenie jednotlivého náboja elektrónu ako "negatívne".

Otázka 13

Je to oveľa jednoduchšie elektricky "nabíjať" atóm, ako zmeniť jeho chemickú identitu (povedzme z olova do zlata). Čo to naznačuje relatívna pohyblivosť elementárnych častíc v rámci určitého atómu?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Elektróny sa oveľa ľahšie odoberajú alebo pridávajú k atómu, ako sú protóny. Dôvodom je aj riešenie paradoxu toho, prečo sa protony pevne spájajú v jadre atómu napriek ich identickým elektrickým nábojom.

Poznámky:

Diskutujte so svojimi študentmi dôležitosť tejto skutočnosti: že elektróny môžu byť pridané alebo odobraté z určitého atómu pomerne ľahko, ale že protony (a neutróny) sú veľmi tesne "viazané" v rámci jedného atómu. Čo sa môže chovať atómami, akoby ich protóny neboli tak pevne viazané, ako sú?

Vieme, čo sa stane s elektrónmi niektorých atómov, keď sú látky tlejú spolu. Čo by sa mohlo stať s týmito látkami, ak by neboli protóny tak blízko, ako sú?

Otázka č. 14

Vysvetlite, čo elektrické pojmy napätie, prúd a odpor znamenajú pomocou vlastných slov.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Napätie: elektrický "tlak" medzi dvomi rôznymi bodmi alebo miestami.

Prúd: tok elektrónov.

Odolnosť: odpor, alebo "trenie", k toku elektrónov.

Napätie, prúd a odpor sa vzťahuje prostredníctvom Ohmovho zákona.

Poznámky:

Aj keď je pre študentov jednoduché, aby študenti hľadali definície týchto slov z ľubovoľného počtu odkazov, je dôležité, aby ich mohli odovzdať do vlastných slov. Pamätajúc si na definíciu nie je to isté ako naozaj pochopenie, a ak študent nie je schopný popísať význam termínu pomocou vlastných slov, potom to určite nechápe! Je tiež užitočné povzbudiť študentov k tomu, aby uviedli do praxe príklady týchto pojmov.

Otázka č. 15

Popíšte, čo je "elektrina" podľa vlastných slov.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Ak máte ťažkosti s formuláciou definície pojmu "elektrina", postačí jednoduchá definícia "elektrického prúdu". To, čo tu hľadám, je popis toho, ako môže existovať elektrický prúd v pevnom materiáli, ako je kovový drôt.

Poznámky:

Táto otázka nie je taká jednoduchá, ako sa môže najskôr objaviť. Iste, elektrický prúd je definovaný ako "tok" elektrónov, ale ako elektróny "prúdia" cez pevný materiál, ako je meď? Ako prechádza niečo cez pevný materiál?

Mnohé vedecké disciplíny spochybňujú naše myšlienky "zdravého rozumu" o realite vrátane zdanlivo pevnej podstaty určitých látok. Jedným z oslobodzujúcich aspektov vedeckého výskumu je to, že nás oslobodzuje od obmedzení vnímania priameho zmyslu. Prostredníctvom štruktúrovaného experimentovania a prísneho myslenia dokážeme "vidieť" veci, ktoré by inak nebolo možné vidieť. Určite nemôžeme vidieť elektróny s našimi očami, ale môžeme odhaliť ich prítomnosť špeciálnym vybavením, zmerať ich pohyb odvodením iných účinkov a empiricky dokázať, že skutočne existujú.

V tejto súvislosti je vedecká metóda nástrojom na rozširovanie ľudských schopností. Vaši študenti začnú zažívať vzrušenie "pracovať s neviditeľným", keď skúmajú elektrické a elektrické obvody. Vašou úlohou ako inštruktorom je podporiť a povzbudiť tento pocit zázraku vo vašej práci študentov.

Otázka č. 16

Aký je rozdiel medzi materiálmi klasifikovanými ako vodiči v porovnaní s materiálmi klasifikovanými ako izolátory, v elektrickom zmysle týchto slov?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Elektrické "vodiče" ponúkajú ľahký prechod elektrického prúdu cez tieto, zatiaľ čo elektrické "izolátory" nemajú. Základný rozdiel medzi elektrickým "vodičom" a elektrickým "izolátorom" spočíva v tom, ako ľahko sa elektróny môžu odchyľovať od svojich príslušných atómov.

Na ilustráciu mobility elektrónov v kovovej látke skúmajte termíny elektrónový plyn a "More elektrónov" v príručke chemie.

Poznámky:

Je dôležité uvedomiť si, že elektrické "vodiče" a "izolátory" nie sú rovnaké ako termické "vodiče" a "izolátory". Materiály, ktoré sú izolátormi v elektrickom zmysle môžu byť spravodlivé vodiče tepla (niektoré silikónové gély, prenosové kvapaliny pre chladiče, napríklad). Materiály, ktoré sú elektrickými vodičmi, môžu byť spravodlivé izolátory v tepelnom zmysle (napríklad vodivé plasty).

Otázka 17

Identifikujte niekoľko látok, ktoré sú dobrými vodičmi elektrickej energie, a niekoľko látok, ktoré sú dobrými izolátormi elektrickej energie.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Je veľmi jednoduché skúmať (a otestovať!), Či sú rôzne látky buď vodiče alebo izolátory elektrickej energie. Ponechám túto úlohu vo svojich veľmi schopných rukách.

Poznámky:

Ak majú študenti prístup k jednoduchým multimetrom, môžu s nimi vykonávať testy vodivosti rôznych látok. Je to zábavná a zaujímavá aktivita v triede!

Otázka 18

V najjednoduchších pojmoch, ktoré si môžete myslieť, definujte, čo je elektrický okruh .

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Elektrický obvod je akoukoľvek súvislou cestou pre to, aby elektróny odtečili od zdroja elektrického potenciálu (napätia) a znova späť.

Poznámky:

Hoci sú definície dostatočne ľahké na výskum a opakovanie, je dôležité, aby sa študenti naučili vložiť tieto pojmy do vlastných slov. Požiadanie študentov, aby poskytli praktické príklady "okruhov" a "bez okruhov", je jedným zo spôsobov, ako zabezpečiť hlbšie preskúmanie konceptov ako jednoduché zapamätanie.

Slovo "okruh", v obyčajnom používaní, často odkazuje na čokoľvek elektrické. Samozrejme, to nie je pravda v technickom zmysle slova. Študenti si uvedomia, že mnohé pojmy, ktoré sa učia a používajú v kurze elektriny alebo elektroniky, sa v spoločnom prejave nesprávne používajú. Slovo "krátke" je ďalším príkladom: technicky sa vzťahuje na špecifický typ poruchy obvodu. Obyčajne ho ľudia používajú na označenie akéhokoľvek druhu elektrického problému.

Otázka č. 19

Aký je rozdiel medzi jednosmernou a striedavou elektrickou energiou? Určite niektoré bežné zdroje každého druhu elektriny.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

DC je skratka, ktorá znamená Direct Current : to znamená elektrický prúd, ktorý sa pohybuje len jedným smerom. AC je skratka, ktorá znamená alternatívny prúd : to znamená elektrický prúd, ktorý pravidelne obracia smer ("alternuje").

Elektrochemické batérie generujú DC, rovnako ako solárne články. Mikrofóny generujú striedavý prúd pri snímaní zvukových vĺn (vibrácie molekúl vzduchu). Existuje veľa, veľa iných zdrojov elektrickej a elektrickej inštalácie ako to, čo som tu uviedol!

Poznámky:

Diskutujte trochu histórie AC versus DC v raných systémoch napájania. V prvých dňoch elektrickej energie v Spojených štátoch amerických sa vyskytla rozptýlená diskusia medzi použitím DC a AC. Thomas Edison vyhral DC, zatiaľ čo George Westinghouse a Nikola Tesla obhajovali AC.

Možno by bolo vhodné spomenúť, že takmer celá elektrická energia na svete je generovaná a distribuovaná ako AC (Alternating Current) a nie ako DC (inými slovami, Thomas Edison prehral bitku AC / DC!). V závislosti od úrovne triedy, ktorú vyučujete, to môže alebo nemusí byť vhodný čas na vysvetlenie, prečo väčšina energetických systémov používa AC. Či tak alebo onak, vaši študenti sa pravdepodobne pýtajú prečo, takže by ste mali byť pripravení riešiť túto otázku nejakým spôsobom (alebo nechať ich oznámiť akékoľvek zistenia ich vlastné!).

Otázka 20

Predstavte si, že ste postavili kabínu ďaleko od elektrickej energie, ale chcete mať elektrickú energiu k napájaniu žiaroviek, rozhlasu, počítača a ďalších užitočných zariadení. Určite aspoň tri rôzne spôsoby, ako môžete vytvoriť elektrickú energiu na napájanie elektrickej energie v tejto kabíne.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Existuje niekoľko rôznych zariadení schopných vyrábať elektrickú energiu pre vašu kabínu:

• Generátor poháňaný motorom
• Solárny článok
• Termopilu
• Veterný mlyn

Pre každé z týchto zariadení, aký je jeho princíp fungovania a odkiaľ získava svoju energiu?

Poznámky:

Pre každý z týchto zdrojov "elektrickej energie" je základnejším zdrojom energie. Ľudia často mylne myslia na generátorové zariadenia ako magické zdroje energie, kde nie sú ničím iným ako energetickými konvertormi : transformujú energiu z jednej formy na druhú.

Otázka č. 21

Odkiaľ prichádza elektrina z toho, ktorý ovláda váš dom alebo vašu školu, alebo pouličné svetlá pozdĺž ciest alebo mnohé obchodné zariadenia vo vašom meste? Zistíte, že existuje veľa rôznych zdrojov a typov zdrojov elektrickej energie. V každom prípade sa pokúste zistiť, kde je konečným zdrojom tejto energie.

Napríklad vo vodnej elektrárni sa elektrická energia generuje, keď padajúca voda otáča turbínu, ktorá otáča elektromechanický generátor. Ale to, čo neustále poháňa vodu do "do kopca" tak, aby bol proces kontinuálny? Aký je konečný zdroj energie, ktorý využíva priehrada?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Niektoré zdroje elektrickej energie:

• Vodné priehrady
• Jadrové elektrárne
• elektrárne na uhoľné a olejové palivá
• Elektrárne spaľujúce zemný plyn
• Elektrárne na drevo
• Geotermálne elektrárne
• Solárne elektrárne
• prílivové / vlnové elektrárne
• Veterné mlyny

Poznámky:

Veľkým bodom rozhovoru je, že takmer všetky "zdroje" energie majú spoločný pôvod. Rôzne "zdroje" sú len variantné výrazy toho istého pravého zdroja (s výnimkou, samozrejme!).

Otázka 22

Vzhľadom na batériu a žiarovku ukážte, ako by ste tieto dva zariadenia pripojili spolu s drôtom, aby ste mohli napájať žiarovku:

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Toto je najjednoduchšia možnosť, ale nie jediná.

Poznámky:

Táto otázka dáva študentom dobrú príležitosť diskutovať o základnej koncepcii okruhu. Je veľmi jednoduché stavať, bezpečne a každý študent by mal zostaviť individuálne v triede. Tiež zdôraznite, ako jednoduché okruhy ako toto môžu byť zostavené doma ako súčasť "výskumnej" časti pracovného listu. Vyhľadávanie odpovedí na otázky pracovného hárku nemusí nutne znamenať, že informácie musia pochádzať z knihy! Povzbudzujte experimenty, ak sú známe podmienky, ktoré sú bezpečné.

Nechajte študentov premýšľať o všetkých dôležitých konceptoch, ktoré sa naučili robiť tento jednoduchý okruh. Aké všeobecné princípy môžu byť odvodené z tohto konkrétneho cvičenia "Panel pracovnej tabuľky panelu predvolené" itemscope>

Otázka 23

Nakreslite elektrický schematický diagram obvodu, kde batéria dodáva elektrickú energiu žiarovke.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Tento schéma nie je jediným platným spôsobom, ako zobraziť batériu napájajúcu žiarovku:

Ostatné orientácie komponentov v schéme sú prípustné. Záleží však na tom, aby existovala jedna nepretržitá cesta elektrického prúdu z batérie, žiarovky a späť na druhý terminál batérie.

Poznámky:

Zapôsobte na študentov dôležitosť učenia sa "komunikovať" v jazyku schematických diagramov. Symboly a konvencie, ktoré sa tu naučili, sú medzinárodné a nie sú obmedzené na používanie v Spojených štátoch.

Otázka 24

Väčšina elektrických vodičov je pokrytá gumovým alebo plastovým povlakom nazývaným izolácia . Aký je účel mať túto "izoláciu" pokrývajúcu kovový drôt "# 24"> Odhaliť odpoveď Skryť odpoveď

Účelom izolácie pokrývajúcej kovovú časť elektrického vodiča je zabrániť náhodnému kontaktu s inými vodičmi elektrickej energie, čo môže viesť k neúmyselnému elektrickému prúdu cez tieto iné vodiče.

Poznámky:

Nielenže je táto otázka praktická z hľadiska pochopenia funkcie obvodu, ale aj z hľadiska bezpečnosti elektrickej energie. Prečo je dôležité, aby boli drôty izolované? Sú vonkajšie vedenia izolované ako vodiče používané v triede? Prečo áno alebo prečo nie? Ako boli elektrické izolátory izolované pred nástupom modernej technológie plastov?

Otázka 25

V prvých dňoch elektrického zapojenia boli drôty izolované bavlnou . Toto už nie je akceptované. Vysvetli prečo.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Bavlna, podobne ako mnohé prírodné vlákna, je elektrický izolátor.,, kým sa nezmočí!

Poznámky:

Táto otázka umožňuje príležitosť diskutovať o elektrickej bezpečnosti vzhľadom na oblečenie (často z bavlny). Obsahuje suché oblečenie izoláciu elektrickej energie ako stará izolácia bavlneného drôtu? Môže sa bavlnený odev dôverovať, aby vás bezpečne izoloval pred nebezpečným napätím?

Otázka 26

Ako by sa mohol ako skúšač vodivosti použiť batéria, žiarovka a niektoré dĺžky kovového drôtu na otestovanie schopnosti rôznych objektov vykonávať elektrickú energiu?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Nasledujúci okruh by fungoval ako jednoduchý tester kontinuity. Jednoducho umiestnite otvorené konce drôtu do kontaktu s testovaným predmetom a žiarovka ukáže, či objekt prevádza elektrickú energiu do akejkoľvek podstatnej miery:

Poznámky:

Nielenže je táto otázka príležitosťou na vyriešenie problému, ale umožňuje jednoduché a bezpečné experimentovanie. Povzbudzujte študentov, aby s nimi vytvorili vlastné testery vodivosti a testovali s nimi rôzne látky.

Otázka 27

Predpokladajme, že sme mali dlhú dĺžku elektrického kábla (ohybná hadica obsahujúca viacero drôtov), ​​o ktorej sme mali podozrenie, že v ňom boli nejaké drvené drôty. Navrhnite jednoduchý skúšobný obvod, ktorý by sa mohol použiť na kontrolu jednotlivých káblov vodičov individuálne.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Poznámky:

Značná časť problémov s elektrickým / elektronickým obvodom nie je spôsobená žiadnym zložitejším ako rozbitým drôteným spojom alebo poruchami pozdĺž dĺžky drôtov. Skúšanie káblov na prerušenie drôtov je veľmi praktické cvičenie.

Rovnaká technika môže byť použitá na "mapovanie" drôtov z jedného konca kábla na druhý v prípade, že drôty nie sú farebne označené alebo inak identifikovateľné.

Otázka 28

Ako dlho bude trvať, kým žiarovka bude prijímať elektrickú energiu, akonáhle je batéria pripojená k zvyšku okruhu. "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00116x01.png" >

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Približne 11 milisekúnd (0, 0107 sekúnd).

Poznámky:

Elektrina je rýchla: účinky elektrónového pohybu pohybu pri rýchlosti svetla (186 000 míľ za sekundu). Skutočná priemerná rýchlosť elektrónov je na druhej strane veľmi, veľmi pomalá. Pohodlná analógia, ktorú som použil na ilustráciu toho, ako sa elektróny môžu pohybovať pomaly, ale majú rýchly účinok na hydraulický systém s uzavretou slučkou. Keď je ventil otvorený, pohyb tekutiny v celom systéme je okamžitý (vlastne pohyb postupuje rýchlosťou zvuku cez kvapalinu - veľmi rýchlo!), Ale skutočná rýchlosť pohybu tekutiny je oveľa pomalšie.

Mimochodom, symboly s dvojitou šikmou značkou označujú elektrický konektorový pár (zástrčka a zdvihák, samčia a samička).

Otázka 29

22-metrový kovový drôt s dĺžkou troch stôp obsahuje približne 28, 96 × 10 21 "voľných" elektrónov v rámci svojho objemu. Predpokladajme, že tento vodič je umiestnený v elektrickom obvode, ktorý vedie prúd rovný 6, 25 × 10 18 elektrónov za sekundu. To znamená, že ak ste mohli vybrať miesto pozdĺž tohto drôtu a dokázali spočítať elektróny tak, ako klesli z tohto miesta, mali by ste zhromaždiť 6 250 000 000 000 000 000 elektrónov prechádzajúcich každou sekundu. (Toto je primeraná frekvencia elektrického prúdu v drôte tejto veľkosti.)

Vypočítajte priemernú rýchlosť elektrónov cez tento drôt.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Priemerná rýchlosť elektrónu = 0, 000647 stôp za sekundu alebo 6, 47 × 10 -4 ft / s. To je veľmi pomalé: len 0, 00777 palcov za sekundu, alebo 0, 197 milimetrov za sekundu!

Poznámky:

Napriek rýchlej progresii účinkov pohybu elektrónov v celom obvode (tj približne pri rýchlosti svetla) je skutočná rýchlosť elektrónu extrémne pomalá.

Základné údaje použité v tomto výpočte sú nasledujúce:

• počet voľných elektrónov na kubický meter kovu (príklad z 15. vydania, 1983, zväzok 6, strana 551) = 10 29 elektrónov na m 3 . Typ kovu nebol špecifikovaný.
• 22 rozmerov má priemer 0, 025 palca.

Takéto otázky môžu byť pre študentov náročné bez silného matematického alebo vedeckého pozadia. Jedna stratégia riešenia problémov, ktorú som považovala za veľmi užitočnú, je zjednodušiť podmienky problému, až kým sa zistí zrejmé riešenie, a potom použite tento zjednodušený príklad na vytvorenie vzoru (rovnice) na získanie riešenia s akýmikoľvek počiatočnými parametrami. Napríklad, akú by bola priemerná rýchlosť elektrónov, ak by bol prúd 28, 96 × 10 21 elektrónov za sekundu, to isté číslo ako počet voľných elektrónov nachádzajúcich sa v drôte? Samozrejme, rýchlosť toku by bola jedna dĺžka drôtu za sekundu alebo 3 stopy za sekundu. Teraz zmeniť aktuálnu rýchlosť tak, aby bola niečo bližšie tomu, ktorý je daný v probléme (6, 25 × 10 18 ), ale napriek tomu je stále dosť jednoduchý na výpočet duševne. Povedz, polovica prvej rýchlosti: 14, 48 × 10 21 elektrónov za sekundu. Samozrejme, pri prietokovej rýchlosti takmer polovicu, rýchlosť bude takmer polovica: 1, 5 stopy za sekundu namiesto 3 stôp za sekundu. Niekoľko iterácií tejto techniky by malo odhaliť vzor riešenia:

v = 3 ja


Q

Kde,

v = priemerná rýchlosť elektrónov (stopy za sekundu)

I = elektrický prúd (elektróny za sekundu)

Q = počet elektrónov obsiahnutých v drôte

Je tiež veľmi užitočné mať znalých študentov demonštrovať svoje techniky riešenia pred triedou, aby sa ostatní mohli naučiť nové metódy riešenia problémov.

Otázka 30

Čo znamenajú symboly s otáznikmi vedľa nich? V zobrazenom okruhu by sa žiarovka mohla uviesť do činnosti?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Sú to pozemné symboly a môžu sa vzťahovať buď na pripojenia vytvorené spoločným vodičom (ako je napríklad kovový podvozok automobilu alebo okruhu), alebo skutočné zeminy (zvyčajne cez kovové tyče nasmerované do nečistôt).

Poznámky:

Požiadajte študentov o relatívnu vodivosť kovového podvozku oproti nečistotám (zem zem). Je cesta prúdu tvorená dvomi kovovými podvozkami ekvivalentnými k prúdovej dráhe tvorenej dvoma zemnými zemami "pracovný panel panely panel-default" itemscope>

Otázka 31

Zobrazuje sa tu zjednodušená reprezentácia elektrickej elektrárne a domu s zdrojom elektrickej energie zobrazenou ako batéria a jediné elektrické "zaťaženie" v dome je jediné žiarovky:

Prečo by niekto mohol používať dva drôty na vedenie elektrickej energie z elektrárne do domu, ako je to znázornené, keď by mohli jednoducho použiť jeden drôt a pár zemných spojení, ako je táto "// www.beautycrew.com.au//sub. allaboutcircuits.com/images/quiz/00075x02.png ">

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Toto nie je praktické riešenie, hoci by to vyžadovalo len polovicu počtu drôtov na distribúciu elektrickej energie z elektrárne do každého domu! Dôvod, prečo to nie je praktické, je, že zem (špina) nie je dostatočne dobrý vodič elektrickej energie. Drôty z kovu vedú elektrickú energiu oveľa efektívnejšie, čo vedie k väčšej dodávke elektrickej energie konečnému užívateľovi.

Poznámky:

Diskutujte o skutočnosti, že hoci zem (špina) je zlý vodič elektrickej energie, môže byť stále schopná vykonať úrovne súčasného letálneho pre ľudské telo! Množstvo prúdu potrebného na osvetlenie domácej žiarovky je zvyčajne ďaleko prevyšujúce hodnoty smrteľné pre ľudské telo.

Otázka 32

Čo presne znamená skrat ? Čo to znamená, ak sa obvod skratuje ? Ako sa to líši od otvoreného okruhu?

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Skrat je obvod s veľmi malým odporom, ktorý umožňuje veľké množstvo prúdu. Ak sa okruh stane skratovaný, znamená to, že cesta pre prúd, ktorý predtým mala značný odpor, bol obtokom dráhy s zanedbateľným (takmer nulovým) odporom.

Naopak, otvorený okruh je taký, kde dochádza k prerušeniu, ktoré zabraňuje prenikaniu akéhokoľvek prúdu.

Poznámky:

Diskutujte so svojimi študentmi o potenciálnych nebezpečenstvách skratov. Potom bude zrejmé, prečo je "skrat" zlé. Opýtajte sa študentov, či dokážu uvažovať o realistických okolnostiach, ktoré by mohli viesť ku skoku.

V priebehu niekoľkých rokov som si všimol výučbu elektroniky, že termíny "krátka" alebo "skratka" sú často používané novými študentmi ako generické štítky pre akýkoľvek typ poruchy obvodu, a nie ako konkrétne opísané podmienky. Toto je zvyk, ktorý musí byť opravený, ak majú študenti komunikovať inteligentne s ostatnými v profesii. Povedať, že komponent "je skratovaný" znamená veľmi jasnú vec: nie je to všeobecný pojem pre akýkoľvek typ chyby obvodu.

Otázka 33

Čo by sa malo v tomto okruhu stať, aby sa skratovalo ? Inými slovami, zistite, ako skrátiť pomocou tu zobrazených komponentov:

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Poznámky:

V reálnom živote sú samozrejme skraty zvyčajne veci, ktorým sa treba vyhnúť. Diskutujte so svojimi študentmi, prečo sú skraty zvyčajne nežiaduce, a akú úlohu hrá izolácia drôtov pri ich prevencii.

Otázka 34

Pri zásahu bleskom môžu byť viditeľné ihly magnetického kompasu viditeľné ako reakcia na elektrický výboj. No compass needle deflection results during the accumulation of electrostatic charge preceding the lightning bolt, but only when the bolt actually strikes. What does this phenomenon indicate about voltage, current, and magnetism"#34">Reveal answer Hide answer

The presence of an electric current will produce a magnetic field, but the mere presence of a voltage will not. For more detail on the historical background of this scientific discovery, research the work of Hans Christian Oersted in the early 1820's.

Poznámky:

The discovery of electromagnetism was nothing short of revolutionary in Oersted's time. It paved the way for the development of electric motors, among other useful electrical devices.

Question 35

Just as electricity may be harnessed to produce magnetism, magnetism may also be harnessed to produce electricity. The latter process is known as electromagnetic induction . Design a simple experiment to explore the phenomenon of electromagnetic induction.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Perhaps the easiest way to demonstrate electromagnetic induction is to build a simple circuit formed from a coil of wire and a sensitive electrical meter (a digital meter is preferred for this experiment), then move a magnet past the wire coil. You should notice a direct correlation between the position of the magnet relative to the coil over time, and the amount of voltage or current indicated by the meter.

Poznámky:

Many students improperly assume that electromagnetic induction may take place in the presence of static magnetic fields. This is not true. The simple experimental setup described in the “Answer” section for this question is sufficient to dispel that myth, and to illuminate students' understanding of this principle. Incidentally, this activity is a great way to get students started thinking in calculus terms: relating one variable to the rate of change over time of another variable.

Question 36

A large audio speaker may serve to demonstrate both the principles of electromagnetism and of electromagnetic induction . Explain how this may be done.

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

I won't tell you how to set up or do the experiment, but I will show you an illustration of a typical audio speaker:

The “voice coil” is attached to the flexible speaker cone, and is free to move along the long axis of the magnet. The magnet is stationary, being solidly anchored to the metal frame of the speaker, and is centered in the middle of the voice coil.

This experiment is most impressive when a physically large (ie “woofer”) speaker is used.

Následná otázka: identifikujte niektoré možné body poruchy u rečníka, ktoré by mu zabránili v správnom fungovaní.

Poznámky:

Pretože nie každý má pripravený prístup k veľkému rečníkovi pre tento druh experimentu, môže to pomôcť tomu, aby študenti v priebehu tejto fázy diskusie mali jeden alebo dva reproduktory "woofer" umiestnené v triede. Kedykoľvek budete môcť povzbudiť študentov k tomu, aby v triede zorganizovali improvizované experimenty na účely skúmania základných princípov, je to dobrá vec.

Otázka 37

Čo si myslíte, že by sa mohlo stať, keby niekto jemne poklepal na kužeľ jedného z týchto reproduktorov? "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00080x01.png">

Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

Vyskúšajte tento experiment sami pomocou dlhého páru vodičov, aby ste od seba oddelili dva reproduktory od značnej vzdialenosti. Počúvajte a počúvajte reproduktor na svojom konci, kým niekto iný hovorí na druhom reproduktore, potom obchodné úlohy.

Poznámky:

Nielen, že tento experiment ilustruje dvojité princípy elektromagnetizmu a elektromagnetickej indukcie, ale tiež ukazuje, aké jednoduché je nastaviť jednoduchý zvukový telefónny systém zvuku.

Odporúča sa, aby ste mali tento experiment v rovnakej dvojici reproduktorov "woofer" umiestnených v triede, ako aj dlhý kábel s dvojitým vodičom (starý kus predlžovacieho kábla dobre funguje na tento účel, klip "jumper" drôty, aby sa pripojenia).

Otázka 38

Predpokladajme, že niekto mechanicky spája elektrický motor s elektrickým generátorom, potom elektricky spája obe zariadenia spoločne v snahe vytvoriť stroj s trvalým pohybom:

Prečo sa táto zostava nezvratne nezvratne, akonáhle začne "# 38"> Odkryť odpoveď Skryť odpoveď

To nebude fungovať, pretože ani motor, ani generátor nie sú 100% účinné.

Poznámky:

Jednoduchá odpoveď na túto otázku je "zákon o ochrane energie (alebo Druhý zákon termodynamiky) to zakazuje", ale citovanie takéhoto "zákona" naozaj nevysvetľuje, prečo sú stroje na večné pohyby odsúdené k neúspechu. Je dôležité, aby si študenti uvedomili, že realita nie je viazaná na fyzické "zákony" vedcov; skôr to, čo nazývame "zákony", sú vlastne len popisy zákonitostí vnímaných v prírode. Je dôležité zdôrazniť kritické myslenie v takejto otázke, pretože už nie je intelektuálne vyspelé popierať možnosť udalosti založenej na dogmatickom dodržiavaní zákona, než je naivné presvedčenie, že niečo je možné.

  • ← Predchádzajúci pracovný list

  • Index pracovných hárkov

  • Nasledujúci pracovný list →