Nonverbální úlohy - - elektřina Katedrafyziky PF JU Č. Budějovice Katedra fyziky PF JU Č. Budějovice Jiří Tesař

Elektrický obvod Obr. 1a

Co by měli žáci z obrázku vyčíst“? Na obrázku jsou zapojeny:  zdroj napětí,  dva rezistory: R 1 = 6 , R 2 = 2   dva voltmetry a ampérmetr,

Co by měli žáci z obrázku vyčíst“? Další poznatky z obrázku - neznáme:  Jaký proud ukazuje ampérmetr?  Jaké napětí naměří druhý voltmetr?  Jaké napětí je nastaveno na zdroji?

 Největší obtíž - překreslení zapojeného obvodu do schématu,  pro zjednodušení - zakrýt voltmetry a nechat žáky nakreslit pouze jednoduchý sériový obvod,  následně odkrýt jeden voltmetr a ten přikreslit do paralelního zapojení s rezistorem,  analogicky postupovat s druhým voltmetrem. Didaktický rozbor úlohy

Elektrický obvod Obr. 1b

Ohmův zákon by žáci měli znát a umět ho použít:  musí si uvědomit, že proud I je v celém obvodu stejný – určí ho z velikosti R 1 a U 1,  napětí U 2 lze určit z I a R 2  napětí na zdroji U = U 1 + U 2 nebo U = (R 1 + R 2 ).I Elektrický obvod - teorie

Elektrický obvod - řešení U 2 = R 2. IU = U 1 +U 2 U 2 = 2. 4U = 24+8 U 2 = 8 VU = 32 V

Didaktická poznámka  Je vhodné zadat zpočátku úlohu v jednodušším provedení,  kromě teoretického řešení úlohy provedeme s žáky rovněž její experimentální provedení.

Domácí spotřebiče Obr. 2a

Jističe v rozvodné skříňce Obr. 2b

Co by měli žáci svým pozorováním objevit?  Oba spotřebiče (konvice i mixér) jsou zapojeny na jednu zásuvku.  Zásuvky jsou jištěny 10 A jističem.  Konvice má příkon 1850 – 2200 W.  Mixér má příkon 250 W.

Jaký poznatek musí znát děti z vlastní praxe?  Elektrické napětí v zásuvce je 230 V. (Také na štítku konvice mohou naleznout údaj 220–240 V/50 Hz.)  Vztah pro výpočet příkonu: P = U. I.

Další otázky a problémy  Proč nemá konvice na štítku uvedenu pouze jednu hodnotu příkonu?  Kterou hodnotu příkonu budeme uvažovat při řešení naší situace?  Který štítek (nápis) pod jističem patří ke kterému jističi?  Jaké proudové hodnoty mají jističe v domácnosti?

Řešení a diskuse problému  Zapneme samotný mixér – nebude jistič přetížen?  Zapneme samotnou konvici – nebude jistič přetížen?  Zapneme konvici i mixér současně – nebude jistič přetížen?  Co se stane, když zapneme nejdříve mixér a po chvilce i konvici?  Co se stane, když zapneme nejdříve konvici a po chvilce i mixér?  Co se stane, když zapneme oba spotřebiče současně?

Fyzikální rozbor problému  I v tomto případě není řešení zcela jednoznačné především vzhledem k měnící se hodnotě příkonu varné konvice.  Při zapnutí je spirála konvice chladná, má tedy menší odpor, tudíž jí prochází větší proud (její příkon je W).  Když se topná spirála postupně zahřeje na provozní teplotu, zvětší se její odpor, prochází menší proud (její příkon je W).

Řešení a diskuse dalších možností  Ze vztahu pro příkon elektrického proudu snadno určíme hodnotu proudu, který prochází konvicí při zapnutí a v průběhu ohřívání vody.  Stejně určíme velikost proudu procházejícího mixérem.  Z vypočtených hodnot diskutujeme možnosti časového zapojení spotřebičů vzhledem k proudové hodnotě jističe.

Didaktická poznámka  Velké množství domácích elektrických spotřebičů dává mnoho kombinací zapojení.  Mohou nastat situace, kdy za současného provozu několika spotřebičů jistič přeruší elektrický obvod.