Zvýšení a snížení tlaku plynů Základní škola Olomouc, Heyrovského 33 Zvýšení a snížení tlaku plynů Mgr. Milan Hampl EU OPVK ICT2-1/ICT14 Určeno pouze pro výuku Žádná část ani celek nesmí být použit pro komerční účely

Identifikátor materiálu: EU OPVK ICT2-1/ICT14 Škola Základní škola Olomouc, Heyrovského 33 Číslo projektu CZ.1.07/1.4.00/21.1217 Název projektu Máme šanci číst, zkoumat a tvořit Anotace Žáci si upevní a prohloubí znalosti při samostatné práci Autor Mgr. Milan Hampl Název Zvýšení a snížení tlaku plynů Očekávaný výstup Procvičení a prohloubení znalostí s využitím digitální technologie, Vzdělávací oblast - obor Volitelné předměty - Informatika Klíčová slova Tlak, podtlak Druh učebního materiálu Prezentace Druhy interaktivity Měření fyzikálních veličin s pomocí počítače, motivace, procvičení a ověření znalostí využití počítače v technické praxi. Cílová skupina Žáci Stupeň a typ vzdělávání Základní škola II. stupeň Typická věková skupina 8. a 9. ročník ZŠ Datum / období vzniku VM Květen 2013

Ovládání Doplnění učiva, zajímavosti - externí odkaz (nutné aktivní připojení) Pro zobrazení průběhu měření je nutný nainstalovaný Adobe Flash Player Možno nainstalovat zde: http://get.adobe.com/cz/flashplayer/ Verze 1.2 V tomto typu prezentace jsou odkazy na externí internetové stránky, odkazy je nutno občas aktualizovat. Proto se stejné prezentace mohou vyskytovat v různých verzích. Kompletní dynamický záznam měření je součástí prezentace. Toto řešení není zrovna obvykle, ale v tomto případě má informační i metodický význam. Pokud by záznam měření nefungoval korektně (problém s flashplayer) jsou přiloženy i statické záznamy měření.

Obsah Metodické poznámky Teorie Senzor Postup Ukázky naměřených grafů Záznam měření

Metodické poznámky Cílem této práce je umožnit žákům seznámení se značně opomíjeným využití výpočetní techniky v technické praxi. Žáci většinou dobře znají využití počítačů pro komunikaci, hry, zpracování textových a grafických souborů. Chápou vytváření webových stránek, vyhledávání informací i používání komunitních sítí. Opomíjená však často zůstává velká oblast využití počítačů pro měření fyzikálních a technických veličin i řízení procesů. Zde se žáci mohou prakticky nezmámit s tímto aspektem využití počítačů. Dalším vedlejším efektem je posílení mezipředmětových vztahu mezi informatikou, fyzikou, matematikou a pracovními činnostmi. Přírodovědnému a technickému vzdělání se v poslední době začíná znovu věnovat větší pozornost. Žáci jsou vedeni k samostatné práci, řešení problémů a skupinové práci. Učitel zde zastává funkcí vedoucího experimentu a dbá na bezpečnost žáků i správné použití měřící techniky. Podle interaktivního návodu žáci většinou zvládnou získat požadované výsledky samostatně (případně ve skupině) jen s minimální pomocí učitele. Připojení senzorů někdy vyžaduje radu učitele, měřící software žáci zvládají většinou dobře, ovládání je intuitivní a standardní.

Trocha teorie na úvod Tentokrát se budeme věnovat tlaku plynů v uzavřených prostorech. Tlak je způsoben nárazy částic plynu na stěny nádoby. Čím jsou nárazy častější a čím naráží částice vyšší rychlostí, tím je tlak vyšší a také i naopak. Obecně lze říci , že přetlak je tlak vyšší něž okolní a podtlak je naopak nižší tak než v okolí. V praxi to nedívá tak jednoduché. Někdy je přetlak definován k nějakému normálnímu, předem definovanému tlaku a podtlak naopak. Využívání přetlaku i podtlaku je v technické praxi poměrně časté. Každého asi napadne tlak v pneumatikách, v míčích a balonech. S pod tlakem je to již horší, ale možná si vzpomeneme na pití brčkem, techničtěji založení jedinci na karburátor nebo letecké křídlo. Zájemci si mohou vyhledat odkazy na barickou komoru, horská nemoc, kesonová nemoc, skafandr, autokláv, filtrování do vakua, tlakové regulátory, vzduchové brzy, přetlak v letadle, nebo i Apollo 1. Odkazy na webové stránky Znalost externích odkanu není nutná pro úspěšné provedení měření, ale tyto informace jsou vybrány pro rozšíření znalostí a mají mnohdy charakter zajímavostí související s tématem měření. Některé stránky obsahují informace značně přesahující učivo základních škol, ale přesto jsou částečně pochopitelné a vhodné i pro tu věkovou skupinu.

Senzor Čidlo tlaku plynu Čidlo tlaku plynu je poměrně odolné zařízení na měření tlaku. Měří absolutní tlak plynů. Čidlo je zkonstruováno tak, že převádí tlak na membránu na změny napětí. Rozsah 0 – 210 kPa Citlivost 50 Pa Čidlo není odolné proti vniknutí kapaliny! Maximální tlak, který ještě nezpůsobí zničení senzoru je 400 kPa!

Senzor připojíme k počítači pomoci rozhraní Go!Link Rozhraní Go!Link umožňuje připojit analogové senzory k počítači přes USB rozhraní.

Postup měření Vlastní měření je v tomto případě poměrně jednoduché k senzoru tlaku plynu připojíme hadičkou, nebo přímo specielní stříkačku (vše je součásti doplňkového balíčku s senzoru tlaku) a tlakem na píst, nebo tahem vyvoláme přetlak i podtlak. Měřící software nám ukáže naměřené hodnoty. Zjistíme, že pro vyvolání větších změn tlaku musíme vyvinout poměrně velkou sílu. Aby bylo měření zajímavější zjistěme v dalším pokusu vznik přetlaku nebo podtlaku při zahřívání a ochlazování uzavřené nádoby. Zkumavku utěsníme zátkou s průchodkou ke které je připojena hadička a senzor tlaku plynu. Příslušnictví je zase součástí doplňkového balíčku. Zkumavku pak silně zahřejme ve vařící vodě a následně ochladíme ve studené vodě. Zase měříme změny tlaku. Použití senzoru tlaku plynu je zde výhodnější, než použití obdobného senzoru „Barometr“. Senzor tlaku plynu je odolnější a nemusíme mít obavy o jeho poškození, měří do 210 kPa a snese tlak do 400 kPa. Zjistíme, že tlak v plynech je silně závislí na teplotě. To je důvod, proč není vhodné nechávat například propanbutanové bomby na přímém slunci, nebo v blízkosti zdrojů sálavého tepla. Stejně tak různé spreje (laky, deodoranty, barvy a podobně) vystavené vyšší teplotě mohou i explodovat.

Sestavená aparatura pro měření tlaku a podtlaku.

Sestavená aparatura pro měření změn tlaku v závislosti na teplotě plynu.

Horkou vodu k ohřátí uzavřené zkumavky připravíme snadno ve varné konvici. Ochlazení provedeme v nádobě se studenou vodu. Zkumavka je vyrobena z chemického skla a prudké změny teploty zvládne.

Vlastní měření provedeme při ponoření zkumavky s připojeným čidlem tlaku plynu.

Tlak a podtlak vyvolaný stříkačkou Maximální hodnota 110 kPa přetlak +100 kPa atmosférický tlak Senzor vynulován

Přetlak Teplota vody 100 °C Podtlak Teplota vody 10°C

Červená křivka – vzrůst tlaku při vložení zkumavky do vroucí vody Modrá křivka – pokles tlaku při vložení zkumavky do studené vody