Jak vysvětlit dítěti, co je elektrický proud?

Pokud jste se někdy podívali na elektronické zařízení a napadlo vás: “Jak to funguje?” a “Můžu to udělat sám?” – nebo pokud vaše dítě již vyrostlo z elektronické stavebnice „Znalec“ a je připraveno jít dál, kniha „Elektronika pro děti“ je to, co potřebujete, zvláště v tak deštivém létě, jako je toto. Pokud jste jako malí nadšeně rozebírali rádio a nyní se váš syn ptá, jak funguje počítač, je tato kniha určena právě vám. Úryvek, který dnes zveřejňujeme, poskytne dětem první seznámení s elektřinou a pomůže jim postavit jejich první zařízení – EZS.

Než se pustíme do experimentů s elektřinou, trocha fyziky. Jak elektřina rozpálí žárovku? Funguje zde kombinace čtyř konceptů. Tento:

Co je elektron

Vše, co nás obklopuje, se skládá z atomů – částic tak malých, že je lze vidět pouze pomocí speciálního typu mikroskopu. Samotné atomy se ale skládají z ještě menších částic – protonů, neutronů a elektronů.

Protony a neutrony tvoří jádro atomu (jeho střed) a elektrony obíhají kolem tohoto jádra, jako planety kolem Slunce. Protony a elektrony nesou elektrický náboj, protony mají kladný náboj a elektrony mají záporný náboj.

To je důvod, proč jsou elektrony drženy v atomu: kladné a záporné náboje se navzájem přitahují jako opačné póly magnetů.

Některé látky jsou vodivé: pokud na ně působíte energií (například uloženou v baterii), pak se v nich začnou elektrony pohybovat z atomu na atom!

Napětí způsobuje pohyb elektronů

Připojením baterie k žárovce přivedete napětí na vlákno žárovky. Toto napětí, měřené ve voltech (V nebo V), tlačí elektrony v jednom směru, což způsobuje jejich pohyb podél vlákna. Čím vyšší je, tím více elektronů se bude pohybovat podél vlákna.

Představte si nit ve formě trubice zcela naplněné kuličkami. Pokud zatlačíte míč z jednoho konce trubky, další míček okamžitě vypadne z opačného konce bez jakéhokoli zpoždění.

Čím více kuliček zatlačíte do jednoho konce trubky, tím více vypadnou z druhého. Přesně tak se chovají elektrony ve vláknu žárovky, když je na ni přivedeno napětí.

Elektrický proud

Elektrický proud je tok elektronů vláknem žárovky. Možná jste slyšeli, že slovo proud se vztahuje na řeku: „Tato řeka má silný proud.“ To znamená, že řekou protéká hodně vody. Elektrický proud je podobný tomuto toku: když říkají „vysoký proud“, znamená to, že drátem proudí mnoho elektronů.

Proud se měří v ampérech (A). S rostoucím napětím v obvodu se zvyšuje i proud. Stejně jako voda stéká ze svahu pod vlivem gravitace, proud teče z kladného pólu baterie (+) k zápornému pólu (-). V tomto případě se samotné elektrony pohybují opačným směrem – od záporného pólu ke kladnému. Když se však mluví o proudu, vždy se říká, že teče z plusu do mínusu.

Odpor snižuje proud

Napětí způsobuje pohyb elektronů a tím vytváření elektrického proudu, zatímco odpor brání tomu, aby tento proud procházel. Je to jako hrát si se zahradní hadicí: pokud ji zmáčknete, zvýší se odpor proti proudu vody a proud zeslábne, tedy poteče méně vody. Pokud ale kohoutek otevřete dál, tlak se zvýší (je to jako zvýšení napětí) a zvýší se průtok vody, i když hadice zůstane stlačena na stejnou míru. Odpor v elektřině funguje jako zmáčknutí hadice a měří se v ohmech (ohmech nebo Ω).

Nyní vám vysvětlím, jak spolupracují elektrony, proud, napětí a odpor, aby se žárovka rozsvítila.

Rozsvítíme žárovku

Konce vlákna žárovky jsou spojeny s částmi její základny: jeden s bočním povrchem těla a druhý s centrálním kontaktem. Když připojíte žárovku k baterii, vytvoříte to, čemu se říká elektrický obvod. Obvod je cesta, kterou může proudit proud z plusu do mínusu baterie.

Napětí vytvořené baterií nutí elektrony pohybovat se obvodem, který obsahuje vlákno žárovky. Závit má odpor, který omezuje proud v obvodu. Když elektrony překonávají odpor vlákna, zahřeje se natolik, že začne svítit, tzn. vydávat světlo.

Aby se baterie mohla pohybovat elektrony, nesmí být obvod mezi jejími vývody přerušený, to znamená, že musí být uzavřen.

Aby elektřina fungovala, jsou vždy nutné uzavřené okruhy. Stačí obvod rozpojit – vytvořit v něm na libovolném místě alespoň jeden zlom a žárovka okamžitě zhasne! Podívejme se na elektrické obvody podrobněji.

V čem je elektrický obvod podobný systému trubek?

Pokračujme v pohledu na elektřinu a srovnejme ji s prouděním vody v potrubí. Představte si potrubní systém v podobě uzavřené smyčky s čerpadlem, které je zcela naplněno vodou. Na jednom místě má tento systém zúžení.

Čerpadlo plní roli baterie, která zásobuje obvod energií. Zúžení v potrubí snižuje průtok vody. Odpor působí také v elektrickém obvodu.

Nyní si představte, že byste do tohoto potrubního systému mohli vložit nějaké měřící zařízení, které by vám umožnilo určit množství vody, které jím proteče za jednu sekundu. Upozorňujeme, že zde mluvím pouze o tom, kolik vody proteče jedním náhodně vybraným místem v potrubí, nikoli o celkovém množství vody v potrubí. Stejným způsobem budeme hovořit o síle proudu v obvodu: síla proudu je počet elektronů, které protečou určitým bodem obvodu za sekundu.

Seznamte se s vypínačem

Vypínače používáte při každém zapnutí nebo vypnutí světla. Když je v místnosti rozsvíceno, spínač tvoří součást uzavřeného okruhu, protože lampou protéká proud. Co se ale stane, když se spínač otevře? Stane se totéž, jako když se odpojí vodič v obvodu: proud procházející lampou se přeruší a lampa zhasne, stejně jako v otevřeném okruhu zobrazeném výše.

Kolem sebe můžete najít nejrůznější přepínače a jsou to velmi jednoduchá zařízení. Spojují dva vodiče, aby dokončili obvod a oddělili je, aby jej otevřeli. I když budete vědět pouze toto, můžete vytvořit dobrá schémata, což je to, co uděláme.

Projekt: bezpečnostní alarm

Vypínač lze vyrobit z různých věcí – dokonce i ze dveří. V tomto projektu proměníte dveře v obří spínač a vytvoříte tak alarm proti vloupání, který vydá varovný tón pokaždé, když se někdo pokusí vstoupit do místnosti.

Chcete-li vytvořit takový alarm, musíte ke dveřím připevnit několik vodičů a pásek hliníkové fólie tak, aby při zavřených dveřích byl okruh otevřený a nic se nedělo, a když se dveře otevřely, okruh se uzavřel a otočil se na bzučáku.

Nad dveře zavěsíme holý (neizolovaný) drát a na horní okraj dveří nalepíme pruh fólie a tyto prvky připojíme na různé konce elektrického obvodu, jehož součástí je i bzučák. Když jsou dvířka otevřena, visící obnažený drát se dotkne fólie a tím dokončí obvod, což způsobí, že se rozezní bzučák.

Materiály a nástroje:

• Bzučák. Bzučáky jsou buď pasivní nebo aktivní. Pasivní vyžadují vstupní signál audio frekvence, zatímco aktivní vyžadují pouze napětí. Pro tento projekt budete potřebovat aktivní bzučák, který funguje na 9-12V (jako je KPIG2330E od KEPO. Bzučák prodávaný v obchodech s autodíly s názvem “Sound Indicator (Repeater)” nebo “Sound Turn Signal Light” bude také fungovat. napětí 12 V).
• Standardní 9V baterie pro napájení obvodu.
• Konektor pro připojení baterie k obvodu (blok nebo svorka pro Krona s dráty).
• Alobal.
• Holý drát. Postačí ohebný měděný drát bez izolace (nezaměňovat se smaltovaným drátem vinutí, to není vhodné), stará kytarová struna nebo něco podobného.
• Páska pro upevnění všech prvků. Může to být elektrická páska, páska atd.
• Nůžky na drát (boční nůžky) pro stříhání drátu a odstraňování izolace z drátů.
• Nůžky (volitelné). Jsou vhodné pro řezání fólie.

Krok 1: Zkontrolujte bzučák. Nejprve zkontrolujte, zda funguje bzučák. Přitlačte červený vodič ke kladnému (+) pólu baterie a černý vodič se dotkněte záporného pólu (-). Bzučák by měl vydávat hlasitý zvuk. Pokud odpojíte některý z jeho vodičů od baterie, zvuk by se měl zastavit, protože obvod bude přerušený.

Krok 2. Příprava fólie. Nůžkami ustřihneme pruh fólie o šířce cca 2,5 cm a celé šířce role.

Krok 3. Připevnění fólie ke dveřím. Připevněte oba konce fóliového pásu k hornímu okraji dveří dvěma kusy lepicí pásky. Tento pásek bude sloužit jako kontakt pro vodiče z baterie a bzučáku.

Krok 4. Příprava trolejového drátu. Vezměte kus holého drátu asi 25 cm dlouhý.

Krok 5. Připojení bzučáku ke troleji. Připojte jeden konec kontaktního vodiče k holému konci černého vodiče konektoru baterie. To je snadné: stočte holé konce těchto drátů k sobě a obtočte kus elektrické pásky kolem zkroucení.

Poté stejným způsobem připojte červený vodič konektoru baterie k červenému vodiči bzučáku.

Krok 6. Nainstalujte bzučák a kontaktní drát. Nyní nainstalujte bzučák a trolejový drát nad dveře. Nejprve pomocí lepicí pásky připevněte trolejový drát na dveřní překlad tak, aby při zavřených dveřích visel před dveřmi a při otevírání se opíral o pruh fólie.

Nyní pomocí lepicí pásky zajistěte bzučák nad překladem tak, aby se jeho černý drát mohl dotýkat pruhu fólie na dveřích. Holý konec tohoto drátu přilepte k fólii.

Krok 7: Připojte napájecí zdroj. Připevněte baterii nad dvířka a připojte k ní konektor. Váš alarm by nyní měl vypadat nějak takto:

Krok 8: Zkontrolujte alarm. Zkontrolujte funkci alarmu. Při otevření dveří by se měl odkrytý trolejový drát dotknout fólie na dveřích, čímž se aktivuje bzučák, který vydá hlasitý zvuk. Aby byla kontrola spolehlivější, požádejte někoho jiného, ​​aby dveře otevřel.

Krok 9. Pokud alarm nefunguje. Pokud bzučák při otevírání dveří nezazní, zkuste upravit polohu trolejového drátu tak, aby se při otevření dveří přesně dotýkal fólie. Pokud je dotyk správný, zkuste vyměnit baterii. Pokud to nepomůže, zkontrolujte spojení mezi vodiči konektoru baterie a vodiči obvodu a v případě potřeby je znovu proveďte.

Zpět dopředu

Stáhnout prezentaci (604 kB)

• Projděte si pravidla pro bezpečné chování s elektrickými spotřebiči.
• Ukažte, proč je úraz elektrickým proudem nebezpečný, jak nebezpečí vypadá a proč k němu dochází.
• Vypěstujte si starostlivý přístup ke svému životu.
• Odhalit roli elektřiny v každodenním životě, vytvořit si představy o tom, jak se elektřina vyrábí a dodává do domu, přitáhnout pozornost studentů k problémům spotřeby energie, úspor energie a energetických zdrojů;
• Naučte se identifikovat elektrické spotřebiče mezi předměty pro domácnost;
• Pochopte, že elektřina se vyrábí v elektrárnách a přichází k nám domů prostřednictvím drátů a také se vyrábí v bateriích;

• počítač a projektor pro promítání prezentací,
• portréty fyziků,
• hřebeny a míčky pro experimenty,
• výkladový slovník,
• kousky jantaru nebo jantarových korálků.

Průběh vyučovací hodiny

1. Organizační moment.

2. Úvod do tématu.

– Každý den a každou hodinu

V naší blízkosti žijí desítky předmětů.

A jak těžké je to pro každého v našem životě,

Kdyby náhodou v životě nebyli.

— Kluci, dnes k nám Dunno přišel na hodinu. Požádá vás, abyste uhádli, o kterých předmětech mluvíme (snímek č. 1):

– Zkontrolujeme, jestli máš pravdu. (snímek č. 2)

3. Stanovení otázky, téma hodiny.

– Proč Dunno spojil tyto položky? O čem si dnes budeme povídat?

(odpovědi dětí) (snímek č. 3)

— Víte, co je elektřina a proč ji člověk vynalezl?

4. Práce se slovní zásobou (snímek č. 4 – 6).

– Přejděme k výkladovému slovníku: slovo „ELEKTŘINA“ pochází z řeckého slova „ELEKTRON“. A toto slovo znamená „AMBER“ (zobrazuje kousky jantaru).

— Již v roce 600 př. n. l. Řekové věděli, že když jantar třete, může přitahovat malé kousky korku a papíru.

5. Konverzace na dané téma (snímek číslo 7).

— Elektřina byla lidem známa od pradávna. Pravda, prakticky měřit elektřinu se lidé naučili až na začátku 19. století. Teprve v roce 1872 vynalezl ruský vědec A. N. Lodygin (portrét) první žárovku na světě. A důvod, proč vzniká elektřina, je ten, že během tření se náboj dělí na kladný a záporný náboj. Podle toho se náboje se stejným znakem vzájemně odpuzují a náboje s různými znaky se přitahují. Pohybující se po kovovém drátu, který je vodičem, tyto náboje vytvářejí elektřinu.

Bez elektřiny v naší době je prostě nemožné si představit normální civilizovaný život. Koneckonců nejen svítí, ale také hřeje a dává nám možnost komunikovat spolu na dálku. Elektrický proud napájí různá zařízení. Pokud si tedy představíte, že jednoho dne náhle zmizí elektřina, život člověka se dramaticky změní. Bez elektrického proudu se již neobejdeme, protože ten napájí a zajišťuje fungování všech mechanismů a zařízení vynalezených člověkem. A když se podíváte kolem sebe, můžete vidět, že v každém bytě je alespoň do jedné ze zásuvek zastrčená zástrčka, ze které jde drát k televizi, magnetofonu, počítači, rychlovarné konvici nebo jiným zařízením, která u nás doma nebo v práci.

Velkého pokroku ve studiu elektřiny bylo dosaženo až v roce 1672. Letos muž jménem Otto von Guerricke (portrét) dostal silnější náboj elektřiny tím, že držel ruku poblíž rotující sirné koule. V roce 1729 Stephen Gray (portrét) zjistil, že některé látky, zejména kovy, mohou vést proud. Říkalo se jim „izolátory“ (snímek č. 8 – 9).

Další velký krok přišel v roce 1733, kdy Francouz jménem du Fay (portrét) objevil kladné a záporné náboje, ačkoli si myslel, že jde o dva různé typy elektřiny. Benjamin Franklin (portrét) se jako první pokusil vysvětlit, co je to elektřina (snímek č. 10 – 11).

Možná se věda o elektřině začala rychle rozvíjet od chvíle, kdy v roce 1800 Alessandro Volta (portrét) vynalezl baterii – zdroj energie (snímek č. 12).

6. Experimenty.

— Chcete se ujistit, že elektřina je vždy a všude? Můžeme to vyřešit hned teď.

Nafoukneme balónek a přivedeme ho ke zdi. Neviděli jsme nic zvláštního – míč padá. Nyní míč dobře vytřete vlněným hadříkem. Pojďme to znovu přivést ke zdi. Míč se přilepí (děti provádějí experiment)

Z ubrousku změřte a ustřihněte proužek papíru (7 cm x 25 cm). Nastříhejte dlouhé tenké proužky papíru a nechte okraj neporušený. Rychle si rozčešte vlasy. Vaše vlasy by měly být čisté a suché. Přibližte hřeben k papírovým proužkům, ale nedotýkejte se jich. Na hřeben se přitahují papírové proužky.

7. Konverzace (pokračování) (snímek 13-18).

— Odkud se v každém domě bere elektřina?

— Elektrárny byly vytvořeny k výrobě velkého množství elektřiny. Pomocí generátorů na nich vzniká elektřina, která se pak přenáší na obrovské vzdálenosti po elektrickém vedení. Elektrárny přicházejí v různých typech. Některé využívají vodní energii k výrobě elektřiny, nazývají se HYDROELEKTRICKÉ ZAŘÍZENÍ. Ve vodní elektrárně (HPP) proud vody roztáčí turbíny generátoru, který vyrábí elektřinu. Ostatní získávají energii spalováním paliva (plynu, nafty nebo uhlí). Jedná se o TEPELNÉ ELEKTRÁRNY, které nejen vyrábějí elektrický proud, ale dokážou současně ohřívat vodu, která se následně dostává do topných trubek, vytápěných místností domů a jiných prostor. V tepelných elektrárnách (TPP) proniká vodní pára, vznikající ohříváním vody při spalování paliva, pod velmi vysokým tlakem do generátorových turbín, kde je mnoho rotujících částí opatřených speciálními plátky, připomínajícími letecké vrtule. Pára, procházející okvětními lístky, otáčí pracovní jednotky generátoru, díky čemuž vzniká elektrický proud. A nechybí ani JADERNÉ ELEKTRÁRNY, VĚTRNÉ, PŘÍLIVOVÉ, SOLÁRNÍ a mnoho dalších.

Elektrárny v podstatě nefungují samy. Jsou navzájem spojeny elektrickým vedením. S jejich pomocí je elektřina nasměrována tam, kde je nejvíce potřeba. Elektrické vedení se táhne po celé naší rozlehlé zemi, takže proud, který používáme doma, může být generován velmi daleko. Ale bez ohledu na to, kde se elektrárna nachází, díky elektrickému vedení může každý člověk zastrčit zástrčku do zásuvky a zapnout jakýkoli spotřebič nebo zařízení, které potřebuje.

8. Opakování pravidel pro bezpečné zacházení s elektrospotřebiči.

— Při zapínání našeho oblíbeného zařízení však musíme dodržovat řadu určitých bezpečnostních pravidel:

1. Používejte elektrické spotřebiče, dodržujte bezpečnostní pravidla uvedená v návodu výrobce a nechte je včas opravit. Práce na provádění a opravách elektrospotřebičů svěřte výhradně odborníkům.

2. Nezapínejte současně velké množství elektrických spotřebičů. To může vést k zahlcení sítě. Také se vyvarujte zapojování mnoha elektrických spotřebičů do jedné zásuvky, protože přetížení může způsobit vznícení.

3. Ve vodě nepoužívejte elektrická zařízení. Nezasunujte zástrčku elektrického spotřebiče do zásuvky a nedotýkejte se provozovaných elektrických spotřebičů mokrýma rukama nebo vlhkým hadříkem. Mimo koupelnu je vhodné používat vysoušeč vlasů a kabelový elektrický holicí strojek.

4. Přísně dodržujte pořadí připojování elektrických zařízení k síti: nejprve připojte kabel k zařízení a teprve potom k síti. Deaktivace probíhá v opačném pořadí. Nevytahujte zástrčku ze sítě taháním za kabel.

5. Nezavěšujte věci k sušení na elektrická topná zařízení nebo elektrické rozvody.

6. Při vaření na elektrickém sporáku nekontrolujte stupeň zahřátí hořáku dotykem dlaní.

7. Nezachycujte šňůry elektrických spotřebičů o vodovodní a plynové potrubí nebo o radiátory topení.

8. Není bezpečné používat elektrické spotřebiče s poškozenou izolací kabelu.

9. Nedotýkejte se ohřívané nádoby nebo vody, když je ohřívač zapnutý.

10. Nenechávejte elektrické domácí spotřebiče dlouho zapojené do zásuvky. Zapojené kulmy a žehličky na vlasy by nikdy neměly být ponechány bez dozoru, protože hořlavé předměty se mohou při přímém kontaktu s nimi rychle vznítit. Elektrický sporák, žehličku a varnou konvici je nutné používat ve spojení se speciálními ohnivzdornými stojany.

11. Neumísťujte elektrické ohřívače do blízkosti hořlavých předmětů, jako je oblečení, závěsy, přikrývky atd. Nenechávejte zapnutá topidla bez dozoru, nenechte je přehřát. K vytápění nepoužívejte dlaždice s otevřenou spirálou.

12. Když držíte zapnutý elektrický spotřebič, nedotýkejte se vodovodního kohoutku ani žádné jiné kovové inženýrské nebo stavební konstrukce. Nenaplňujte konvici vodou, pokud je zapojená do sítě.

13. Při odchodu z domova nezapomeňte vypnout elektrické spotřebiče a světla.

14. Pokud se stanete svědky požáru elektrického spotřebiče, najděte způsob, jak vypnout proud a teprve poté uhasit oheň přihozením zeminy nebo písku na oheň. Nelijte vodu na hořící elektrické spotřebiče..

Nedodržováním pravidel pro bezpečné používání elektrických spotřebičů se vystavujete ohrožení života, protože i krátký pobyt pod vlivem elektrického proudu 100 mA a více vede k zástavě srdce. Pokud se ale budete v každodenním životě řídit těmito jednoduchými bezpečnostními pravidly, pak potíže váš domov obejdou (snímek č. 19).

9. Projektové aktivity. Vytváření připomenutí „úspora elektřiny“.

— Elektrárny vyrábějí elektřinu, ale ta je stále nedostačující, proto je třeba ji chránit a šetřit. Zveme vás k účasti na vytváření připomenutí „Šetřete elektřinu“.

(Děti samostatně vymýšlejí pravidla ukládání a kreslí k nim ilustrace. Poté se vytvoří sdílená složka).

10. Shrnutí události.

— Co jste se naučili o elektřině?

— Co pro člověka znamená elektřina?

— Jsme schopni ušetřit elektřinu?

— Naučte svou rodinu a přátele vyrábět elektřinu.