Podstawowy arkusz roboczy elektryczności

Jak odzyskać niezapisane zmiany w dokumencie Word? (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Podstawowy arkusz roboczy elektryczności

Podstawowa energia elektryczna


Pytanie 1

Jaki jest cel przełącznika pokazanego na tym schemacie "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00013x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

To urządzenie jest znane jako przełącznik, a jego celem w tym obwodzie jest ustanowienie lub przerwanie ciągłości elektrycznej obwodu w celu sterowania żarówką.

Uwagi:

Początkujący studenci często znajdują terminologię dla przełączników mylących, ponieważ słowa otwarte i zamknięte brzmią podobnie do terminologii stosowanej do drzwi, ale nie oznaczają całkiem tego samego, gdy są używane w odniesieniu do przełącznika! Aby uniknąć nieporozumień, zapytaj uczniów, jak mogą myśleć o tych terminach w sposób zgodny z ich znaczeniem w kontekście przełącznika elektrycznego.

Jedną z analogii do funkcji przełącznika, która ma sens w schemacie, jest most zwodzony: kiedy most jest opuszczony (zamknięty), samochody mogą się krzyżować; kiedy most jest podniesiony (otwarty), samochody nie mogą.

pytanie 2

Jaka będzie różnica, jeśli przełącznik znajduje się w jednym z dwóch alternatywnych miejsc w obwodzie?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wybór lokalizacji przełączników pokazanych na dwóch alternatywnych schematach nie ma żadnej różnicy. W obu przypadkach przełącznik wywiera taką samą kontrolę nad żarówką.

Uwagi:

Jest to trudna koncepcja dla niektórych uczniów do opanowania. Upewnij się, że wszyscy rozumieją naturę prądu elektrycznego i znaczenie ciągłości w całym obwodzie. Być może najlepszym sposobem, aby studenci opanowali tę koncepcję, jest faktyczne zbudowanie działających obwodów przełącznika baterii. Przypomnij im, że ich "badanie" tych pytań nie ogranicza się do czytania książek. Jest nie tylko ważny, ale i korzystniejszy dla nich, jeśli tylko napięci są na tyle niskie, że nie istnieje zagrożenie porażeniem prądem.

Jedną z analogii do funkcji przełącznika, która ma sens w schemacie, jest most zwodzony: kiedy most jest opuszczony (zamknięty), samochody mogą się krzyżować; kiedy most jest podniesiony (otwarty), samochody nie mogą.

pytanie 3

Czy ten przełącznik (w stanie zamkniętym) ma niską rezystancję lub wysoką rezystancję między jego terminalami "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00027x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zamknięty przełącznik powinien mieć niską rezystancję między jego zaciskami.

Uwagi:

Zapytaj uczniów, co by to znaczyło, gdyby przełącznik był właściwie mierzony z wysoką rezystancją między jego terminalami. Wiedza o tym, jakie powinny być pomiary dowolnego elementu elektrycznego, jest bardzo ważną umiejętnością rozwiązywania problemów.

Pytanie 4

W jaki sposób można użyć miernika (lub miernika przewodności / ciągłości), aby określić, czy ten przełącznik elektryczny jest w stanie otwartym czy zamkniętym ?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Większość multimetrów ma zakres pomiaru "rezystancji" ("Skala Ohma"), który można wykorzystać do sprawdzenia ciągłości. Za pomocą miernika lub miernika przewodności / ciągłości zmierzyć między dwoma zaciskami śrubowymi tego przełącznika: jeśli rezystancja jest niska (dobre przewodnictwo), przełącznik jest zamknięty . Jeśli zmierzona rezystancja jest nieskończona (brak przewodnictwa), przełącznik jest otwarty .

Uwagi:

To kolejne pytanie, które nadaje się do eksperymentów. Niezwykle istotną umiejętnością, którą powinni rozwijać uczniowie, jest to, jak używać swojego sprzętu do diagnozowania stanów poszczególnych składników.

Niedrogie źródło prostych przełączników (SPST) to magazyn sprzętu: użyj tego samego rodzaju przełącznika, który jest używany w kontroli światła w domu. Przełączniki te są bardzo tanie, wytrzymałe i wyposażone w wytrzymałe zaciski śrubowe do mocowania przewodów. Używane w małych projektach zasilanych bateriami są prawie niezniszczalne!

Pytanie 5

Ustal, czy żarówka nie będzie się wyłączać przy każdym z kolejnych przerw w obwodzie. Zastanów się tylko jedną przerwę naraz:

Wybierz jedną opcję dla każdego punktu:
• A: brak zasilania / brak efektu
• B: brak zasilania / brak efektu
• C: brak zasilania / brak efektu
• D: brak zasilania / brak efektu
• E: brak zasilania / brak efektu
• F: brak zasilania / brak efektu
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

• A: wyłączenie zasilania
• B: brak efektu
• C: brak efektu
• D: brak efektu
• E: wyłączenie zasilania
• F: brak efektu

Uwagi:

To pytanie jest ważne w procesie uczenia się rozwiązywania problemów przez uczniów. Podkreśl znaczenie myślenia indukcyjnego: wyprowadzanie ogólnych zasad z określonych przypadków. Jakie zachowanie tego obwodu mówi nam o elektrycznej ciągłości "panelu panelu roboczego - domyślnie" itemscope>

Pytanie 6

Pokazano tutaj uproszczoną reprezentację atomu : najmniejszy podział materii, który można wyizolować metodami fizycznymi lub chemicznymi.

Wewnątrz każdego atomu znajduje się kilka mniejszych kawałków materii zwanych cząstkami . Zidentyfikuj trzy różne typy "elementarnych" cząstek wewnątrz atomu, ich właściwości elektryczne i ich odpowiednie lokalizacje w obrębie atomu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Neutrony znajdują się w centrum ("jądro") atomu, podobnie jak protony. Neutrony są neutralne elektrycznie (bez ładunku), podczas gdy protony mają dodatni ładunek elektryczny. Elektrony, które znajdują się poza jądrem, mają ujemne ładunki elektryczne.

Uwagi:

Większość, jeśli nie wszyscy, studenci będą zaznajomieni z modelem atomu "Układu Słonecznego", od podstawowej i średniej edukacji naukowej. W rzeczywistości jednak ten model struktury atomowej nie jest dokładny. O ile komukolwiek wiadomo, rzeczywisty fizyczny układ atomu jest znacznie, o wiele dziwniejszy!

Pytanie, które może pojawić się w dyskusji, to definicja "opłaty". Nie jestem pewien, czy możliwe jest fundamentalne zdefiniowanie "opłaty". Oczywiście możemy mówić o "pozytywnych" i "ujemnych" opłatach w kategoriach operacyjnych: przyciągają takie opłaty jak odpłaty i przeciwne ładunki. Jednak tak naprawdę nie wiemy, co to za ładunek. Ten dylemat filozoficzny jest powszechny w nauce: być w stanie opisać coś, co jest pod względem zachowania, ale nie jego tożsamości ani natury.

Pytanie 7

Różne typy atomów różnią się między sobą liczbą cząstek elementarnych. Określ liczbę cząstek elementarnych w każdym z tych typów atomów:

• Węgiel
• Wodór
• Hel
• Aluminium

Podpowiedź: sprawdź każdy z tych elementów na układzie okresowym .

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Każdy atom węgla gwarantuje 6 protonów. Dopóki atom nie jest naładowany elektrycznie, będzie zawierał również 6 elektronów, aby zrównoważyć ładunek protonów. Większość atomów węgla zawiera 6 neutronów, ale niektóre mogą zawierać więcej lub mniej niż 6.

Każdy atom wodoru gwarantuje 1 proton. Dopóki atom nie jest naładowany elektrycznie, będzie zawierał także 1 elektron, aby zrównoważyć ładunek jednego protonu. Większość atomów wodoru nie zawiera neutronów, ale niektóre zawierają jeden lub dwa neutrony.

Każdy atom helu ma zawierać 2 protony. Dopóki atom nie jest naładowany elektrycznie, będzie również zawierał 2 elektrony, aby zrównoważyć ładunek protonów. Większość atomów helu zawiera 2 neutrony, ale niektóre mogą zawierać więcej lub mniej niż 2.

Każdy atom aluminium gwarantuje 13 protonów. Dopóki atom nie jest naładowany elektrycznie, będzie on również zawierał 13 elektronów, aby zrównoważyć ładunek protonów. Większość atomów glinu zawiera 14 neutronów, ale niektóre z nich mogą zawierać więcej lub mniej niż 14.

Podczas badania liczby cząsteczek wewnątrz każdego z tych typów atomów można natknąć się na te terminy: liczbę atomową i masę atomową (czasami nazywaną masą atomową ). Przygotuj się do omówienia, co oznaczają te dwa terminy.

Uwagi:

Koniecznie spytaj uczniów, jakie definicje znaleźli dla "liczby atomowej" i "masy atomowej".

Zaleca się, aby uczniowie szukali okresowych tabel, aby pomóc im w badaniach nad tym pytaniem. Kolejność elementów na układzie okresowym może wywołać kilka dodatkowych pytań, takich jak: "Dlaczego różne elementy są ułożone w ten sposób" panel panelu roboczego - domyślnie panel "itemscope"

Pytanie 8

Spośród trzech rodzajów "cząstek elementarnych" tworzących atomy, należy określić, który rodzaj (typy) mają wpływ na następujące właściwości elementu:

• Chemiczna tożsamość atomów (czy to atom azotu, żelaza, srebra, czy jakiś inny element).
• Masa atomu.
• Elektryczny ładunek atomu.
• Czy jest radioaktywny (spontaniczna dezintegracja jądra).
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

• Chemiczna tożsamość atomów: protony .
• Masa atomu: neutrony i protony, aw znacznie mniejszym stopniu elektrony .
• Ładunek elektryczny atomu: elektrony i protony (niezależnie od tego, czy liczby są równe).
• Niezależnie od tego, czy jest radioaktywny: neutrony, chociaż w niektórych przypadkach można również powiedzieć, że protony, ponieważ nie istnieją znane "stabilne" (nieradioaktywne) izotopy pewnych pierwiastków, tożsamość elementu jest ściśle określona przez liczbę protony.

Uwagi:

Nigdy nie przestaje mnie fascynować, jak wiele podstawowych właściwości pierwiastków jest określanych przez zwykłą liczbę całkowitą cząstek w jądrze każdego atomu.

W odpowiedzi wprowadzam słowo izotop . Niech uczniowie sprawdzą, co oznacza ten termin. Nie mów im po prostu!

Pytanie 9

Greckie słowo oznaczające bursztyn (skamieniała żywica) to elektron . Wyjaśnij, w jaki sposób powstało słowo opisujące pewien rodzaj subatomowej cząstki (elektron).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kiedy kawałek bursztynu jest pocierany ściereczką, na obu obiektach powstaje statyczny ładunek elektryczny. Wcześni eksperymentatorzy postulowali istnienie niewidocznego płynu, który został przeniesiony między bursztynem i tkaniną. Później odkryto, że maleńkie cząstki subatomowe stanowiły ten "płyn", a elektron imion został im nadany.

Uwagi:

To pytanie stanowi dobrą okazję do omówienia historii elektryczności oraz tego, w jaki sposób jej zrozumienie i opanowanie radykalnie zmieniło życie ludzi. Pamiętaj, aby zadawać pytania dotyczące Benjamina Franklina i modelowania elektryczności jako płynu . Naukowe odkrycia są często wspomagane przez modele, ale mogą również być utrudnione przez nie. Model elektryczności Franklina jako płynu dokonał zarówno zapisu konwencjonalnego, jak i elektronowego!

Pytanie 10

Co to znaczy, że obiekt ma ładunek elektryczny? Podaj przykład obiektu otrzymującego ładunek elektryczny i opisz, jak ten ładowany obiekt może się zachowywać.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Aby obiekt był naładowany elektrycznie, musi zawierać nadwyżkę lub niedobór elektronów między atomami.

Typowym przykładem ładowanych elektrycznie przedmiotów jest wcieranie lateksowych balonów przeciwko odzieży z wełny lub szczotkowanie włosów plastikowym grzebieniem. Skutki tych ładunków elektrycznych są bardzo łatwe do zauważenia!

Uwagi:

To pytanie naturalnie prowadzi do dyskusji na temat teorii atomów. Zachęć uczniów do dyskusji i zbadania prostych modeli atomu oraz tego, jak służą one do wyjaśnienia elektryczności pod względem umieszczania elektronów i ruchu.

Pytanie 11

Ile elektronów znajduje się w jednym ładunku kulombowym ?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jest 6, 25 × 10 18 elektronów w jednym ładunku kulombowym . Jak wyglądałoby to bez użycia notacji naukowej? Napisz tę samą wartość, używając najbardziej odpowiedniego prefiksu metrycznego.

Uwagi:

Mała recenzja matematyczna tutaj: za pomocą notacji naukowej oznaczać bardzo duże (lub bardzo małe) liczby.

Pytanie 12

Co się dzieje, gdy dwa przedmioty są pocierają się i powstaje elektryczność statyczna?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kiedy niektóre kombinacje materiałów są pocierają się, działanie trące przenosi elektrony z atomów jednego materiału do atomów drugiego. Ten brak równowagi elektronów pozostawia poprzedni materiał dodatnim ładunkiem, a drugi ładunkiem ujemnym .

Uwagi:

Terminy "pozytywny" i "negatywny" wydają się zacofane w stosunku do współczesnej koncepcji elektronów jako nośników ładunku. Pamiętaj o omówieniu historycznego aspektu tej terminologii (przypuszczenie Benjamina Franklina), a następnie określenie indywidualnego ładunku elektronu jako "negatywnego".

Pytanie 13

O wiele łatwiej jest elektrycznie "naładować" atom, niż zmienić jego chemiczną tożsamość (np. Z ołowiu w złoto). Co ten fakt wskazuje na względną ruchliwość cząstek elementarnych w atomie?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Elektrony są znacznie łatwiejsze do usunięcia lub dodania do atomu niż protony. Powodem tego jest również rozwiązanie paradoksu, dlaczego protony wiążą się ze sobą w jądrze atomu, pomimo ich identycznych ładunków elektrycznych.

Uwagi:

Porozmawiaj ze swoimi uczniami o tym, jak ważne jest to, że elektrony można łatwo dodawać lub pobierać z atomu, ale protony (a także neutrony) są bardzo ściśle "związane" wewnątrz atomu. Co mogą zachowywać się atomy, jak gdyby ich protony nie były tak ściśle związane, jak są?

Wiemy, co dzieje się z elektronami niektórych atomów, gdy substancje są zacierane. Co może się stać z tymi substancjami, jeśli protony nie są ze sobą tak ściśle powiązane?

Pytanie 14

Wyjaśnij, co oznaczają słowa, napięcie, prąd i rezystancja, używając własnych słów.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Napięcie: elektryczne "ciśnienie" między dwoma różnymi punktami lub lokalizacjami.

Prąd: przepływ elektronów.

Opór: opozycja lub "tarcie" na przepływ elektronów.

Napięcie, prąd i opór są powiązane przez prawo Ohma.

Uwagi:

Chociaż uczniom łatwo jest znaleźć definicje tych słów z dowolnej liczby odniesień, ważne jest, aby mogli je wrzucić do własnych słów. Pamiętanie definicji nie jest tym samym, co jej prawdziwe zrozumienie, a jeśli uczeń nie jest w stanie opisać znaczenia terminu za pomocą własnych słów, to zdecydowanie go nie rozumie! Pomocne jest również zachęcenie uczniów do podania rzeczywistych przykładów tych terminów.

Pytanie 15

Opisz, czym jest "elektryczność", własnymi słowami.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jeśli masz trudności ze sformułowaniem definicji "elektryczności", wystarczy prosta definicja "prądu elektrycznego". To, czego tu szukam, to opis, w jaki sposób prąd elektryczny może istnieć w stałym materiale, takim jak metalowy drut.

Uwagi:

To pytanie nie jest tak proste, jak może się pojawić. Z pewnością prąd elektryczny definiowany jest jako "przepływ" elektronów, ale w jaki sposób elektrony "przepływają" przez stały materiał, taki jak miedź? W jaki sposób cokolwiek przepływa przez materiał stały?

Wiele dyscyplin naukowych kwestionuje nasze "zdroworozsądkowe" idee rzeczywistości, w tym pozornie solidną naturę pewnych substancji. Jednym z wyzwalających aspektów badań naukowych jest to, że uwalnia nas od ograniczeń bezpośredniej percepcji zmysłowej. Poprzez usystematyzowane eksperymenty i rygorystyczne myślenie jesteśmy w stanie "zobaczyć" rzeczy, które w innym przypadku byłyby niemożliwe do zobaczenia. Z pewnością nie możemy zobaczyć elektronów naszymi oczami, ale możemy wykryć ich obecność za pomocą specjalnego sprzętu, zmierzyć ich ruch przez wnioskowanie z innych efektów i udowodnić empirycznie, że faktycznie istnieją.

Pod tym względem metoda naukowa jest narzędziem służącym do ekspansji ludzkich umiejętności. Twoi uczniowie zaczną odczuwać dreszczyk emocji związanych z "pracą z niewidzialnym" podczas badania elektryczności i obwodów elektrycznych. Twoim zadaniem jako instruktora jest wspieranie i zachęcanie do tego poczucia cudu w pracy uczniów.

Pytanie 16

Jaka jest różnica między materiałami sklasyfikowanymi jako przewodniki w stosunku do materiałów sklasyfikowanych jako izolatory, w sensie elektrycznym tych słów?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Elektryczne "przewodniki" zapewniają łatwe przejście przez nie prądu elektrycznego, podczas gdy "izolatory" elektryczne tego nie robią. Podstawowa różnica między "przewodnikiem" elektrycznym i "izolatorem" elektrycznym polega na tym, że łatwo elektrony mogą odpłynąć od swoich odpowiednich atomów.

Aby zilustrować mobilność elektronów w substancji metalicznej, zbadaj terminy " gaz elektronowy " i "Morze elektronów" w podręczniku chemii.

Uwagi:

Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że elektryczne "przewodniki" i "izolatory" to nie to samo, co "przewodniki" termiczne i "izolatory". Materiały, które są izolatorami w sensie elektrycznym mogą być uczciwymi przewodnikami ciepła (niektóre żele silikonowe stosowane jako termoelementy). płyny transferowe do radiatorów, na przykład). Materiały, które są przewodnikami w sensie elektrycznym, mogą być izolatorami w sensie termicznym (np. Przewodzące tworzywa sztuczne).

Pytanie 17

Zidentyfikuj kilka substancji, które są dobrymi przewodnikami elektryczności, oraz kilka substancji, które są dobrymi izolatorami elektryczności.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Bardzo łatwo jest zbadać (i przetestować!), Czy różne substancje są przewodnikami lub izolatorami elektryczności. Zostawiam to zadanie w twoich bardzo dobrych rękach.

Uwagi:

Jeśli uczniowie mają dostęp do prostych multimetrów, mogą przeprowadzać testy przewodności na różnych substancjach. To zabawna i interesująca aktywność w klasie!

Pytanie 18

W najprostszym ujęciu możesz myśleć, określić, czym jest obwód elektryczny.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obwód elektryczny jest jakąkolwiek ciągłą ścieżką dla elektronów, które wypływają ze źródła potencjału elektrycznego (napięcia) iz powrotem.

Uwagi:

Chociaż definicje są dość łatwe do zbadania i powtórzenia, ważne jest, aby uczniowie nauczyli się rzucać te pojęcia w swoje własne słowa. Poproszenie uczniów o podanie praktycznych przykładów "obwodów" i "niezwiązanych z obwodami" jest jednym ze sposobów zapewnienia głębszego poznania pojęć niż zwykłe zapamiętywanie.

Słowo "obwód", w języku potocznym, często odnosi się do czegokolwiek elektrycznego. Oczywiście nie jest to prawdą w sensie technicznym tego terminu. Uczniowie zdadzą sobie sprawę, że wiele terminów, których się uczą i używają w kursie elektrycznym lub elektronicznym, w rzeczywistości są niewłaściwie używane we wspólnej mowie. Słowo "krótki" jest kolejnym przykładem: technicznie odnosi się do określonego rodzaju błędu obwodu. Powszechnie jednak ludzie używają go w odniesieniu do każdego rodzaju problemu elektrycznego.

Pytanie 19

Jaka jest różnica między prądem stałym a prądem zmiennym ? Zidentyfikuj niektóre popularne źródła każdego rodzaju energii elektrycznej.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

DC jest akronimem oznaczającym Prąd stały : to jest prąd elektryczny, który porusza się tylko w jednym kierunku. AC jest akronimem oznaczającym Prąd przemienny : to jest prąd elektryczny, który okresowo zmienia kierunek ("naprzemiennie").

Baterie elektrochemiczne generują prąd stały, podobnie jak ogniwa słoneczne. Mikrofony generują prąd zmienny podczas wykrywania fal dźwiękowych (drgań cząsteczek powietrza). Istnieje wiele, wiele innych źródeł prądu stałego i prądu zmiennego niż to, o czym tutaj wspomniałem!

Uwagi:

Omówienie historii AC w ​​porównaniu z DC w systemach wczesnej energetyki. W początkowych latach istnienia energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych wybuchła gorąca debata między używaniem DC a AC. Thomas Edison bronił DC, a George Westinghouse i Nikola Tesla opowiadali się za AC.

Warto wspomnieć, że prawie cała energia elektryczna na świecie jest generowana i dystrybuowana jako prąd zmienny (AC), a nie jako DC (innymi słowy, Thomas Edison przegrał bitwę AC / DC!). W zależności od poziomu prowadzonej przez ciebie klasy, może to być dobry moment na wyjaśnienie, dlaczego większość systemów energetycznych używa prądu przemiennego. Tak czy inaczej, twoi uczniowie zapewne zapytają dlaczego, więc powinieneś być przygotowany, aby odpowiedzieć na to pytanie w jakiś sposób (lub kazać im zgłaszać własne ustalenia!).

Pytanie 20

Załóżmy, że budujesz kabinę z dala od usług energetycznych, ale chcesz mieć energię elektryczną do zasilania żarówek, radia, komputera i innych przydatnych urządzeń. Określ co najmniej trzy różne sposoby generowania energii elektrycznej, aby zaspokoić zapotrzebowanie na energię elektryczną w tej kabinie.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Istnieje kilka różnych urządzeń zdolnych do wytwarzania energii elektrycznej dla tej twojej kabiny:

• Generator napędzany silnikiem
• Ogniwo słoneczne
• Termopile
• Wiatrak

W przypadku każdego z tych urządzeń, jaka jest zasada działania i skąd czerpie energię?

Uwagi:

Dla każdego z tych "źródeł energii elektrycznej" istnieje bardziej podstawowe źródło energii. Ludzie często mylnie myślą o urządzeniach generatorów jako magicznych źródłach energii, gdzie tak naprawdę są niczym innym, jak tylko przetwornikami energii: przekształcaniem energii z jednej formy w drugą.

Pytanie 21

Skąd pochodzi energia elektryczna, która zasila twój dom, twoją szkołę, uliczne latarnie wzdłuż dróg lub wiele lokali biznesowych w twoim mieście? Przekonasz się, że istnieje wiele różnych źródeł i rodzajów źródeł energii elektrycznej. W każdym przypadku spróbuj określić, gdzie znajduje się ostateczne źródło tej energii.

Na przykład w elektrowni wodnej energia elektryczna jest generowana, gdy spadająca woda obraca turbinę, która zamienia generator elektromechaniczny. Co jednak nieustannie napędza wodę do położenia "pod górę", aby proces był ciągły? Jakie jest ostateczne źródło energii, które jest wykorzystywane przez zaporę?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Niektóre źródła energii elektrycznej:

• Tamy hydroelektryczne
• Elektrownie jądrowe
• Elektrownie opalane węglem i olejem
• Elektrownie opalane gazem ziemnym
• Elektrownie opalane drewnem
• Elektrownie geotermalne
• Elektrownie słoneczne
• Elektrownie pływowe / falowe
• Wiatraki

Uwagi:

Wielkim punktem rozmowy jest to, że prawie wszystkie "źródła" energii mają wspólne pochodzenie. Różne "źródła" są jedynie wariantami wyrażenia tego samego prawdziwego źródła (oczywiście z wyjątkami!).

Pytanie 22

Biorąc pod uwagę baterię i żarówkę, pokaż, jak połączyć te dwa urządzenia razem z przewodem, aby zasilić żarówkę:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

To najprostsza opcja, ale nie jedyna.

Uwagi:

To pytanie daje studentom dobrą okazję do omówienia podstawowej koncepcji obwodu. Jest bardzo łatwy w budowie, bezpieczny i powinien być montowany przez każdego ucznia indywidualnie w klasie. Należy również podkreślić, jak proste obwody takie jak te mogą być montowane w domu w ramach części "badań" arkusza roboczego. Zbadanie odpowiedzi na pytania zawarte w arkuszu nie musi oznaczać, że informacje pochodzą z książki! Zachęcaj do eksperymentowania, gdy wiadomo, że warunki są bezpieczne.

Poproś uczniów, aby przeprowadzili burzę mózgów na temat wszystkich ważnych pojęć zdobytych podczas tworzenia tego prostego obwodu. Jakie ogólne zasady można wyprowadzić z tego konkretnego ćwiczenia "panel panelu roboczego - domyślnie" panel przedmiotów>

Pytanie 23

Narysuj schemat elektryczny obwodu, w którym bateria dostarcza energię elektryczną do żarówki.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Ten schemat nie jest jedynym prawidłowym sposobem pokazania baterii zasilającej żarówkę:

Dopuszczalne są inne orientacje elementów na schemacie. Ważne jest jednak, aby istniała pojedyncza, ciągła ścieżka prądu elektrycznego z baterii, do żarówki i z powrotem do drugiego zacisku akumulatora.

Uwagi:

Zaimponuj uczniom, jak ważne jest uczenie się "komunikowania" w języku schematów. Wymienione tutaj symbole i konwencje są międzynarodowe i nie ograniczają się do użycia w Stanach Zjednoczonych.

Pytanie 24

Większość przewodów elektrycznych jest pokryta gumową lub plastikową powłoką zwaną izolacją . Jaki jest cel posiadania tej "izolacji" pokrywającej metalowy drut "# 24"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Celem izolacji obejmującej metalową część przewodu elektrycznego jest zapobieganie przypadkowemu kontaktowi z innymi przewodami elektrycznymi, co może skutkować niezamierzonym prądem elektrycznym przez te inne przewody.

Uwagi:

Problem ten jest nie tylko praktyczny z punktu widzenia zrozumienia funkcji obwodu, ale także z punktu widzenia bezpieczeństwa elektrycznego. Dlaczego izolacja przewodów jest ważna? Czy napowietrzne linie energetyczne są izolowane, podobnie jak przewody używane w projektach szkolnych? Dlaczego lub dlaczego nie? W jaki sposób przewody elektryczne były izolowane przed pojawieniem się nowoczesnych technologii tworzyw sztucznych?

Pytanie 25

We wczesnych dniach okablowania elektrycznego przewody były izolowane bawełną . To nie jest już zaakceptowana praktyka. Wyjaśnij dlaczego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Bawełna, podobnie jak wiele naturalnych włókien, jest izolatorem elektrycznym. . . aż zmoknie!

Uwagi:

To pytanie daje możliwość omówienia bezpieczeństwa elektrycznego w odniesieniu do odzieży (często wykonanej z bawełny). Czy sucha odzież oferuje izolację elektryczną, tak jak w starym stylu izolacja z drutu bawełnianego? Czy można ufać, że odzież bawełniana chroni użytkownika przed niebezpiecznym napięciem?

Pytanie 26

W jaki sposób można wykorzystać baterię, żarówkę i niektóre odcinki drutu metalowego do testowania przewodności, aby sprawdzić zdolność różnych obiektów do przewodzenia prądu?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Następujący obwód działałby jako prosty tester ciągłości. Po prostu umieść końce otwartego drutu w kontakcie z badanym przedmiotem, a żarówka wskaże, czy obiekt przewodzi prąd w znacznym stopniu:

Uwagi:

To pytanie jest nie tylko szansą na rozwiązanie problemu, ale także pozwala na proste i bezpieczne eksperymentowanie. Zachęć uczniów do budowy własnych testerów przewodnictwa i testowania z nimi różnych substancji.

Pytanie 27

Załóżmy, że mamy długą długość kabla elektrycznego (elastyczna rurka zawierająca wiele przewodów), co do którego podejrzewaliśmy, że ma w nim przerwane przewody. Zaprojektuj prosty obwód testowy, który można wykorzystać do indywidualnego sprawdzenia poszczególnych przewodów kabla.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Znaczna część problemów z obwodami elektrycznymi / elektronicznymi jest spowodowana przez nic bardziej skomplikowanego niż zerwane połączenia przewodów lub błędy wzdłuż przewodów. Testowanie kabli na przerwanie drutu jest bardzo praktycznym ćwiczeniem.

Ta sama technika może być użyta do "odwzorowania" przewodów od jednego końca kabla do drugiego, w przypadku, gdy przewody nie są oznaczone kolorami lub w inny sposób dadzą się zidentyfikować.

Pytanie 28

Ile czasu zajmie otrzymanie żarówki po podłączeniu akumulatora do reszty obwodu "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00116x01.png" >

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Około 11 milisekund (0, 0107 sekundy).

Uwagi:

Energia elektryczna jest szybka: efekty ruchu elektronu poruszają się w przybliżeniu z prędkością światła (186 000 mil na sekundę). Z drugiej strony rzeczywista średnia prędkość elektronu jest bardzo, bardzo powolna. Wygodna analogia, której użyłem do zilustrowania, jak elektrony mogą poruszać się powoli, ale mają szybki efekt, to system hydrauliczny o zamkniętej pętli. Kiedy zawór jest otwarty, płynny ruch w całym systemie jest natychmiastowy (w rzeczywistości ruch postępuje z prędkością dźwięku przez płyn - bardzo szybko!), Jednak rzeczywista prędkość ruchu płynu jest znacznie wolniejsza.

Nawiasem mówiąc, symbole podwójnej jodki oznaczają parę łączników elektrycznych (wtyczka i gniazdko, męska i żeńska).

Pytanie 29

22-metrowy metalowy drut o długości trzech stóp zawiera około 28, 96 × 10 21 "wolnych" elektronów w swojej objętości. Załóżmy, że drut ten jest umieszczony w obwodzie elektrycznym przewodzącym prąd równy 6, 25 × 10 18 elektronów na sekundę. Oznacza to, że gdybyś był w stanie wybrać miejsce wzdłuż tego drutu i byli w stanie policzyć elektrony podczas dryfowania przez to miejsce, to zliczałoby byś z każdej sekundy 6 250 000 000 000 000 000 elektronów. (Jest to rozsądna stawka dla prądu elektrycznego w drucie o tym rozmiarze).

Oblicz średnią prędkość elektronów przez ten drut.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Średnia prędkość elektronów = 0, 000647 stóp na sekundę lub 6, 47 × 10-4 stóp / s. Jest to bardzo powolne: tylko 0, 00777 cala na sekundę, czyli 0, 197 milimetra na sekundę!

Uwagi:

Pomimo szybkiego postępu efektów ruchu elektronów w całym obwodzie (tj. W przybliżeniu prędkości światła), rzeczywista prędkość elektronów jest bardzo powolna w porównaniu.

Podstawowe liczby użyte w tym obliczeniu są następujące:

• Liczba wolnych elektronów na metr sześcienny metalu (przykład z 15 edycji, 1983, tom 6, strona 551) = 10 29 elektronów na m 3 . Rodzaj metalu nie został określony.
• 22-gauge drut ma średnicę 0, 025 cala.

Pytania takie mogą stanowić wyzwanie dla studentów bez silnego wykształcenia matematycznego lub naukowego. Jedną z bardzo przydatnych strategii rozwiązywania problemów jest uproszczenie warunków problemu, dopóki rozwiązanie nie stanie się oczywiste, a następnie skorzystanie z uproszczonego przykładu w celu ustalenia wzoru (równania) do uzyskania rozwiązania z dowolnymi początkowymi parametrami. Na przykład, jaka byłaby średnia prędkość elektronu, gdyby prąd wynosił 28, 96 × 10 21 elektronów na sekundę, tyle samo co liczba wolnych elektronów znajdujących się w drucie? Oczywiście prędkość przepływu wynosiłaby jedną długość drutu na sekundę lub 3 stopy na sekundę. Teraz zmień aktualną stawkę, tak aby była zbliżona do tej podanej w problemie (6, 25 × 10 18 ), ale wciąż jest wystarczająco prosta do obliczenia psychicznego. Powiedzmy, że połowa pierwszej szybkości: 14, 48 × 10 21 elektronów na sekundę. Oczywiście, przy prędkości przepływu równej połowie prędkości, prędkość również będzie o połowę niższa: 1, 5 stopy na sekundę zamiast 3 stóp na sekundę. Kilka iteracji tej techniki powinno ujawnić wzór rozwiązania:

v = 3 ja


Q

Gdzie,

v = Średnia prędkość elektronów (stopy na sekundę)

I = Prąd elektryczny (elektrony na sekundę)

Q = Liczba elektronów zawartych w drucie

Bardzo pomocne jest również posiadanie doświadczonych studentów, którzy demonstrują swoje techniki rozwiązywania problemów przed klasą, aby inni mogli uczyć się nowych metod rozwiązywania problemów.

Pytanie 30

Co oznaczają symbole ze znakami zapytania obok nich? Czy w pokazanym obwodzie żarówka będzie zasilana energią?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Są to symbole naziemne i mogą odnosić się do połączeń wykonanych na wspólnym przewodniku (takim jak metalowa obudowa samochodu lub obudowa obwodu) lub do rzeczywistej ziemi (zwykle przez metalowe pręty wbite w brud).

Uwagi:

Zapytaj uczniów o względne przewodnictwo podwozia metalowego w stosunku do zabrudzeń (uziemienie). Czy obecna ścieżka utworzona przez dwa metalowe podstawy podstawy odpowiada torowi prądu utworzonemu przez dwa uziemienia "panel panelu sterowania panelem domyślnym" itemscope>

Pytanie 31

Pokazano tutaj uproszczoną reprezentację elektrowni i domu, gdzie źródłem energii elektrycznej jest bateria, a jedynym elektrycznym "ładunkiem" w domu jest pojedyncza żarówka:

Dlaczego ktoś miałby używać dwóch przewodów do przewodzenia elektryczności z elektrowni do domu, jak pokazano, kiedy mogliby po prostu użyć jednego przewodu i pary połączeń uziemiających, takich jak ten "// www.beautycrew.com.au//sub. allaboutcircuits.com/images/quiz/00075x02.png ">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

To nie jest praktyczne rozwiązanie, mimo że wymagałoby to tylko połowy liczby przewodów do dystrybucji energii elektrycznej z elektrowni do każdego domu! Powodem, dla którego nie jest to praktyczne, jest to, że ziemia (ziemia) nie jest wystarczająco dobrym przewodnikiem elektryczności. Przewody wykonane z metalu przewodzą prąd znacznie bardziej efektywnie, co skutkuje większą energią elektryczną dostarczaną do użytkownika końcowego.

Uwagi:

Omów fakt, że chociaż ziemia (ziemia) jest słabym przewodnikiem elektryczności, może nadal być zdolna do przenoszenia poziomu obecnego śmiertelnego na ludzkie ciało! Ilość prądu niezbędna do zapalenia żarówki domowej jest zwykle znacznie wyższa od wartości śmiertelnych dla ludzkiego ciała.

Pytanie 32

Czym dokładnie jest zwarcie ? Co to znaczy, że obwód się zwiąże ? Czym się to różni od otwartego obwodu?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zwarcie to obwód mający bardzo mały opór, pozwalający na duże ilości prądu. Jeśli obwód zostanie zwarty, oznacza to, że ścieżka prądu, która poprzednio posiadała znaczny opór, została ominięta przez ścieżkę o znikomym (prawie zerowym) oporze.

Odwrotnie, obwód otwarty to taki, w którym występuje przerwa uniemożliwiająca jakiekolwiek przejście prądu w ogóle.

Uwagi:

Przedyskutuj z uczniami niektóre potencjalne zagrożenia zwarciami. Wtedy będzie jasne, dlaczego "zwarcie" jest złe. Zapytaj uczniów, czy potrafią wymyślić jakiekolwiek realistyczne okoliczności, które mogłyby doprowadzić do powstania zwarcia.

Zauważyłem przez kilka lat nauczanie elektroniki, że terminy "krótki" lub "zwarcie" są często używane przez nowych studentów jako ogólne etykiety dla dowolnego rodzaju uszkodzenia obwodu, a nie opisanego właśnie szczególnego warunku. Jest to nawyk, który należy poprawić, jeśli uczniowie mają inteligentnie komunikować się z innymi w zawodzie. Powiedzenie, że element "jest zwarty", oznacza bardzo konkretną rzecz: nie jest to ogólne określenie jakiegokolwiek rodzaju błędu obwodu.

Pytanie 33

Co musiałoby się stać w tym obwodzie, żeby się sparto ? Innymi słowy, ustal, jak dokonać zwarcia za pomocą pokazanych tutaj komponentów:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

W prawdziwym życiu zazwyczaj należy unikać zwarć. Porozmawiaj ze swoimi uczniami, dlaczego zwarcia są ogólnie niepożądane i jaką rolę odgrywa izolacja przewodów w ich zapobieganiu.

Pytanie 34

W przypadku uderzenia pioruna, w pobliżu igieł magnetycznych mogą pojawić się szarpnięcia w odpowiedzi na wyładowanie elektryczne. Podczas wychwytywania ładunku elektrostatycznego poprzedzającego błyskawicę nie dochodzi do ugięcia igły kompasu, ale tylko wtedy, gdy bolec rzeczywiście uderzy. Co to zjawisko oznacza o napięciu, prądzie i magnetyzmie "# 34"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Obecność prądu elektrycznego wytworzy pole magnetyczne, ale sama obecność napięcia nie będzie. Aby uzyskać więcej szczegółów na temat historycznego tła tego odkrycia naukowego, należy zbadać prace Hansa Christiana Oersteda na początku lat dwudziestych XX wieku.

Uwagi:

Odkrycie elektromagnetyzmu było niczym rewolucyjnym w czasach Oersteda. Otworzył drogę do rozwoju silników elektrycznych, między innymi użytecznych urządzeń elektrycznych.

Pytanie 35

Tak jak energia elektryczna może zostać wykorzystana do wytworzenia magnetyzmu, magnetyzm może być również wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej. Ten ostatni proces nazywany jest indukcją elektromagnetyczną . Zaprojektuj prosty eksperyment, aby zbadać zjawisko indukcji elektromagnetycznej.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Być może najprostszym sposobem wykazania indukcji elektromagnetycznej jest zbudowanie prostego obwodu utworzonego z cewki drutu i czułego miernika elektrycznego (do tego eksperymentu preferowany jest miernik cyfrowy), a następnie przesunięcie magnesu poza cewkę drutu. Należy zauważyć bezpośrednią korelację między położeniem magnesu względem cewki w czasie i ilością napięcia lub prądu wskazywaną przez miernik.

Uwagi:

Wielu studentów nieprawidłowo zakłada, że ​​indukcja elektromagnetyczna może mieć miejsce w obecności statycznych pól magnetycznych. To nie jest prawda. Prosta konfiguracja eksperymentalna opisana w sekcji "Odpowiedź" na to pytanie jest wystarczająca, aby rozproszyć ten mit i rzucić światło na zrozumienie przez uczniów tej zasady. Nawiasem mówiąc, ta aktywność jest świetnym sposobem, aby uczniowie zaczęli myśleć w kategoriach rachunku: powiązanie jednej zmiennej z szybkością zmiany w czasie innej zmiennej.

Pytanie 36

Duży głośnik może służyć do demonstracji zarówno zasad elektromagnetyzmu, jak i indukcji elektromagnetycznej . Wyjaśnij, jak to zrobić.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Nie powiem Ci, jak skonfigurować lub przeprowadzić eksperyment, ale pokażę Ci ilustrację typowego głośnika:

"Cewka drgająca" jest dołączona do elastycznego stożka głośnika i może poruszać się wzdłuż długiej osi magnesu. Magnes jest nieruchomy, solidnie przymocowany do metalowej ramy głośnika i znajduje się pośrodku cewki drgającej.

Ten eksperyment jest najbardziej imponujący, gdy używany jest głośnik fizycznie duży (tj. "Głośnik niskotonowy").

Pytanie uzupełniające: określ możliwe punkty awarii głośnika, które uniemożliwią mu prawidłowe działanie.

Uwagi:

Ponieważ nie każdy ma łatwy dostęp do dużego głośnika do tego rodzaju eksperymentu, może pomóc mieć jeden lub dwa głośniki "niskotonowe" umieszczone w klasie, aby uczniowie mogli eksperymentować z tą fazą dyskusji. Za każdym razem, kiedy możesz zachęcić uczniów do przygotowania eksperymentów z impromptu na zajęciach w celu odkrywania podstawowych zasad, jest to Dobra Rzecz.

Pytanie 37

Jak sądzisz, co mogłoby się stać, gdyby ktoś delikatnie dotknął stożka jednego z tych głośników "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00080x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Spróbuj tego eksperymentu samodzielnie, używając długiej pary przewodów, aby oddzielić dwa głośniki od siebie na znacznej odległości. Słuchaj i czuć głośnik na końcu, gdy ktoś inny dotyka drugiego głośnika, a następnie wymieniaj się rolami.

Uwagi:

Eksperyment ten nie tylko ilustruje podwójne zasady elektromagnetyzmu i indukcji elektromagnetycznej, ale także pokazuje, jak łatwo można ustawić prosty system telefonii dźwiękowej z dźwiękiem.

W tym eksperymencie zaleca się posiadanie identycznej pary głośników "niskotonowych", jak również długiego kabla dwuprzewodowego (stary kabel przedłużacza działa dobrze w tym celu, z aligatorem- przykręcić "zworkę", aby wykonać połączenia).

Pytanie 38

Przypuśćmy, że ktoś mechanicznie łączy silnik elektryczny z generatorem elektrycznym, a następnie łączy dwa urządzenia razem, aby wykonać maszynę perpetuum mobile:

Dlaczego ten zespół nie będzie kręcić na zawsze, po uruchomieniu "# 38"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

To nie zadziała, ponieważ ani silnik, ani generator nie są w 100% wydajne.

Uwagi:

Łatwa odpowiedź na to pytanie brzmi: "Prawo zachowania energii (lub druga zasada termodynamiki) zabrania tego", ale przytoczenie takiego "Prawa" naprawdę nie wyjaśnia, dlaczego perpetum mobile jest skazane na niepowodzenie. Ważne jest, aby uczniowie uświadomili sobie, że rzeczywistość nie jest związana z ustalonymi przez naukowców fizycznymi "prawami"; raczej to, co nazywamy "Prawami", to w rzeczywistości tylko opisy prawidłowości widzianych w przyrodzie. Ważne jest podkreślenie krytycznego myślenia w takim pytaniu, ponieważ nie jest już intelektualnie dojrzałe, aby zaprzeczyć możliwości zdarzenia opartego na dogmatycznej przynależności do Prawa, niż naiwnie wierzyć, że wszystko jest możliwe.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →