Fișa de bază pentru electricitate

Un electronist demonstreaza cum se poate obține energie electrica GRATIS (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Fișa de bază pentru electricitate

Electricitate de bază


Intrebarea 1

Care este scopul comutatorului prezentat în această diagramă schematică "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00013x01.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acest dispozitiv este cunoscut ca un comutator, iar scopul său în acest circuit este de a stabili sau întrerupe continuitatea electrică a circuitului pentru a controla becul.

Note:

Începutul studenților afișează adesea terminologia pentru comutatoare confuză, deoarece cuvintele deschise și închise sunet similare cu terminologia utilizată pentru ușă, dar nu înseamnă exact același lucru atunci când este folosit în legătură cu un comutator! Pentru a evita confuzia, întrebați elevii cum se pot gândi la acești termeni într-un mod care să fie în concordanță cu semnificația lor în contextul unui comutator electric.

O analogie pe care o folosiți pentru funcția comutatorului care are sens cu schematică este o punte de legătură: când podul este în jos (închis), autoturismele pot trece; când podul este în sus (deschis), mașinile nu pot.

intrebarea 2

Ce diferență se va întâmpla dacă comutatorul se află în oricare dintre aceste două locații alternative în circuit?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Alegerea locațiilor comutatoarelor prezentate în cele două diagrame alternative nu face nicio diferență. În ambele cazuri, comutatorul exercită același control asupra becului.

Note:

Acesta este un concept dificil pentru unii studenți să stăpânească. Asigurați-vă că toți înțeleg natura curentului electric și importanța continuității pe tot circuitul. Poate că cel mai bun mod pentru studenți de a stăpâni acest concept este de a construi, de fapt, bateriile de lucru-circuite lampă-comutator. Amintiți-le că "cercetarea" acestor întrebări din foaia de lucru nu se limitează la citirea cărților. Nu este doar valid, ci este preferabil ca ei să experimenteze singuri, atâta timp cât tensiunile sunt suficient de mici pentru a nu exista nici un pericol de șoc.

O analogie pe care o folosiți pentru funcția comutatorului care are sens cu schematică este o punte de legătură: când podul este în jos (închis), autoturismele pot trece; când podul este în sus (deschis), mașinile nu pot.

Întrebarea 3

Acest întrerupător (în stare închisă) are o rezistență scăzută sau o rezistență ridicată între bornele sale "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00027x01.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un comutator închis se presupune că are o rezistență mică între bornele sale.

Note:

Întrebați elevii ce ar însemna dacă un întrerupător închis măsura efectiv o rezistență ridicată între bornele sale. Știind ce măsurări a oricărei componente electrice ar trebui să fie este o abilitate foarte importantă pentru depanare.

Întrebarea 4

Cum să utilizați un contor (sau un tester de conductivitate / continuitate) pentru a determina dacă acest întrerupător electric este în stare deschisă sau închisă ?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Majoritatea multimetrelor au o gamă de măsurare a rezistenței ("scară Ohms") care poate fi utilizată pentru a verifica continuitatea. Fie folosind un contor sau un tester de conductivitate / continuitate, măsurați între cele două borne cu șurub ale acestui comutator: dacă rezistența este scăzută (conductivitate bună), atunci comutatorul este închis . Dacă rezistența măsurată este infinită (fără conductivitate), atunci comutatorul este deschis .

Note:

Aceasta este o altă întrebare care se potrivește experimentării. O abilitate vitală pentru elevii de a dezvolta este modul în care să folosească echipamentul lor de testare pentru a diagnostica stările componentelor individuale.

O sursă ieftină de comutatoare simple (SPST) este un magazin de hardware: utilizați același tip de comutator utilizat în controlul luminii casnice. Aceste întrerupătoare sunt foarte ieftine, robuste și sunt livrate cu terminale cu șuruburi grele pentru atașarea cablurilor. Atunci când sunt utilizate în proiecte cu baterii mici, ele sunt aproape indestructibile!

Întrebarea 5

Determinați dacă becul se va dezactiva pentru fiecare din următoarele întreruperi în circuit. Luați în considerare o singură pauză la un moment dat:

Alegeți o opțiune pentru fiecare punct:
• A: deconectați / fără efect
• B: dezactivare / fără efect
• C: dezactivare / fără efect
• D: deconectare / fără efect
• E: dezactivare / fără efect
• F: deconectare / fără efect
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

• A: deconectați
• B: fără efect
• C: fără efect
• D: fără efect
• E: deconectați
• F: fără efect

Note:

Această întrebare este importantă în procesul de depanare a învățării elevilor. Subliniați importanța gândirii inductive: derivarea principiilor generale din anumite situații. Ce ne spune comportamentul acestui circuit despre continuitatea electrică ?

Întrebarea 6

Se prezintă aici o reprezentare simplificată a unui atom : cea mai mică diviziune a materiei care poate fi izolată prin metode fizice sau chimice.

În interiorul fiecărui atom sunt mai multe bucăți mai mici de materie numite particule . Identificați cele trei tipuri diferite de particule "elementare" din interiorul unui atom, proprietățile lor electrice și pozițiile lor respective în interiorul atomului.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Neutronii locuiesc în centru ("nucleul") atomului, ca și protonii. Neutronii sunt neutri din punct de vedere electric (fără încărcătură), în timp ce protonii au o încărcătură electrică pozitivă. Electronii, care se află în afara nucleului, au sarcini electrice negative.

Note:

Cei mai mulți, dacă nu toți, vor fi familiarizați cu modelul "sistemului solar" al unui atom, de la educația științifică primară și secundară. În realitate, totuși, acest model de structură atomică nu este atât de precis. În măsura în care cineva știe, aspectul fizic propriu al unui atom este mult, mult mai ciudat decât acesta!

O întrebare care ar putea apărea în discuție este definiția "acuzației". Nu sunt sigur dacă este posibil să se definească în mod fundamental ce este "taxa". Desigur, este posibil să discutăm taxe "pozitive" și "negative" în termeni operaționali: ca taxele de respingere și taxele opuse să atragă. Cu toate acestea, acest lucru nu ne spune într-adevăr ce este taxa de fapt. Acest deznodământ filosofic este comun în știință: să fie capabil să descrie ce este ceva în ceea ce privește comportamentul său, dar nu identitatea sau natura sa.

Întrebarea 7

Diferitele tipuri de atomi se disting prin numere diferite de particule elementare din ele. Determinați numărul de particule elementare din fiecare dintre aceste tipuri de atomi:

• Carbon
• Hidrogen
• Heliu
• Aluminiu

Indiciu: căutați fiecare dintre aceste elemente pe o masă periodică .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Fiecare atom de carbon este garantat că conține 6 protoni. Dacă atomul nu este încărcat electric, acesta va conține și 6 electroni pentru a echilibra încărcarea protonilor. Majoritatea atomilor de carbon conțin 6 neutroni, dar unii pot conține mai mult sau mai puțin de 6 atomi de carbon.

Fiecare atom de hidrogen este garantat că conține un proton. Cu excepția cazului în care atomul este încărcat electric, acesta va conține și un electron pentru a echilibra încărcarea unui proton. Majoritatea atomilor de hidrogen nu conțin neutroni, dar unii conțin unul sau doi neutroni.

Fiecare atom de heliu este garantat că conține 2 protoni. Dacă atomul nu este încărcat electric, acesta va conține și 2 electroni pentru a echilibra încărcarea protonilor. Majoritatea atomilor de heliu conțin 2 neutroni, dar unii pot conține mai mult sau mai puțin de 2.

Fiecare atom de aluminiu este garantat că conține 13 protoni. Cu excepția cazului în care atomul este încărcat electric, acesta va conține și 13 electroni pentru a echilibra încărcarea protonilor. Majoritatea atomilor de aluminiu conțin 14 neutroni, dar unii pot conține mai mult sau mai puțin de 14.

În timp ce studiați numărul de particule din interiorul fiecăruia dintre aceste tipuri de atomi, puteți întâlni acești termeni: numărul atomic și masa atomică (numită uneori greutate atomică ). Fii pregătit să discutăm ce înseamnă acești doi termeni.

Note:

Asigurați-vă că întrebați elevii dvs. ce definiții au găsit pentru "numărul atomic" și "masa atomică".

Este foarte recomandat ca studenții să caute mese periodice pentru a le ajuta să-și facă cercetări în această privință. Ordonarea elementelor dintr-un tabel periodic poate provoca câteva întrebări suplimentare, cum ar fi: "De ce sunt diferitele elemente aranjate astfel" panoul de lucru panel panoul panou-default "itemscope>

Întrebarea 8

Dintre cele trei tipuri de "particule elementare" care constituie atomi, determinați ce tip (ele) influențează următoarele proprietăți ale unui element:

• Identitatea chimică a atomilor (indiferent dacă este vorba despre un atom de azot, fier, argint sau alt element).
• masa atomului.
• Încărcarea electrică a atomului.
• Indiferent dacă este sau nu radioactiv (dezintegrarea spontană a nucleului).
Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

• Identitatea chimică a atomilor: protoni .
• Masa atomului: neutronii și protonii, și într-o măsură mult mai mică, electronii .
• Încărcarea electrică a atomului: electroni și protoni (indiferent dacă numerele sunt sau nu egale).
• Fie că este sau nu radioactiv: neutroni, deși s-ar putea numi, de asemenea, protoni în unele cazuri, deoarece nu sunt cunoscuți izotopi "stabili" (non-radioactivi) ai anumitor elemente, identitatea unui element fiind determinată strict de numărul de protoni.

Note:

Nu încetează niciodată să mă fascineze cât de multe dintre proprietățile elementare ale elementelor este determinată de un număr întreg simplu de particule din nucleul fiecărui atom.

În răspuns, introduc cuvântul izotop . Lăsați elevii să studieze ce înseamnă acest termen. Nu le spuneți pur și simplu!

Întrebarea 9

Cuvântul grecesc pentru chihlimbar (rășină fosilizată) este electron . Explicați cum a ajuns acest cuvânt să descrie un anumit tip de particulă subatomică (electron).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Când o bucată de chihlimbar este frecat cu o cârpă, se dezvoltă o sarcină electrică statică pe ambele obiecte. Experimentatorii timpurii au postulat existența unui fluid invizibil care a fost transferat între chihlimbar și pânză. Mai târziu, sa descoperit că mici particule sub-atomice constituiau acest "fluid", iar numele electronilor le-a fost dat.

Note:

Această întrebare oferă o bună oportunitate de a discuta istoria energiei electrice și modul în care înțelegerea și stăpânirea sa au schimbat în mod dramatic viața oamenilor. Asigurați-vă că puneți întrebări despre Benjamin Franklin și modelarea electricității ca fluid . Descoperirea științifică este adesea asistată de modele, dar poate fi și ea împiedicată de ei. Modelul de electricitate al lui Franklin, ca fluid, a făcut ambele (notația de flux convențională versus electron)!

Întrebarea 10

Ce înseamnă pentru ca un obiect să aibă o încărcătură electrică? Dați un exemplu de obiect care primește o încărcătură electrică și descrie modul în care se poate comporta acest obiect încărcat.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Pentru ca un obiect să fie încărcat electric, acesta trebuie să aibă fie un surplus, fie un deficit de electroni între atomii săi.

Un exemplu obișnuit de obiecte încărcate electric este frecarea baloanelor de latex împotriva îmbrăcămintei din lână sau perierea părului cu un pieptene de plastic. Consecințele acestor încărcături electrice sunt foarte ușor de perceput!

Note:

Această întrebare conduce, în mod firesc, la o discuție asupra teoriei atomice. Încurajați elevii să discute și să exploreze modele simple ale atomului și cum le servesc pentru a explica energia electrică în ceea ce privește plasarea electronică și mișcarea.

Întrebarea 11

Câți electroni sunt conținute într-o singură coulombă de încărcare?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Există 6, 25 × 10 18 electroni într-o singură coulombă de încărcare. Ce ar părea acest lucru fără utilizarea unei notații științifice? Scrieți aceeași cifră folosind cel mai potrivit prefix metric.

Note:

O mică recenzie de matematică aici: folosind notația științifică pentru a desemna numere foarte mari (sau foarte mici).

Întrebarea 12

Ce se întâmplă când două obiecte sunt frecate împreună și rezultă electricitatea statică?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Atunci când anumite combinații de materiale sunt frecate împreună, acțiunea de frecare transferă electronii de la atomii dintr-un material la atomii celuilalt. Acest dezechilibru de electroni lasă materialul anterior cu o sarcină pozitivă, iar acesta din urmă cu o încărcătură negativă .

Note:

Termenii "pozitivi" și "negativi" par a fi înapoi în raport cu conceptul modern de electroni ca purtători de sarcină. Asigurați-vă că discutați despre aspectul istoric al acestei terminologii (conjectura lui Benjamin Franklin) și denumirea ulterioară a unei taxe individuale a unui electron ca fiind "negativă".

Întrebarea 13

Este mult mai ușor să încărcați electric un atom decât să-i modificați identitatea chimică (de exemplu, din plumb în aur). Ce indică acest fapt despre mobilitatea relativă a particulelor elementare într-un atom?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Electronii sunt mult mai ușor de îndepărtat sau adăugați la un atom decât protonii. Motivul pentru aceasta este și soluția la paradoxul de ce protonii se leagă împreună în nucleul unui atom, în ciuda încărcărilor electrice identice.

Note:

Discutați cu elevii dvs. importanța acestui fapt: că electronii pot fi adăugați sau preluați de la un atom destul de ușor, dar că protonii (și neutronii care au legătură cu asta) sunt foarte "legați" într-un atom. Ce ar putea atomii să se comporte ca și cum protonii lor nu ar fi atât de strâns legați ca ei?

Știm ce se întâmplă cu electronii unor atomi atunci când substanțele se freacă împreună. Ce s-ar putea întâmpla cu acele substanțe dacă protonii nu erau atât de strâns legați împreună ca ei?

Întrebarea 14

Explicați ce înseamnă termenii electrici tensiunea, curentul și rezistența, folosind propriile cuvinte.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Tensiune: "presiune" electrică între două puncte sau locații diferite.

Curent: fluxul de electroni.

Rezistență: opoziție sau "frecare" la fluxul de electroni.

Tensiunea, curentul și rezistența sunt legate de legea lui Ohm.

Note:

Deși este destul de ușor ca elevii să caute definiții pentru aceste cuvinte din orice număr de referințe, este important ca aceștia să fie capabili să le arunce în propriile lor cuvinte. Amintirea unei definiții nu este la fel ca o înțelegere reală și dacă un student nu este în măsură să descrie semnificația unui termen folosind propriile cuvinte, atunci cu siguranță nu îl înțeleg! De asemenea, este util să încurajați studenții să ofere exemple de viață ale acestor termeni.

Întrebarea 15

Descrieți ce înseamnă "electricitatea", în cuvintele voastre.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Dacă aveți dificultăți în formularea unei definiții pentru "electricitate", este suficientă o definiție simplă a "curentului electric". Ceea ce caut aici este o descriere a modului in care un curent electric poate exista intr-un material solid, cum ar fi un fir metalic.

Note:

Această întrebare nu este la fel de ușor de răspuns, deoarece ar putea apărea mai întâi. Desigur, curentul electric este definit ca "fluxul" de electroni, dar cum electronii "curg" printr-un material solid cum ar fi cuprul? Cum merge ceva printr-un material solid, pentru asta?

Multe discipline științifice contestă ideile noastre de "bun simț" ale realității, inclusiv natura aparent solidă a anumitor substanțe. Unul dintre aspectele eliberatoare ale cercetării științifice este că ne eliberează de limitările percepției directe. Prin experimentări structurate și gândire riguroasă, suntem capabili să "vedem" lucruri care altfel ar fi imposibil de văzut. Cu siguranță nu putem vedea electronii cu ochii noștri, dar putem detecta prezența lor cu echipamente speciale, măsuram mișcarea lor prin inferență față de alte efecte și putem dovedi empiric că există într-adevăr.

În acest sens, metoda științifică este un instrument pentru extinderea capacității umane. Studenții dvs. vor începe să experimenteze fiorul de "lucrul cu invizibilul" în timp ce explorează circuitele electrice și electrice. Este sarcina dvs. ca un instructor de a încuraja și încuraja acest sentiment de minune în munca elevilor dumneavoastră.

Întrebarea 16

Care este diferența dintre materialele clasificate ca conductori față de cele clasificate ca izolatoare, în sensul electric al acestor cuvinte?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Conductorii" electrici oferă trecerea ușoară a curentului electric prin ele, în timp ce "izolatoarele" electrice nu. Diferența fundamentală dintre un "conductor" electric și un "izolator" electric este cât de ușor electronii se pot îndepărta de atomii lor.

Pentru o ilustrare a mobilității electronilor în cadrul unei substanțe metalice, cercetați termenii electron gaz și "Marea electronilor" într-o carte de referință chimie.

Note:

Este important să se înțeleagă că "conductoarele" și "izolatoarele" electrice nu sunt aceleași cu "conductoarele" și "izolatoarele" termice. Materialele care sunt izolatoare în sensul electric pot fi conductori echitabili ai căldurii (anumite geluri de silicon, fluide de transfer pentru chiuvete de căldură, de exemplu). Materialele care sunt conductoare în sensul electric pot fi izolate în sens termic (de exemplu, materiale plastice conductive).

Întrebarea 17

Identificați mai multe substanțe care sunt conductori buni ai energiei electrice și câteva substanțe care sunt bune izolatoare de electricitate.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Este foarte ușor să cercetați (și să testați!) Dacă diferite substanțe sunt sau nu conductori sau izolatori de energie electrică. Lasă această sarcină în mâinile tale foarte capabile.

Note:

Dacă elevii au acces la multimetre simple, aceștia pot efectua teste de conductivitate pe diferite substanțe cu ele. Aceasta este o activitate de clasă distractivă și interesantă!

Întrebarea 18

În termenii cei mai simpli vă puteți gândi, definiți ce este un circuit electric.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un circuit electric este orice cale continuă pentru ca electronii să curgă de la o sursă de potențial electric (tensiune) și din nou înapoi.

Note:

Deși definițiile sunt destul de ușor de cercetat și repetat, este important ca elevii să învețe să pună aceste concepte în propriile lor cuvinte. Solicitarea elevilor de a oferi exemple practice de "circuite" și "non-circuite" este o modalitate de a asigura o investigație aprofundată a conceptelor decât memorarea pe termen scurt.

Cuvântul "circuit", în uzul vernacular, se referă adesea la orice element electric. Desigur, acest lucru nu este adevărat în sensul tehnic al termenului. Elevii vor înțelege că mulți termeni pe care îi învață și folosesc într-un curs de electricitate sau electronică sunt de fapt folosiți în mod greșit în discursul comun. Cuvântul "scurt" este un alt exemplu: tehnic se referă la un tip specific de defecțiune a circuitului. În mod obișnuit, totuși, oamenii o folosesc pentru a se referi la orice tip de problemă electrică.

Întrebarea 19

Care este diferența dintre curentul electric și curentul electric? Identificați câteva surse comune ale fiecărui tip de energie electrică.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

DC este un acronim care semnifică curent direct : adică curent electric care se deplasează într-o singură direcție. AC este un acronim care semnifică curent alternativ : adică curentul electric care inversează periodic direcția ("alternates").

Bateriile electrochimice generează DC, ca și celulele solare. Microfoanele generează curent alternativ atunci când detectează unde sonore (vibrații ale moleculelor de aer). Există multe, multe alte surse de energie electrică DC și CA decât ceea ce am menționat aici!

Note:

Discutați un pic din istoria AC versus DC în sistemele de putere timpurii. În primele zile ale energiei electrice din Statele Unite ale Americii, a existat o dezbatere aprinsă între utilizarea DC versus AC. Thomas Edison a susținut DC, în timp ce George Westinghouse și Nikola Tesla au susținut AC.

Ar putea fi util să menționăm că aproape toată energia electrică din lume este generată și distribuită ca AC (Alternating Current), și nu ca DC (cu alte cuvinte, Thomas Edison a pierdut lupta AC / DC!). În funcție de nivelul clasei pe care o predați, acest lucru poate sau nu poate fi un moment bun pentru a explica de ce majoritatea sistemelor de putere utilizează AC. În orice caz, elevii dvs. vă vor întreba probabil de ce, deci ar trebui să fiți pregătiți să răspundeți la această întrebare într-un fel (sau să îi raportați orice constatare proprie!).

Întrebarea 20

Să presupunem că construiți o cabină departe de serviciul de alimentare cu energie electrică, dar doriți să aveți disponibilă energie electrică pentru a energiza becurile, un radio, un computer și alte dispozitive utile. Determinați cel puțin trei moduri diferite în care puteți genera energie electrică pentru a furniza necesarul de energie electrică în această cabină.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Există mai multe dispozitive diferite capabile să producă energie electrică pentru această cabină a dvs.:

• Generator cu motor
• Celula solara
• Termopile
• Moara de vant

Pentru fiecare dintre aceste dispozitive, care este principiul său de funcționare și de unde își obține energia?

Note:

Pentru fiecare dintre aceste "surse" de energie electrică, există o sursă fundamentală mai energică. Oamenii se gândesc adesea în mod eronat la dispozitivele generatoare ca surse magice de energie, unde nu sunt nimic mai mult decât convertoare de energie: transformând energia de la o formă la alta.

Întrebarea 21

De unde provine energia electrică din casa dvs., din școală sau din străzile de pe drumuri sau din numeroasele unități de afaceri din orașul tău? Veți găsi că există multe surse și tipuri diferite de surse de energie electrică. În fiecare caz, încercați să determinați unde este sursa ultimă a acelei energii.

De exemplu, într-un baraj hidroelectric, electricitatea este generată atunci când căderea apei se învârte într-o turbină, care transformă un generator electromecanic. Dar ceea ce conduce continuu apa în locația sa "în picioare", astfel încât procesul să fie continuu? Care este sursa ultimă de energie care este exploatată de baraj?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Unele surse de energie electrică:

• Baraje hidroelectrice
• Centrale nucleare
• centrale electrice pe bază de cărbune și petrol
• centrale electrice cu gaze naturale
• centrale electrice pe bază de lemn
• centralele geotermale
• centrale solare
• Instalații electrice de tip mare / val
• Mori de vânt

Note:

Un punct excelent al conversației este că aproape toate "sursele" de energie au o origine comună. Diferitele "surse" sunt doar expresii ale aceleiași surse adevărate (cu excepții, desigur!).

Întrebarea 22

Având în vedere o baterie și un bec, arătați cum ați conecta aceste două dispozitive împreună cu firul astfel încât să energizați becul:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Aceasta este cea mai simplă opțiune, dar nu singura.

Note:

Această întrebare oferă studenților o bună ocazie de a discuta despre conceptul de bază al unui circuit. Este foarte ușor de construit, sigur și ar trebui să fie asamblat de fiecare elev individual în clasă. De asemenea, evidențiați modul în care circuitele simple, cum ar fi acestea, pot fi asamblate la domiciliu ca parte a porțiunii "cercetare" a foii de lucru. Cercetarea răspunsurilor pentru întrebările din foaia de lucru nu înseamnă neapărat că informațiile trebuie să provină dintr-o carte! Încurajați experimentarea atunci când condițiile sunt cunoscute a fi sigure.

Studenții trebuie să se gândească la toate conceptele importante învățate în realizarea acestui circuit simplu. Ce principii generale pot fi derivate din acest exercițiu particular "panel de lucru panel panel-default" itemscope>

Întrebarea 23

Desenați o diagramă electrică schematică a unui circuit în care o baterie furnizează energie electrică unui bec.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Această schemă schematică nu este singura modalitate validă de a arăta o baterie care alimentează un bec:

Alte orientări ale componentelor din diagramă sunt permise. Ceea ce contează, totuși, este că există o singură cale continuă pentru curentul electric de la baterie, la becul și înapoi la celălalt terminal al bateriei.

Note:

Impresionați elevilor importanța învățării de a "comunica" în limba diagramelor schematice. Simbolurile și convențiile învățate aici sunt internaționale și nu se limitează la utilizarea în Statele Unite.

Întrebarea 24

Cele mai multe fire electrice sunt acoperite cu un strat de cauciuc sau plastic numit izolație . Care este scopul de a avea această "izolație" care acoperă sârma metalică "# 24"> Reveal răspuns Ascunde răspunsul

Scopul izolației care acoperă partea metalică a unui cablu electric este de a preveni contactul accidental cu alți conductori de electricitate, ceea ce ar putea duce la un curent electric neintenționat prin acești alți conductori.

Note:

Nu numai că această întrebare este practică din punctul de vedere al funcționării circuitului de înțelegere, dar și din perspectiva siguranței electrice. De ce este important ca firele să fie izolate? Sunt liniile electrice aeriene izolate ca firele utilizate în proiectele de clasă? De ce sau de ce nu? Cum au fost izolatoarele electrice izolate înainte de apariția tehnologiei moderne de materiale plastice?

Întrebarea 25

În primele zile de cabluri electrice firele erau izolate cu bumbac . Aceasta nu mai este practicată. Explică de ce.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Bumbacul, ca multe fibre naturale, este un izolator electric. . . până când se ude!

Note:

Această întrebare oferă ocazia de a discuta despre siguranța electrică în ceea ce privește îmbrăcămintea (adesea din bumbac). Îmbrăcămintea uscată oferă izolație la electricitate, cum ar fi izolația din sârmă de bumbac veche? Poate îmbrăcămintea de bumbac să fie încredințată pentru a vă izola în siguranță de tensiunea periculoasă?

Întrebarea 26

Cum ar putea fi folosită o baterie, un bec și niște lungimi de sârmă de metal ca un tester de conductivitate, pentru a testa capacitatea diferitelor obiecte de a conduce electricitatea?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Următorul circuit va funcționa ca un tester simplu de continuitate. Pur și simplu puneți capetele deschise ale firului în contact cu obiectul care urmează să fie testat, iar becul indică dacă obiectul conduce sau nu electricitatea la un nivel substanțial:

Note:

Nu numai că această întrebare este o ocazie de a rezolva o problemă, dar se dă bine experimentării simple și sigure. Încurajați elevii să-și construiască proprii testere de conductivitate și să testeze diferite substanțe cu ele.

Întrebarea 27

Să presupunem că avem o lungime lungă de cablu electric (tuburi flexibile care conțin fire multiple) pe care noi am suspectat că ar fi avut niște fire rupte în el. Proiectați un circuit simplu de testare care ar putea fi folosit pentru a verifica fiecare dintre firele cablului individual.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

O parte semnificativă a problemelor legate de circuitele electrice / electronice sunt cauzate de nimic mai complex decât conexiunile cu fire sparte sau defectele de-a lungul lungimii firelor. Testarea cablurilor pentru pauze este un exercițiu foarte practic.

Aceeași tehnică poate fi utilizată pentru a "mapa" firele de la un capăt al unui cablu la celălalt, în cazul în care firele nu sunt codate în culori sau făcute altfel identificabile.

Întrebarea 28

Cât timp va dura pentru ca becul să primească energie electrică odată ce bateria este conectată la restul circuitului "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00116x01.png" >

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Aproximativ 11 milisecunde (0, 0107 secunde).

Note:

Electricitatea este rapidă: efectele mișcării mișcării electronice la aproximativ viteza luminii (186.000 mile pe secundă). Viteza medie reală a electronilor, pe de altă parte, este foarte, foarte lentă. O analogie convenabilă pe care am folosit-o pentru a ilustra modul în care electronii se pot mișca încet, dar efectul rapid este cel al unui sistem hidraulic cu buclă închisă. Atunci când supapa este deschisă, mișcarea fluidului în sistem este imediată (de fapt, mișcarea progresează la viteza sunetului prin fluid - foarte rapid!), Totuși viteza reală a mișcării fluidului este mult mai lentă.

De altfel, simbolurile duble-chevron indică o pereche de conectori electrici (mufă și mufă, mascul și femelă).

Întrebarea 29

Un fir metalic de 22 de metri lungime, cu lungimea de 3 picioare, conține în jur de aproximativ 28, 96 × 10 21 electroni "liberi". Să presupunem că acest cablu este plasat într-un circuit electric care conduce un curent egal cu 6, 25 × 10 18 electroni pe secundă. Adică, dacă ați reușit să alegeți un loc de-a lungul acestei sârme și ați putea să numărați electronii pe măsură ce aceștia ar fi călătorit de acel loc, ați fi în număr de 6.250.000.000.000.000.000 de electroni care trec pe fiecare secundă. (Aceasta este o rată rezonabilă pentru curentul electric într-un fir de această dimensiune.)

Calculați viteza medie a electronilor prin acest fir.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Viteza medie a electronului = 0, 000647 picioare pe secundă sau 6, 47 × 10 -4 ft / s. Acest lucru este foarte lent: doar 0, 00777 cm pe secundă sau 0, 197 milimetri pe secundă!

Note:

În ciuda progresiei rapide a efectelor mișcării electronilor pe parcursul unui circuit (adică aproximativ viteza luminii), viteza reală a electronului este extrem de lentă prin comparație.

Datele de bază utilizate în acest calcul sunt următoarele:

• Numărul de electroni liberi pe metru cub de metal (un exemplu luat din ediția a 15-a, 1983, volumul 6, pagina 551) = 10 29 electroni pe m 3 . Tipul de metal nu a fost specificat.
• Sârmă de calibru 22 are un diametru de 0, 025 inch.

Întrebări precum acest lucru pot fi provocatoare pentru studenții fără un puternic matematică sau fundal științific. O strategie de rezolvare a problemelor pe care am găsit-o foarte utilă este aceea de a simplifica termenii unei probleme până când o soluție devine evidentă, apoi folosiți acest exemplu simplificat pentru a stabili un model (ecuație) pentru obținerea unei soluții având în vedere toți parametrii inițiali. De exemplu, care ar fi viteza medie a electronului dacă curentul ar fi 28, 96 × 10 21 electroni pe secundă, aceeași cifră ca numărul de electroni liberi care trăiesc în sârmă? Evident, viteza de curgere ar fi o lungime de sârmă pe secundă sau 3 picioare pe secundă. Acum, modificați rata actuală astfel încât să fie ceva mai apropiat de cel dat în această problemă (6, 25 × 10 18 ), dar totuși încă suficient de simplu pentru a calcula mental. Spuneți, jumătate din prima rată: 14, 48 × 10 21 electroni pe secundă. Evident, cu un debit de jumătate cât mai mult, viteza va fi jumătate, de asemenea: 1, 5 metri pe secundă în loc de 3 metri pe secundă. Câteva iterații ale acestei tehnici ar trebui să dezvăluie un model de soluție:

v = 3 eu


Q

Unde,

v = viteza medie a electronilor (picioare pe secundă)

I = curent electric (electroni pe secundă)

Q = Numărul de electroni din sârmă

De asemenea, este foarte util ca elevii cu cunoștințe să își demonstreze tehnicile de soluționare în fața clasei, astfel încât alții să învețe noi metode de rezolvare a problemelor.

Întrebarea 30

Ce se referă la simbolurile cu semnele de întrebare de lângă ei? În circuitul prezentat, ar fi alimentat becul?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Acestea sunt simboluri de sol și se pot referi fie la conexiunile realizate cu un conductor comun (cum ar fi șasiul metalic al unui automobil sau a unei incinte de circuit), fie pământului real (de obicei, prin tije metalice conduse în murdărie).

Note:

Cereți studenților despre conductivitatea relativă a șasiului metalic față de murdăria (pământ). Este o cale curentă formată din două șasiuri metalice echivalente cu o cale curentă formată din două baze de pământ "panou de lucru panou panou panou implicit" itemscope>

Întrebarea 31

Se prezintă aici o reprezentare simplificată a unei centrale electrice și a unei case, sursa de electricitate prezentată ca baterie și singura "sarcină" electrică în casă fiind un singur bec:

De ce ar folosi cineva doi fire pentru a conduce electricitatea dintr-o centrală electrică într-o casă, după cum se arată, atunci când ar putea pur și simplu să utilizeze un fir și o pereche de conexiuni la sol, cum ar fi acest lucru "/ / www.beautycrew.com.au//sub. allaboutcircuits.com/images/quiz/00075x02.png ">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Aceasta nu este o soluție practică, chiar dacă ar necesita doar jumătate din numărul de cabluri pentru distribuirea energiei electrice de la centrala electrică în fiecare casă! Motivul pentru care acest lucru nu este practic se datorează faptului că pământul (murdăria) nu este un bun conducător de electricitate. Firele metalice conduc energia electrică mult mai eficient, ceea ce duce la o mai mare putere electrică livrată utilizatorului final.

Note:

Discutați despre faptul că, deși pământul (murdăria) este un conducător sărac al energiei electrice, acesta poate fi în continuare capabil să realizeze niveluri de curent letale pentru corpul uman! Cantitatea de curent necesară pentru aprinderea unui bec de uz casnic este de obicei mult mai mare decât valorile letale pentru corpul uman.

Întrebarea 32

Ce anume este un scurtcircuit ? Ce înseamnă dacă un circuit este scurtcircuitat ? Cum diferă aceasta de un circuit deschis ?

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un scurtcircuit este un circuit care are o rezistență foarte mică, care permite cantități mari de curent. Dacă un circuit este scurtcircuit, înseamnă că o cale pentru curent care posedă anterior o rezistență substanțială a fost ocolită de o cale care are o rezistență neglijabilă (aproape zero).

În schimb, un circuit deschis este unul în care există o pauză care împiedică orice curent să treacă deloc.

Note:

Discutați cu elevii dvs. despre potențialele pericole ale scurtcircuitului. Apoi va fi evident de ce un "scurt-circuit" este un lucru rau. Întrebați-i pe elevi dacă se pot gândi la orice circumstanță realistă care ar putea duce la dezvoltarea unui scurt-circuit.

Am observat de-a lungul mai multor ani de predare electronică că termenii "scurt" sau "scurtcircuit" sunt adesea utilizați de noii studenți ca etichete generice pentru orice tip de defect de circuit, mai degrabă decât starea specifică descrisă. Acesta este un obicei care trebuie corectat, în cazul în care elevii trebuie să comunice inteligent cu ceilalți în profesie. A spune că o componentă "este scurtată" înseamnă un lucru foarte clar: nu este un termen generic pentru orice tip de defect de circuit.

Întrebarea 33

Ce ar trebui să se întâmple în acest circuit pentru ca acesta să devină scurtcircuitat ? Cu alte cuvinte, determinați cum să faceți un scurt-circuit folosind componentele prezentate aici:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Note:

În viața reală, desigur, scurt-circuitele sunt, de obicei, lucruri care trebuie evitate. Discutați cu studenții dvs. de ce circuitele scurte sunt în general nedorite și ce rol joacă izolația firelor în prevenirea acestora.

Întrebarea 34

Atunci când fulgerul se lovește, acele busteene magnetice din apropiere pot fi văzute ca smulse ca răspuns la descărcarea electrică. Nu există rezultate de deformare a acului compasului în timpul acumulării încărcării electrostatice care precedă fulgerul, însă numai atunci când șurubul este lovit. Ce indică acest fenomen despre tensiune, curent și magnetism "# 34"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Prezența unui curent electric va produce un câmp magnetic, însă simpla prezență a unei tensiuni nu va fi. Pentru mai multe detalii despre istoricul acestei descoperiri științifice, cercetați lucrarea lui Hans Christian Oersted la începutul anilor '20.

Note:

Descoperirea electromagnetismului nu a fost nimic mai puțin revoluționar în timpul lui Oersted. A pregătit calea pentru dezvoltarea motoarelor electrice, printre alte dispozitive electrice utile.

Întrebarea 35

Așa cum electricitatea poate fi utilizată pentru a produce magnetism, magnetismul poate fi, de asemenea, valorificat pentru a produce energie electrică. Ultimul proces este cunoscut ca inducție electromagnetică . Proiectați un experiment simplu pentru a explora fenomenul de inducție electromagnetică.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Poate că cel mai simplu mod de a demonstra inducția electromagnetică este construirea unui circuit simplu format dintr-o bobină de sârmă și un contor electric sensibil (un metru digital este preferat pentru acest experiment), apoi mutați un magnet peste bobina de sârmă. Ar trebui să observați o corelație directă între poziția magnetului în raport cu bobina în timp și cantitatea de tensiune sau curent indicată de contor.

Note:

Mulți studenți presupun în mod incorect că inducția electromagnetică poate avea loc în prezența câmpurilor magnetice statice . Nu este adevarat. Simpla configurare experimentală descrisă în secțiunea "Răspuns" pentru această întrebare este suficientă pentru a înlătura acest mit și pentru a lumina înțelegerea elevilor de acest principiu. De altfel, această activitate este o modalitate excelentă de a determina studenții să înceapă să gândească în termeni de calcul: relaționarea unei variabile cu rata schimbării în timp a altei variabile.

Întrebarea 36

Un difuzor audio mare poate servi pentru a demonstra atât principiile electromagnetismului cât și inducția electromagnetică . Explicați cum se poate face acest lucru.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Nu vă voi spune cum să configurați sau să faceți acest experiment, dar vă voi arăta o ilustrare a unui difuzor audio tipic:

"Bobina de voce" este atașată conului flexibil al difuzorului și este liberă să se deplaseze de-a lungul axei lungi a magnetului. Magnetul este staționar, fiind ancorat solid la rama metalică a difuzorului și este centrat în mijlocul bobinei de voce.

Acest experiment este cel mai impresionant când se folosește un difuzor fizic mare (de exemplu, "woofer").

Urmărirea întrebării: identificați câteva posibile puncte de eșec la un vorbitor care ar împiedica funcționarea corectă a acestuia.

Note:

Deoarece nu toată lumea are acces la un difuzor mare pentru acest tip de experiment, ar putea ajuta să aibă unul sau două difuzoare "woofer" situate în sala de clasă pentru ca studenții să experimenteze în această fază a discuției. De fiecare dată când îi poți încuraja pe studenți să organizeze experimente impromptu în clasă în scopul explorării principiilor fundamentale, este un lucru bun.

Întrebarea 37

Ce credeți că s-ar putea întâmpla dacă cineva ar trebui să atingă ușor conul unuia dintre acești difuzoare "/ / www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00080x01.png">

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Experimentați-vă singur acest experiment, utilizând o pereche lungă de fire pentru a separa cele două difuzoare unul de celălalt cu o distanță semnificativă. Ascultați și simțiți difuzorul la capătul dvs. în timp ce altcineva se rotește de celălalt difuzor, apoi rotește comerțul.

Note:

Acest experiment nu ilustrează doar principiile duale ale electromagnetismului și inducției electromagnetice, dar demonstrează, de asemenea, cât de ușor este să configurați un sistem simplu de telefonie audio acționat de sunet.

Este recomandat să aveți o pereche identică de difuzoare "woofer" situate în clasă pentru acest experiment, precum și o lungime lungă de cablu cu două fire (o bucată veche de cablu de prelungire funcționează bine în acest scop, cu aligator- clip "jumper" fire pentru a face conexiunile).

Întrebarea 38

Să presupunem că cineva cuplează mecanic un motor electric la un generator electric, apoi cuplează electric cele două dispozitive împreună într-un efort de a face o mașină cu mișcare perpetuă:

De ce nu se va roti acest ansamblu pentru totdeauna, odată ce a început "# 38"> Răspuns dezvălui Ascunde răspunsul

Acest lucru nu va funcționa deoarece nici motorul, nici generatorul nu sunt 100% eficiente.

Note:

Răspunsul ușor la această întrebare este "Legea conservării energiei (sau a doua lege a termodinamicii) o interzice", însă citând o astfel de "lege" nu explică cu adevărat de ce mașinile permise de mișcare sunt sortite eșecului. Este important ca studenții să înțeleagă că realitatea nu este legată de oamenii fizici "legi" stabiliți; mai degrabă, ceea ce noi numim "Legi" sunt de fapt doar descrieri ale regularităților văzute în natură. Este important să accentuăm gândirea critică într-o astfel de întrebare, deoarece nu mai este maturizată din punct de vedere intelectual să negăm posibilitatea unui eveniment bazat pe aderarea dogmatică la o lege decât să credem naiv că orice este posibil.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →