Fyzika pro 8. ročník: Elektrické jevy – poznání, bezpečnost a praktické využití

Lekce z fyziky pro 8. třídu na téma: „Elektrické jevy“
Cíl hodiny:

1. Opakovat a shrnout základní věty a zákony tématu „Elektrické jevy“

2. Podpořit rozvoj poznávací činnosti žáků, zájmu o fyziku

3. Udržovat ducha hledání a spolupráce, ukázat praktický význam znalostí tohoto tématu

4. Podporovat vzájemnou pomoc ve skupině

5. Naučit děti samostatně a objektivně hodnotit svou práci

Průběh hodiny:
1 Organizační moment
Děti! Na všech předchozích hodinách jsme studovali téma „Elektrické jevy“. A dnes máme za úkol shrnout vše, co jste se dozvěděli, čemu jste se naučili — o čem budeme dnes hovořit, vám již známo. Proto se nelekejte, jen se soustřeďte, naladťe se na to, že toho hodně víte, a pak společně zvládneme jakýkoliv úkol.

1. stanice – Teoretická
   Odpovězte na otázky, a nezapomeňte si dělat značky v sešitě, když odpovíte správně.

2. Co je to elektrický proud?

3. Jak se čte Ohmův zákon?

4. Jednotka měření napětí?

5. Jednotka měření odporu?

6. Jaké látky se nazývají dielektriky?

7. Z jakých částic se skládá jádro atomu?

8. Jaký přístroj měří intenzitu proudu?

9. Jednotky měření proudu?

10. Které zařízení slouží k měření napětí?

11. stanice – Srovnávací
    Uveďte dva typy zapojení vodičů. Dejte srovnávací charakteristiku těmto zapojením.
    | Spojení | Vlastnosti |
    |--- | ---|
    | Sériové | 1. Prvky obvodu jsou zapojeny za sebou <br> 2. Konstantní veličina: proud <br> 3. Když jeden spotřebič selže, celý obvod se přeruší |
    | Paralelní | 1. Prvky obvodu jsou zapojeny paralelně <br> 2. Konstantní veličina: napětí <br> 3. Obvod funguje, i když jeden spotřebič selže |

12. stanice – Úlohova
    Každému žákovi je zadán individuální úkol. Po vyřešení musí žáci podle tabulky nalézt svou odpověď a uvést kód – písmeno. Pokud vyřešíte správně, vzejde přísloví.

ODPOVĚDI
PÍSMENO‑KÓD
0,22 → G
500 → R
220 → O
100 → Z
2000 → I
15 → N
11 → T
1 → K
30 → Š
60 → A
800 → E
127 → U
44 → V

Vychází tomilské přísloví „V bouřce deštník není ochrana.“

4. stanice – Literární
   Vysvětlete význam tohoto přísloví: V bouřce deštník není ochrana.
   Odpovězte na otázky:
   ? Co je to bouřka? (Bouřka — atmosférický jev, při kterém uvnitř oblaků, nebo mezi oblakem a zemským povrchem, vznikají elektrické výboje — blesky, spojené s hromem. Obvykle se bouřka tvoří v mohutných kupovitě dešťových mračnech a bývá spojena s přívalovým deštěm, krupobitím a nárazovým zesílením větru.)
   ? Vysvětlete význam jiného přísloví, tentokrát korejského: Aby se chránit před bleskem, neskládají na hlavu naběračku.
   ? Co je to blesk? (Elektrický výboj, který může způsobit smrt živých organismů.)
   ? Jaké zařízení vynalezli Lomonosov a Franklin, aby odvedli blesk od obydlí? (Hromosvod neboli svodič blesku.)
   ? K čemu slouží tato zařízení?

Trocha o hromosvodu
Hromosvod (v běžném užití také „svodič blesku“) — zařízení instalované na budovách, které slouží k ochraně proti úderu blesku.
Za vynálezce hromosvodu je považován Benjamin Franklin (rok 1752), ačkoliv existují důkazy o konstrukcích se svodiči i dříve (např. Nevyanská věž, papírové draky Jacquesa Romea).
Skládá se ze tří propojených částí:
– bleskosvodná soustava – přijímá výboj a je umístěna v možné oblasti kontaktu s kanálem blesku; může být kovový hrot, síť vodičů nebo kovové lano nad objektem
– uzemňovací vodič – vodič, který odvádí náboj z bleskosvodu k uzemnění; obvykle má velký průřez
– uzemňovač – vodič či více vodičů spojených a zasazených do země; často kovová deska nebo prvek zapuštěný do země
Tyto části se vzájemně spojují a upevňují na nosné konstrukci. Jak výška objektu roste, roste i pravděpodobnost zásahu — proto bleskosvod bývá co nejvýše, buď přímo na objektu, nebo jako samostatná konstrukce poblíž.
Jak vidíme, domu skutečně hrozí nebezpečí, které je zachrání svodič přivedením výboje do země.

Mimochodem

L. N. Tolstoj. Jak chlapec vyprávěl o tom, jak ho zastihla bouřka v lese.
„Najednou bylo tmavo, začalo pršet a zahřmělo. Vyděsil jsem se a posadil se pod velký dub. Blesk zasvítil tak jasně, že mě oči bolely a zavřel jsem je. Nad hlavou něco praskalo a hřmělo; potom mě něco udeřilo do hlavy. Padl jsem a ležel, dokud nepršelo. Když jsem se probral, z celého lesa kapalo ze stromů, zpívali ptáci a sluníčko se hrálo. Velký dub se zlomil a z pařezu šel dým. V okolí ležely kousky dubu. Šaty byly celé mokré a přilepené k tělu, na hlavě jsem měl boule, a trochu mě bolelo.“
? Čemu chlapec nevěděl, když byl zasažen bleskem?
? Jaká jsou pravidla chování během bouřky?
Chlapec nevěděl, že blesk často udeří do vysokých osamocených objektů. Aby se vyhnout úderu blesku, je třeba dodržovat tato základní pravidla:

• nevstupovat k vysokým objektům (stromům, sloupům) ani k hromosvodům; hlavně se k nim nepřibližovat ani se k nim nepřiklánět;

• nevyhýbat se otevřeným a zvýšeným místům;

• nevystavovat se na březích řek, potoků nebo jiných vodních ploch; nekoupat se ve vodě.
  ? Co dělat, pokud je člověk zasažen bleskem?
  (Před příchodem lékaře provádět umělé dýchání.)

BLESK
Podivné chování blesku bývá neočekávané a nepochopitelné. Blesk může zabít člověka, aniž by se dotkl jeho oděvu; může člověka “svléknout” beze škody na těle a zničit mu oblečení. Někdy blesk spálí jen spodní prádlo, zatímco svrchní oděv zůstane neporušen. Důležitá není jen výška stromu, ale i struktura kořenového systému a složení půdy. Nejčastěji jsou zasaženy stromy s rozvinutým a hlubokým kořenovým systémem, protože představují menší odpor. Blesk preferuje lepší vodiče, tedy stromy více navlhčené.
Blesk obvykle probíhá tam, kde je koncentrace vodivých částic. Jednou zasáhl nízký komín poblíž vysokého komínu — stalo se to proto, že nízký komín kouřil, a kouř je dobrým vodičem elektřiny. Blesk může zasáhnout letadlo vypouštějící výfukové plyny poblíž bouřkového oblaku. Zasažení zemského povrchu bleskem závisí na vodivosti vrstev půdy, jejich složení a vlhkosti. Například blesk častěji udeří v jílovitou půdu než v písčitou, protože jíl má vyšší vodivost. Často udeří blesk i v rokle nebo údolí, protože se tam hromadí vlhkost, někdy protékají potoky.

Úkol „Uveďte příjmení“.
Uveďte vědce, jehož příjmení má pět písmen: první — první v názvu zdroje proudu, který vyžaduje předběžné nabití; druhé — druhé v názvu jednotky odporu; třetí — třetí v názvu přístroje pro měření proudu; čtvrté — čtvrté v názvu jednotky proudu; páté (a poslední) — poslední písmeno v názvu přístroje pro měření napětí. Odpověď: Ampér.

Představme si situaci. Dostali jsme zprávu: Pozor! Pátrání!
Ve vícezařízení městě máte nalézt, koho hledají. Podle zvláštních znaků najít přístroj a vyprávět o něm vše, co víte. Poslouchejte velmi pozorně.
Podzemní přezdívka – Galvanometr.
Může měnit svůj vzhled, být laboratorní, demonstrační, technický. Svůj název získal od francouzského fyzika a matematika. Pracuje v sériovém režimu. Na „hrudi“ má znak první písmena latinské abecedy.
O jakém přístroji je řeč? (Ampermetr)
Podobá se svému kolegovi. Mění svůj vzhled, ve svých akcích je opatrný, pracuje “jeden na jednoho” s objektem. Jeho styl je paralelní provoz. Na “hrudi” má znak první písmena latinského slova „POBEDA“ (Voltmetr).

Minutka odpočinku.
Děti, jednou se velkého myslitele Sokrata zeptali, co podle něj v životě je nejsnadnější? Odpověděl, že nejsnadnější je poučovat druhé, a těžší – poznat sám sebe.
Na hodinách fyziky mluvíme o poznávání přírody. Ale dnes „nahlédněme do sebe“. Jak vnímáme okolní svět? Jako umělci nebo jako myslitelé?
Postavte se, zvedněte ruce nahoru, natáhněte se.
Propleťte prsty. Který prst – levé nebo pravé ruky – je nahoře? Výsledek zapište „L“ nebo „P“.
Složte ruce na hrudi („Napoleonova póza“). Která ruka je nahoře?
Tleskněte. Která ruka je nahoře?
Shrneme to.
Výsledek „LLL“ odpovídá uměleckému typu osobnosti, „PPP“ typu myšlení.
Jaký typ převažuje ve vaší třídě? Několik „umělců“, několik „myslitelů“, ale většina — harmonicky rozvinuté osobnosti, kterým je vlastní jak logické, tak obrazné myšlení. A nyní můžeme přejít k poznávání vnějšího světa.

„Bezpečnost člověka“
Učitel: V životě se potýkáme s množstvím elektrických spotřebičů.
Každý, kdo přichází do styku s elektrickými zařízeními, by měl mít jasnou představu o nebezpečí elektrického proudu, důsledně dodržovat bezpečnostní pravidla a umět poskytnout pomoc zasaženému.

• Jaký proud je považován za bezpečný pro člověka? (asi 1 mA)

• Jaký proud způsobuje vážná poškození? (10 mA)

• Jaký proud je nebezpečný pro člověka? (více než 100 mA)

• Vysoké napětí je nebezpečné pro život.

• Jaké napětí je považováno za bezpečné ve vlhkém prostředí? (do 12 V)

• A jaké napětí v suchém prostředí? (do 36 V)

4. Soutěž „Najdi chybu!“

Abychom mohli začít pracovat, musíme si připomenout pravidla BOZP.
Při sestavování je třeba znát jasně technická pravidla (bezpečnosti).
Nezapomeneme při montáži: ampérmetr zapojujeme (sériově).
A voltmetr zapojíme dvěma vodiči samostatně (paralelně).

1. Na stole: zdroj proudu, voltmetr, žárovka, reostat, spojovací vodiče, vypínač. Sestavte obvod dle schématu, sledujte změny na voltmetru a svítivost žárovky při posunu kluzáku reostatu. (1 žák)

2. Na stole: zdroj proudu, voltmetr, ampérmetr, reostat, odpor, klíč, spojovací vodiče. Sestavte obvod dle schématu, měřte proud a napětí na rezistoru při různých polohách kluzáku reostatu (1, 2, 3, 4). Zaznamenejte výsledky do tabulky. Vykreslete graf z naměřených hodnot. Uveďte závěr. (1 žák)

Závěr hodiny
Slovy ruského básníka 19. století Jakova Petroviče Polonského:
Království vědění nezná mezí —
Všude stopy jeho věčných vítězství,
Slovo rozumu a činy,
Síla a světlo.
T tato slova oprávněně patří k úžasné vědě – fyzice, která nám přinesla mnoho objevů a osvětlila náš život doslova i obrazně. A kolik ještě nezjištěného kolem! Jaké pole působení pro bystrý rozum, šikovné ruce a zvídavou povahu! Takže spusťte svého „věčného myslitele“ a vpřed!

„Fyzikální štafeta“ (spojte šipkami)

Životopis
Významný německý fyzik Georg Simon Ohm (1787–1854), po kterém je pojmenován slavný zákon elektrotechniky a jednotka elektrického odporu, se narodil 16. března 1789 v Erlangenu (Bavorsko). Jeho otec byl ve městě známý mechanický mistr. Chlapec Ohm pomáhal otci v dílně a hodně se od něj naučil. Mohl být mechanikem jako otec, ale Ohm byl ambiciózní, chtěl být vědcem a pracovat na prestižních univerzitách. Vstoupil na univerzitu v Erlangenu a ukončil studium v roce 1813. První práce – učitel fyziky a matematiky v reálné škole v Bamberku.
Po několika letech práce ve škole se Ohmův sen stal skutečností. V roce 1817 se stal profesorem matematiky v jezuitském kolegiu v Kolíně nad Rýnem. Tam se začal zabývat výzkumem elektřiny pomocí Voltaovy baterie. Ohm sestavoval obvody z vodičů různé tloušťky, materiálu i délky (drát sám navíjel vlastním způsobem) a snažil se pochopit zákony těchto obvodů. Jeho práce byla složitá — připomeňme, že tehdy nebyly žádné měřicí přístroje a proud v obvodu bylo možné posuzovat jen podle nepřímých jevů. Ohmovi se hodily dovednosti z otcovy dílny a hlavně vytrvalost — experimenty trvaly 9 let.

Zpráva „Hlavní příčiny zásahu proudem“

Příklad 1: Člověk stojící na dobře izolujícím podkladu (např. suchá dřevěná podlaha) se současně dotkne dvou vodičů pod napětím. V tomto případě projde proud tělem od jedné ruky k druhé přes srdce a plíce. To povede k narušení jejich činnosti. Při napětí nad 36 V (pokud se proud rychle neodpojí) bývá zásah často smrtelný.

Příklad 2: Člověk stojí na izolaci, dotkne se pod napětím žijícího vodiče a současně kovového předmětu spojeného se zemí (např. radiátor nebo vodovodní baterie). Proud pak projde tělem a stejným nebezpečím končí.

Příklad 3: Člověk stojící na vodivé půdě (např. vlhká zem nebo beton) se dotkne živého vodiče. Proud proběhne skrz tělo směrem k nohám a účinky budou obdobné. Proto se nikdy nepřibližujte k přerušeným vodičům na zemi.

Příklad 4: Člověk drží elektrický přístroj, uvnitř kterého vodič nebo vinutí dotýká se krytu, a současně se dotkne zemněného předmětu. Proud protéká tělem do země.

Shrnutí:

• Nebezpečné je současné dotýkání se dvou odizolovaných vodičů pod napětím.

• Nebezpečné je současné dotknutí se vodiče pod napětím a předmětu spojeného se zemí.

• Nebezpečné je používat poškozený elektrický přístroj.

• Nebezpečné je dotýkat se vodiče ležícího na vodiči, zejména při stání na vodivém podkladu.

Zpráva žáka „Opatření při práci s elektrickým proudem“

„Působení elektrického proudu na lidský organismus“
Opakuji: lidské tělo je vodič. Elektrický proud procházející tělem dráždí a stimuluje živé tkáně organismu. Působení proudu má různorodý charakter. Při průchodu tělem probíhá tepelné, elektrolytické, mechanické, biologické i světelné působení.
Tepelné působení způsobuje přehřátí a funkční poruchy orgánů.
Elektrolytické působení znamená elektrolýzu tekutiny v tkáních (např. krvi) a narušení jejího fyzikálně-chemického složení.
Mechanické působení vede k praskání tkání, vrstvení, úderovému efektu páry, prudkému stažení svalů až k jejich prasknutí.
Biologické působení vyvolává podráždění nervové soustavy.
Světelné působení může poškodit oči.
Závažnost zásahu závisí na proudu, charakteru (stálý/periodický), trvání a dráze v těle. Největší riziko představuje průchod přes mozek a nervová centra, která řídí dýchání a srdce.
Proud 0,05–0,1 A je považován za nejnebezpečnější pro člověka. Při větších proudech smrt nemusí nastat, ale mohou vzniknout těžké popáleniny. Existují případy, kdy při popravě „elektrickým křeslem“ proud nejdřív tělo spaloval, než nastala smrt.
Odpor lidského těla není konstantní. Závisí na stavu osoby, kůže, potu, alkoholu v krvi atd. Suchá hrubá kůže má vysoký odpor, vlhká, jemná nízký. Odpor klesá při poranění kůže — řezy, škrábance.
Mezi krajními body na těle (např. od prstu nohy k prstu ruky) může být odpor při suché kůži až 10⁵ Ω. Pokud má rukou pot, odpor mezi nimi může být 1500 Ω. Pro tato napětí odpovídají smrtelná napětí 10 000 V a 150 V. Pokud je oslabena izolační schopnost kůže (vlhké ruce, rány), smrtelná mohou být i napětí 100–120 V či nižší. Proto se v některých profesích používá nízké napětí (např. páječky 24 V). Ve vlhkých místnostech lze pracovat nejvýše s 12 V, v suchých 36–42 V.
Nejcitlivější na proud jsou části těla jako kůže obličeje, krku a hřbet dlaní. Jejich odpor je výrazně nižší než u jiných částí. Nejohroženější jsou tzv. akupunkturní body na krku a uších: když je blesk zasáhne, i napětí 10–15 V může být smrtelné.

Zpráva „První pomoc při zásahu proudem“
Při poskytování první pomoci je každá sekunda důležitá. Čím déle člověk působením proudu trpí, tím menší šance na záchranu. Obvykle se člověk nemůže osvobodit z kontaktu s vodiči, protože proud způsobuje křeče svalů. Také rychle dochází k selhání centrální nervové soustavy a ztrátě vědomí.
Vždy je třeba co nejdříve přerušit přívod proudu.
Při nízkém napětí lze použít suchou tyč, desku, lano, oděv nebo jiné suché izolanty. Nelze použít kovové či mokré předměty. Musíme si uvědomit, že i zasažený člověk je vodičem. Při tažení za kus oděvu je nutné použít jednu ruku a izolovat se. Nikdy nepracujte neizolovanými rukama – mohli byste se stát součástí obvodu. Pro izolaci lze nosit gumové boty, stát na suché desce či nevodivé podložce, nosit gumové rukavice. Můžete nabídnout postiženému, aby se sám odlepil od země (např. odskočit).
Když postiženého zbavíte kontaktu s proudem, položte ho na záda, zajistěte mu klid, zapněte volné části oděvu, uvolněte dýchací cesty. Dejte mu čichnout čpavkový roztok.
Pokud není známka života, aplikujte umělé dýchání a masáž srdce.
V každém případě zavolejte lékaře nebo zajistěte okamžitý transport do zdravotnického zařízení.

Abychom mohli začít práci, musíme si připomenout pravidla BOZP.
Při sestavování:
Pravidla techniky (bezpečnosti)
Ampérmetr zapojujeme (sériově)
Voltmetr zapojíme dvěma vodiči (paralelně)

Zajímavost: blesky ve vyšší atmosféře
V roce 1989 byl objeven zvláštní druh blesku — elfy, blesky ve vyšší atmosféře. V roce 1995 byl odhalen další typ — jety.
Elfy