Badanie obwodów prądu stałego 312[02].O1 · − zestaw pytań sprawdzających czy uczeń...

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ

Barbara Kapruziak Badanie obwodów prądu stałego 312[02].O1.03 Poradnik dla nauczyciela Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego” 1

Recenzenci: dr inż. Marian Korczyński prof. PŁ dr hab. inż. Krzysztof Pacholski Opracowanie redakcyjne: mgr inż. Ryszard Zankowski Konsultacja: mgr Małgorzata Sienna Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 312[02].O1.03 „Badanie obwodów prądu stałego” zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu technik teleinformatyk. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007


SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Scenariusze zajęć 7 5. Ćwiczenia 11

5.1. Struktura obwodu elektrycznego 11 5.1.1. Ćwiczenia 11

5.2. Podstawowe wielkości obwodu prądu stałego 12 5.2.1. Ćwiczenia 12

5.3. Podstawowe prawa obwodów prądu stałego. Połączenia rezystorów 14 5.3.1. Ćwiczenia 14

5.4. Obliczanie obwodów rozgałęzionych metodą praw Kirchhoffa 17 5.4.1. Ćwiczenia 17

5.5. Pomiar wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego 18 5.5.1. Ćwiczenia 18

5.6. Oddziaływanie cieplne prądu stałego 20 5.6.1. Ćwiczenia 20

5.7. Stany pracy źródła napięcia. Dopasowanie odbiornika do źródła 21 5.7.1. Ćwiczenia 21

5.8. Pojemność elektryczna - kondensatory 23 5.8.1. Ćwiczenia 23

5.9. Wpływ prądu elektrycznego na organizm człowieka 25 5.9.1. Ćwiczenia 25

6. Ewaluacja osiągnięć ucznia 26 7. Literatura 37


1. WPROWADZENIE

Poradnik, który Państwu przekazujemy będzie pomocny w prowadzeniu zajęć dydaktycznych w szkole zawodowej kształcącej w zawodzie technika teleinformatyka oraz w przyswajaniu przez uczniów wiedzy dotyczącej obwodów elektrycznych prądu stałego, a także w kształtowaniu umiejętności ich obliczania i wykonywania pomiarów wielkości elektrycznych w tych obwodach.

Wskazane jest, by zajęcia dydaktyczne były prowadzone metodami aktywizującymi, ze szczególnym uwzględnieniem: − ćwiczeń obliczeniowych, − pokazów, − ćwiczeń pomiarowych.

Istotne jest, by uczniowie samodzielnie zdobywali wiadomości i umiejętności poprzez pracę zespołową oraz korzystanie z różnych źródeł informacji.

W poradniku zamieszczono: − wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinien posiadać uczeń, by mógł

bez problemów rozpocząć pracę ze swoim poradnikiem, − cele kształcenia czyli wykaz umiejętności, jakie opanuje uczeń w wyniku kształcenia

w ramach tej jednostki modułowej, − zestaw pytań sprawdzających czy uczeń opanował już podane treści, − propozycje ćwiczeń (zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie

stanowiska pracy), które pozwolą uczniowi ukształtować określone umiejętności praktyczne,

− sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić poziom wiedzy ucznia po wykonaniu ćwiczeń,

− sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi sprawdzenie wiadomości i umiejętności ucznia opanowanych podczas realizacji programu danej jednostki modułowej,

− literaturę związaną z programem jednostki modułowej umożliwiającą pogłębienie wiedzy z zakresu programu tej jednostki.


Schemat układu jednostek modułowych

322[18].O1.01 Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny

pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz

ochrony środowiska

312[02].O1.03 Badanie obwodów prądu

stałego

312[02].O1 Podstawy mechaniki

i elektrotechniki

312[02].O1.02 Projektowanie i wykonywanie

konstrukcji mechanicznych 312[02].O1.04

Badanie obwodów prądu przemiennego

312[02].O1.05 Użytkowanie instalacji

elektrycznych


2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej uczeń powinien umieć: − komunikować się i pracować w zespole, − dokonywać oceny swoich umiejętności, − korzystać z różnych źródeł informacji, − wyszukiwać, selekcjonować, porządkować, przetwarzać i przechowywać informacje

niezbędne do wykonywania zadań zawodowych, − interpretować założenia teoretyczne i stosować je w praktyce, − przedstawiać graficznie zależności oraz interpretację wykresów, tabel i schematów, − analizować treść zadania, dobierać metody i plan rozwiązania, − uzasadniać działanie na podstawie określonej teorii, planować czynności, tabele

pomiarów, − prezentować wyniki opracowań, − opisywać budowę atomu, − stosować zasady bhp, ochrony przeciwpożarowej i ochrony środowiska, − wykonywać podstawowe operacje matematyczne, m.in. przekształcanie wzorów.


3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej uczeń powinien umieć: − wyjaśnić zjawisko prądu elektrycznego w ciałach stałych, cieczach i gazach, − rozróżnić materiały pod względem właściwości elektrycznych, − rozróżnić rodzaje prądu ze względu na jego przebieg, − zdefiniować podstawowe wielkości elektryczne i przeliczyć jednostki tych wielkości

w układzie SI, − rozpoznać elementy obwodów elektrycznych, − odczytać schematy prostych obwodów elektrycznych, − zastosować podstawowe prawa elektrotechniki do analizy obwodów elektrycznych prądu

stałego, − oznaczyć zwroty napięć i prądów w obwodach elektrycznych, − obliczyć wartości wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego, − obliczyć rezystancję przewodnika o określonych wymiarach, − obliczyć rezystancję zastępczą rezystorów połączonych równolegle, szeregowo

i w sposób mieszany, − ocenić wpływ zmian rezystancji w obwodach elektrycznych na wartość napięcia, prądu

i mocy, − obliczyć parametry zastępcze źródeł napięcia, − określić warunki dopasowania odbiornika do źródła, − obliczyć pojemność kondensatora płaskiego, − obliczyć pojemność zastępczą układu połączeń kondensatorów oraz rozkład napięć

i ładunków, − posłużyć się woltomierzem i amperomierzem prądu stałego, omomierzem oraz

miernikiem uniwersalnym, − wykonać pomiary w obwodach prądu stałego, − zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego i opracować ich

wyniki pomiarów, − zweryfikować poprawność obliczeń i wskazań mierników, − zastosować obowiązującą procedurę postępowania w sytuacji zagrożenia zdrowia lub

życia / porażenia prądem elektrycznym, − zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz

ochrony środowiska.


4. SCENARIUSZE ZAJĘĆ Scenariusz zajęć 1 Osoba prowadząca: ………………………………………………………… Modułowy program nauczania: Technik teleinformatyk 312[02] Moduł: Podstawy mechaniki i elektrotechniki 312[02].O1 Jednostka modułowa: Badanie obwodów prądu stałego 312[02].O1.03

Temat: Stany pracy źródła napięcia. Cel ogólny: kształtowanie umiejętności rozróżniania i charakteryzowania stanów pracy

źródła napięcia. Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń powinien umieć: − rozróżnić stany pracy źródła napięcia, − scharakteryzować stan pracy źródła po dokonaniu przerwy w odbiorniku, − scharakteryzować stan pracy źródła po dokonaniu zwarcia odbiornika, − scharakteryzować stan pracy źródła po obciążeniu obwodu rezystancją R, − scharakteryzować stan dopasowania odbiornika do źródła, − obliczyć prąd zwarcia źródła, − obliczyć prąd płynący w obwodzie w stanie obciążenia źródła, − obliczyć prąd płynący w obwodzie w stanie dopasowania odbiornika do źródła, − zmontować układ według schematu, − zmierzyć parametry obwodu. W czasie zajęć będą kształtowane następujące umiejętności ponadzawodowe: − organizowanie i planowanie zajęć, − praca w zespole, − ocena pracy zespołu. Metody nauczania–uczenia się: − ćwiczenia pomiarowe, − ćwiczenia obliczeniowe. Formy organizacyjne pracy uczniów: − praca grupowa jednolita. Czas: 2 godziny dydaktyczne. Środki dydaktyczne: − rzeczywiste źródła napięcia, − rezystory o rezystancji nastawnej, − mierniki (woltomierze, amperomierze), − przewody łączeniowe, − arkusze papieru, − mazaki.


Przebieg zajęć: 1. Sprawy organizacyjne. 2. Wprowadzenie do tematu, przedstawienie celów zajęć. 3. Nawiązanie do tematu zajęć – scharakteryzowanie stanów pracy rzeczywistego źródła

napięcia i określenie parametrów źródła w różnych stanach pracy. 4. Podział klasy na 4 grupy. 5. Wybór w każdej grupie lidera i sekretarza. 6. Każda grupa otrzymuje schemat innego stanu pracy źródła np. grupa I - stanu jałowego,

grupa II – stanu dopasowania do źródła, itd. 7. Zadanie polega na zmontowaniu układu według schematu, dobraniu właściwej aparatury

i dokonaniu pomiarów pozwalających na wyznaczenie parametrów obwodu dla danego stanu pracy źródła

8. Uczniowie na podstawie schematu układu dobierają rezystor pełniący funkcję odbiornika oraz mierniki o właściwych zakresach pomiarowych: amperomierze i woltomierze.

9. Po zmontowaniu układu i sprawdzeniu jego poprawności przez nauczyciela uczniowie wykonują pomiary odpowiednich wielkości elektrycznych i zapisują wyniki w tabelce. Następnie, na drodze analitycznej, wykorzystując proste zależności matematyczne, wszystkie grupy dokonują obliczeń możliwych wielkości elektrycznych w swoich obwodach. Wyniki również zapisują w tabelce. Wyniki pomiarów porównują z wynikami obliczeń Na podstawie analizy układu i uzyskanych wyników uczniowie formułują wnioski dotyczące stanu pracy źródła napięcia i jego parametrów. Na zakończenie liderzy grup prezentują efekty pracy swojej grupy: przedstawiają układy obrazujące poszczególne stany pracy źródła i charakteryzują te stany.

10. Nauczyciel dokonuje podsumowania lekcji i ocenia pracę wszystkich grup. Zakończenie zajęć

Praca domowa

Opisz w zeszycie wszystkie stany pracy rzeczywistego źródła napięcia oraz scharakteryzuj je podając podstawowe parametry.

Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach: − anonimowe ankiety ewaluacyjne dotyczące sposobu prowadzenia zajęć i ukształtowanych

umiejętności.


Scenariusz zajęć 2 Osoba prowadząca: ………………………………………………………… Modułowy program nauczania: Technik teleinformatyk 312[02] Moduł: Podstawy mechaniki i elektrotechniki 312[02].O1 Jednostka modułowa: Badanie obwodów prądu stałego 312[02].O1.03

Temat: Zależność pojemności kondensatora od jego parametrów konstrukcyjnych. Cel ogólny: kształtowanie umiejętności analizowania wpływu zmiany konkretnego parametru

konstrukcyjnego kondensatora na zmianę pojemności. Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń powinien umieć: − rozróżnić wielkości mające wpływ na wartość pojemności, − objaśnić pojęcie przenikalności dielektrycznej, − obliczyć pojemność na podstawie parametrów konstrukcyjnych kondensatora, − określić jednostki wielkości występujących we wzorze na pojemność kondensatora, − zinterpretować wpływ poszczególnych wielkości na zmiany pojemności, − dobrać odległość między okładzinami w celu uzyskania żądanej pojemności. W czasie zajęć będą kształtowane następujące umiejętności ponadzawodowe: − organizowanie i planowanie zajęć, − praca w zespole, − ocena pracy zespołu, Metody nauczania–uczenia się: − pokaz z objaśnieniami, − dyskusja wielokrotna, − ćwiczenia. Formy organizacyjne pracy uczniów: − praca grupowa jednolita, − zespołowa frontalna, − indywidualna. Czas: 2 godziny dydaktyczne. Środki dydaktyczne: − Polskie Normy, − tabele zawierające charakterystykę materiałów dielektrycznych (wartość przenikalności

dielektrycznej), − kondensatory o różnych wymiarach. Przebieg zajęć: 1. Sprawy organizacyjne. 2. Wprowadzenie do tematu, przedstawienie celów zajęć. 3. Nawiązanie do tematu zajęć – nauczyciel podaje wzór na obliczanie pojemności

w zależności od wymiarów i materiału dielektryka oraz objaśnia poszczególne wielkości występujące we wzorze. Na pytanie nauczyciela uczniowie nazywają jednostki poszczególnych wielkości.


4. Nauczyciel dzieli klasę na 3 grupy. Każda grupa dokonuje wyboru sekretarza, który będzie zapisywał efekty pracy grupy oraz lidera, który będzie je później prezentował. Nauczyciel zadaje każdej grupie po dwa problemy do rozwiązania: − dokonać analizy wpływu zmian poszczególnych parametrów na wartość pojemności

( każda grupa ma wyznaczony tylko jeden parametr), − dobrać odległość między okładzinami kondensatora (lub powierzchnię okładziny)

w celu uzyskania żądanej wartości pojemności. Po wykonaniu zadań liderzy grup kolejno przedstawiają efekty swojej pracy i zapoznają pozostałych z koncepcją rozwiązania problemów. Po ewentualnej dyskusji, z pomocą nauczyciela formułują wnioski końcowe, które uczniowie zapisują w zeszytach.

Nauczyciel ocenia najbardziej aktywnych uczniów. Zakończenie zajęć

Praca domowa

Dokonaj przeglądu kondensatorów i porównaj ich własności.

Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach: − anonimowe ankiety ewaluacyjne dotyczące sposobu prowadzenia zajęć i ukształtowanych

umiejętności.


5. ĆWICZENIA 5.1. Struktura obwodu elektrycznego 5.1.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Przedstaw poniższe wielkości elektryczne w jednostkach bez przedrostków stosując przeliczanie z wykorzystaniem wielokrotności i podwielokrotności: U = 25 MV, I = 350 μA, R = 12,5 kΩ, P = 40 mC.

Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i techniki wykonania oraz zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy. Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien:

1) ustalić, czy jednostki wymienionych wielkości elektrycznych są zapisane w jednostkach podstawowych, uzupełniających czy pochodnych układu SI,

2) przypomnieć sobie, jakie są oznaczenia przedrostków wielokrotności i podwielokrotności jednostek oraz odpowiadające im mnożniki,

3) dokonać przeliczenia jednostek zgodnie z wymaganiami zawartymi w treści zadania.

Zalecane metody nauczania–uczenia się: − ćwiczenia.

Środki dydaktyczne:

− zeszyt ćwiczeń, − długopis, − kalkulator.


5.2. Podstawowe wielkości obwodu prądu stałego 5.2.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Połączenia elektryczne w pomieszczeniu wykonane są przewodami miedzianymi o przekroju 6 mm2 i długości 40 m. Jaka jest wartość rezystancji tych przewodów?


i techniki wykonania oraz zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia Uczeń powinien:

1) zapisać wzór na obliczanie rezystancji, opisujący jej zależność od wymiarów i rodzaju materiału przewodnika,

2) odczytać z tabeli 3 wartość rezystywności dla przewodów miedzianych, 3) sprawdzić, czy wszystkie wielkości – rezystywność dla przewodów miedzianych ρ,

przekrój przewodów S i długość przewodów l są podane w jednostkach zgodnie z układem SI ( jeśli nie – dokonać odpowiedniego przeliczenia),

4) podstawić dane do wzoru i obliczyć rezystancję przewodów, o których mowa w ćwiczeniu.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

− ćwiczenia. Środki dydaktyczne:

− zeszyt ćwiczeń, − długopis, − kalkulator. Ćwiczenie 2

Połączenia elektryczne w pomieszczeniu wykonane są przewodami miedzianymi o przekroju S i długości l. Jak zmieni się rezystancja przewodów, gdy dwukrotnie zmniejszymy długość połączeń i dwukrotnie zmniejszymy przekrój?

Jak zmieni się wartość rezystancji, gdy przewody miedziane zastąpimy aluminiowymi (przy takich samych wymiarach)?



1) zapisać wzór na obliczanie rezystancji, opisujący jej zależność od wymiarów i rodzaju materiału przewodnika,

2) przeliczyć, jak zmieni się rezystancja w wyniku podanej zmiany wymiarów przewodnika,


3) sprawdzić, jak wpłynie na wartość rezystancji zmiana materiału, porównując wartości rezystywności obu materiałów.



− zeszyt ćwiczeń, − długopis, − tabela z podanymi wartościami rezystywności materiałów przewodzących.


5.3. Podstawowe prawa w obwodach prądu stałego. Połączenia rezystorów

5.3.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

W pracowni elektrycznej wykonano w obwodzie nierozgałęzionym serię pomiarów napięcia, natężenia prądu i rezystancji. Uzupełnij poniższą tabelkę obliczając brakujące wielkości:

U 50 V 15 V 12 V 25 mV 60 mV R 3 kΩ 6 Ω 1 Ω I 5 mA 12 μA 4 nA 10 mA



1) zapisać prawo Ohma dla odcinka obwodu, 2) przekształcić tę zależność w taki sposób, by szukaną była brakująca w tabeli wielkość

elektryczna, 3) sprawdzić, czy wszystkie wielkości – napięcie U, natężenie prądu I oraz rezystancja R są

podane w jednostkach zgodnie z układem SI – jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia,

4) podstawić dane do wzoru i obliczyć żądaną wielkość elektryczną. Zalecane metody nauczania–uczenia się:


− kalkulator, − zeszyt ćwiczeń, − długopis. Ćwiczenie 2

Do węzła dopływają prądy I1 i I3, zaś prądy I2, I4 i I5 wypływają z węzła. Uzupełnij poniższą tabelkę wykorzystując I prawo Kirchhoffa:

1. I1 2. 10 A 3. 20 A 4. 2,5 A 5. 6. I2 7. 8. 12 A 9. 3,25 A 10. 100 mA 11. I3 12. 5 A 13. 1 A 14. 15. 26 A 16. I4 17. 3 A 18. 4 A 19. 70 mA 20. 50 mA 21. I5 22. 0,9 A 23. 24. 12 A 25. 4,2 A





1) zapisać wzór obrazujący I prawo Kirchhoffa dla danego węzła, 2) przekształcić tę zależność w taki sposób, by szukaną wielkością był brakujący prąd, 3) sprawdzić, czy wszystkie wartości prądów są podane w jednostkach zgodnie z układem

SI (jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia), 4) obliczyć brakujący prąd zgodnie z odpowiednio przekształconym wzorem, 5) czynność powtórzyć 4-krotnie – dla każdego przypadku.




Oblicz rezystancję zastępczą trzech rezystorów połączonych szeregowo, mając następujące dane: R1 = 50 Ω, R2 = 0,2 kΩ i R3 = 500 mΩ.




1) zapisać wzór dotyczący obliczania rezystancji zastępczej rezystorów połączonych szeregowo,

2) sprawdzić, czy wartości wszystkich rezystancji: R1, R2 i R3 są podane w jednostkach zgodnie z układem SI – jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia,

3) podstawić dane do wzoru i obliczyć rezystancję zastępczą połączenia szeregowego rezystorów.



− kalkulator, − zeszyt ćwiczeń, − długopis.


Ćwiczenie 4 Oblicz rezystancję zastępczą trzech rezystorów połączonych równolegle, mając

następujące dane: R1 = 200 mΩ, R2 = 40 Ω i R3 = 0,08 MΩ. Wskazówki do realizacji: Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i techniki wykonani oraz. zapoznać uczniów z zasadami bezpiecznej pracy.


1) zapisać wzór dotyczący obliczania rezystancji zastępczej trzech rezystorów połączonych równolegle,

2) sprawdzić, czy wartości wszystkich rezystancji: R1, R2 i R3 są podane w jednostkach zgodnie z układem SI – jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia,

3) podstawić dane do wzoru i obliczyć rezystancję zastępczą połączenia równoległego trzech rezystorów.





5.4. Obliczanie obwodów rozgałęzionych metodą praw Kirchhoffa 5.4.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Dany jest układ składający się z 3 gałęzi; w 2 gałęziach włączone są równolegle źródła napięcia, zaś w trzeciej – odbiornik o rezystancji R. Oblicz wszystkie prądy w obwodzie mając następujące dane: E1 = 12 V, RW1 = 0,5 Ω, E2 = 9V, RW2 = 0,3 Ω, R = 10 Ω.




1) narysować obwód odpowiadający treści ćwiczenia, 2) oznaczyć (w sposób dowolny) zwroty prądów w obwodzie oraz zwroty obiegowe oczek, 3) obliczyć liczbę równań, które należy ułożyć wg I i II prawa Kirchhoffa, 4) napisać wszystkie konieczne równania wg I i II prawa Kirchhoffa, 5) podstawić dane i rozwiązać układ równań z trzema niewiadomymi, znajdując w ten

sposób wszystkie trzy prądy.





5.5. Pomiar wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego 5.5.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Woltomierz o zakresie znamionowym 300 V i maksymalnej liczbie działek 150, wychylił się o 120 działek. Oblicz, jaką wartość napięcia wskazał woltomierz?




1) wyznaczyć stałą woltomierza, 2) obliczyć napięcie wskazywane przez miernik, 3) zaprezentować wynik swoich obliczeń i uzasadnić tok postępowania.



− zeszyt ćwiczeń, − długopis, − kalkulator. Ćwiczenie 2

Amperomierz o zakresie znamionowym 6 A i maksymalnej liczbie działek 30, wskazał w obwodzie natężenie prądu o wartości 1,2 A. O ile działek wychyliła się wskazówka amperomierza?



1) wyznaczyć stałą amperomierza, 2) obliczyć liczbę działek odpowiadającą natężeniu prądu 1,2 A, 3) zaprezentować wynik swoich obliczeń i uzasadnić tok postępowania.



− zeszyt ćwiczeń, − długopis, − kalkulator.


Ćwiczenie 3 Wybierz układ do pomiaru rezystancji metodą techniczną i wykonaj pomiary mając do

dyspozycji: − rezystor o rezystancji 44 Ω, − woltomierz o rezystancji wewnętrznej Rv = 2 MΩ, − amperomierz o rezystancji wewnętrznej RA = 10 mΩ.




1) obliczyć średnią geometryczną rezystancji wewnętrznych mierników, 2) porównać wartość obliczonej średniej geometrycznej z wartością rezystancji i dokonać

wyboru właściwego układu pomiarowego, 3) dobrać mierniki do warunków zadania, 4) zmontować układ, 5) odczytać wskazania mierników, 6) obliczyć rezystancję wykorzystując prawo Ohma, 7) zaprezentować efekt swojej pracy i uzasadnić tok postępowania.



− stanowisko laboratoryjne z dostępnym zasilaniem, − badany rezystor, − amperomierze i woltomierze, − przewody łączeniowe, − kalkulator, − zeszyt ćwiczeń, − długopis.


5.6. Oddziaływanie cieplne prądu stałego 5.6.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Oblicz ilość ciepła wydzielonego w czasie t = 2 h przez grzejnik o poborze mocy P = 6 kW.



1) zapisać wzór obrazujący prawo Joule’a-Lenza, 2) obliczyć dostarczoną energię elektryczną podstawiając właściwe wielkości do wzoru, 3) wyznaczyć ciepło w J, 1) obliczyć ilość wydzielonego ciepła w cal., uwzględniając równoważnik cieplny energii

elektrycznej.





5.7. Stany pracy źródła napięcia. Dopasowanie odbiornika do źródła

5.7.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Siła elektromotoryczna rzeczywistego źródła napięcia ma wartość E = 6V, a rezystancja wewnętrzna Rw = 0,25 Ω. Oblicz prąd zwarcia oraz napięcie na zaciskach źródła przy obciążeniu prądem I = 1,5 A.



1) przedstawić schemat obwodu elektrycznego prądu stałego obrazującego stan zwarcia źródła,

2) obliczyć prąd zwarcia korzystając z prawa Ohma, 3) przedstawić schemat obwodu elektrycznego prądu stałego obrazującego stan obciążenia

źródła, 4) obliczyć napięcie na zaciskach źródła korzystając z II prawa Kirchhoffa.




Siła elektromotoryczna rzeczywistego źródła napięcia ma wartość E = 9V, a rezystancja wewnętrzna Rw = 0,05 Ω. Oblicz prąd płynący w stanie dopasowania odbiornika do źródła.



1) przedstawić schemat obwodu elektrycznego prądu stałego obrazującego stan dopasowania odbiornika do źródła,

2) przypomnieć sobie, czym charakteryzuje się ten stan, 3) napisać właściwy wzór i obliczyć prąd płynący w obwodzie, 4) zaprezentować efekty swojej pracy na forum grupy.


5.8. Pojemność elektryczna - kondensatory 5.8.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Podaj, jak zmieni się siła wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków punktowych jeżeli: a) wartość jednego ładunku wzrośnie 2-krotnie, b) wartość obu ładunków zmaleje 3-krotnie, c) odległość między ładunkami zwiększymy dwukrotnie, d) wartość jednego z ładunków zmaleje 3-krotnie i odległość zmaleje 2-krotnie.




1) podać (zapisać) wzór na siłę wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków, 2) dokonać analizy wielkości występujących we wzorze, 3) sprawdzić kolejno wpływ zmian poszczególnych wielkości na wartość siły Coulomba,

dokonując właściwych przeliczeń, 4) wyniki zapisać np. w tabeli, 5) efekty pracy przedstawić na forum grupy z odpowiednim uzasadnieniem.



− kalkulator, − zeszyt ćwiczeń. Ćwiczenie 2

Oblicz pojemność zastępczą trzech kondensatorów o pojemnościach: C1 = 10 μF, C2 = 230 nF, C3 = 125 pF połączonych: a) szeregowo, b) równolegle.




1) zapisać wzór dotyczący obliczania pojemności zastępczej kondensatorów połączonych szeregowo,

2) sprawdzić, czy wszystkie pojemności: C1, C2 i C3 są podane w jednostkach zgodnie z układem SI (jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia),


3) podstawić dane do wzoru i obliczyć pojemność zastępczą połączenia szeregowego kondensatorów,

4) powtórzyć wszystkie czynności dla połączenia równoległego kondensatorów.



− kalkulator, − zeszyt ćwiczeń.


5.9. Wpływ prądu elektrycznego na organizm człowieka 5.9.1. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

W zakładzie pracy, w rozdzielni 15 kV wystąpiła awaria. Podaj czynności, jakie należy wykonać, by odpowiednio zabezpieczyć oraz oznaczyć miejsce pracy ekipy naprawiającej i móc przystąpić do usunięcia awarii.




1) zaproponować odpowiednie zabezpieczenie przed przypadkowym załączeniem napięcia (zwrócić uwagę na napięcie rozdzielni),

2) dobrać właściwe tablice ostrzegawcze, informacyjne i zaproponować ich rozmieszczenie w pobliżu miejsca awarii,

3) zapisać kolejność czynności, które powinien wykonać przed przystąpieniem do pracy.



− przygotowane wcześniej papierowe atrapy tablic ostrzegawczych, − kartka papieru.


6. EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA Przykłady narzędzia pomiaru dydaktycznego Test 1 Test dwustopniowy do jednostki modułowej „Badanie obwodów prądu stałego”

Test składa się z 20 zadań wielokrotnego wyboru, z których: − zadania: 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 16, 17, 19 są z poziomu podstawowego, − zadania: 5, 9, 14, 15, 18, 20 są z poziomu ponadpodstawowego. Punktacja zadań: 0 lub 1 punkt

Za każdą prawidłową odpowiedź uczeń otrzymuje 1 punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak

uczeń otrzymuje 0 punktów.

Proponuje się następujące normy wymagań – uczeń otrzyma następujące oceny szkolne: − dopuszczający – za rozwiązanie co najmniej 8 zadań z poziomu podstawowego, − dostateczny – za rozwiązanie co najmniej 12 zadań z poziomu podstawowego, − dobry – za rozwiązanie 16 zadań w tym, co najmniej 3 z poziomu ponadpodstawowego, − bardzo dobry – za rozwiązanie 18 zadań w tym, co najmniej 4 z poziomu

ponadpodstawowego. Klucz odpowiedzi: 1. b, 2. b, 3. d, 4. c, 5. d, 6. c, 7. d, 8. c, 9. a, 10. c, 11. d, 12. a, 13.d, 14. b, 15. a, 16. c, 17. b, 18. b, 19. c, 20. c. Plan testu

Nr zad.

Cel operacyjny (mierzone osiągnięcia ucznia)

Kategoria celu

Poziom wymagań

Poprawna odpowiedź

1 Obliczyć spadek napięcia z zastosowaniem jednostek podwielokrotnych i wielokrotnych C P b

2 Zastosować prawo Ohma dla odcinka obwodu B P b

3 Podać prawo Ohma A P d

4 Obliczyć prąd w obwodzie C P c

5 Obliczyć rezystancję zastępczą rezystorów z wykorzystaniem jednostek wielokrotnych i podwielokrotnych

C PP d

6 Dokonać analizy wpływu długości przewodnika na jego rezystancję C P c


7 Dokonać analizy wpływu przekroju przewodnika na jego rezystancję C P d

8 Zastosować prawo Ohma do obliczania natężenia prądu z zastosowaniem jednostek wielokrotnych i podwielokrotnych

B P c

9 Wyznaczyć prąd płynący w obwodzie zasilanym ze źródła o podanych parametrach C PP a

10 Rozróżnić wielkości wielokrotne i podwielokrotne B P c

11 Rozróżnić jednostkę konduktancji B P d

12 Wyznaczyć ładunki na kondensatorach połączonych szeregowo C P a

13 Obliczyć pojemność zastępczą kondensatorów połączonych równolegle C P d

14 Dokonać analizy wpływu wartości ładunków na siłę Culomba C PP b

15 Dokonać analizy wpływu odległości ładunków na siłę Culomba C PP a

16 Wyznaczyć prąd zwarcia źródła C P c

17 Dokonać analizy wpływu wymiarów kondensatora na jego pojemność C P b

18 Obliczyć wartość natężenia prądu na podstawie wychylenia miernika C PP b

19 Rozróżnić jednostkę ładunku elektrycznego B P c

20 Wykazać zależność między stanem pracy źródła a odbiornikiem C PP c


Przebieg testowania Instrukcja dla nauczyciela 1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem, co najmniej

jednotygodniowym. 2. Przed rozpoczęciem sprawdzianu przedstaw uczniom zasady przebiegu testowania. 3. Podkreśl wagę samodzielnego rozwiązania zadań testowych. 4. Rozdaj uczniom przygotowane dla nich materiały (instrukcję, zestaw zadań testowych,

kartę odpowiedzi). 5. Udzielaj odpowiedzi na pytania formalne uczniów. 6. Przypomnij o upływającym czasie na 10 i 5 minut przed końcem sprawdzianu. 7. Po upływie czasu sprawdzianu poproś uczniów o odłożenie przyborów do pisania. 8. Zbierz od uczniów karty odpowiedzi oraz zestawy zadań testowych. Instrukcja dla ucznia 1. Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tę czynność 5 minut; jeżeli są wątpliwości

zapytaj nauczyciela. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 4. Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.

Tylko jedna jest prawidłowa. 5. Za każdą poprawną odpowiedź otrzymasz 1 punkt, za złą odpowiedź lub jej brak

otrzymasz 0 punktów. 6. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi; zaznacz poprawną

odpowiedź stawiając w odpowiedniej rubryce znak X. 7. W przypadku pomyłki weź błędną odpowiedź w kółko, a następnie zaznacz odpowiedź

prawidłową. 8. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 9. Kiedy udzielenie odpowiedzi na kolejne pytanie będzie Ci sprawiało trudność, odłóż jego

rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 10. Na rozwiązanie testu masz 40 minut. 11. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.

Powodzenia! Materiały dla ucznia: − instrukcja, − zestaw zadań testowych, − karta odpowiedzi.


ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH 1. Spadek napięcia na rezystorze R = 0,2 kΩ przy przepływie prądu 400 mA wynosi

a) 50 V. b) 80 V. c) 200 V. d) 8 V.

2. Jeżeli przy stałej rezystancji odcinka obwodu zostanie 2-krotnie podwyższone napięcie

zasilające, to wartość natężenia prądu a) zmaleje2-krotnie. b) wzrośnie 2-krotnie. c) nie zmieni się. d) wzrośnie 4-krotnie.

3. Prawo Ohma wyraża wzór

a) U = I/R b) R = I/U. c) U = R/ I. d) I = U/R.

4. Układ czterech połączonych szeregowo rezystorów (każdy o rezystancji 100 Ω), zasilono

napięciem 600 V. Włączony do układu amperomierz wskaże a) 3 A. b) 60 A. c) 1,5 A. d) 6 A.

5. Trzy rezystory: R1 = 5000 mΩ, R2 = 50 Ω, R3 = 0,5 kΩ połączono szeregowo.

Rezystancja zastępcza układu wynosi a) 5,55 Ω. b) 550,5 Ω. c) 55,5 Ω. d) 555 Ω.

6. Jeżeli długość przewodnika zmniejszono 3- krotnie, to jego rezystancja

a) wzrosła 9-krotnie. b) wzrosła 3-krotnie. c) zmalała 3-krotnie. d) nie zmieniła się.

7. Przy zastosowaniu przewodu o 2-krotnie mniejszym przekroju, jego rezystancja

a) zmaleje 4-krotnie. b) nie zmieni się. c) zmaleje 2-krotnie. d) wzrośnie 2-krotnie.


8. Jeśli rezystancja odcinka obwodu elektrycznego wynosi 0,02 kΩ, zaś przyłożone napięcie wynosi 80 V, to w obwodzie popłynie prąd o natężeniu a) 40 mA. b) 0,4 A. c) 4 A. d) 4 mA.

9. Źródło o sile elektromotorycznej E = 100 V i rezystancji wewnętrznej RW = 20 Ω zasila

odbiornik. Napięcie na zaciskach źródła wynosi 70 V. Prąd płynący przez odbiornik ma wartość a) 1,5 A. b) 5 A. c) 8,5 A. d) 3,5 A.

10. Najmniejsza wartość prądu to

a) 0,3 A. b) 500 mA. c) 90 µA. d) 0,02 kA.

11. Simens jest jednostką a) mocy. b) rezystancji. c) rezystywności. d) konduktancji.

12. Dwa kondensatory połączono szeregowo i zasilono napięciem 60 V. Na jednym

z kondensatorów zgromadził się ładunek 3 mC. Ładunek drugiego kondensatora wynosi a) 3 mC. b) 6 mC. c) 60 C. d) 30 C.

13. Trzy kondensatory o pojemnościch: 3 pF, 6 pF i 1 pF połączono równolegle. Pojemność

zastępcza połączenia wynosi a) 2/3 pF. b) 0,5 pF. c) 2 pF. d) 10 pF.

14. Jeżeli wartości dwóch oddziaływujących na siebie ładunków zmalały 2 –krotnie, to siła

Coulomba a) zmalała 2-krotnie. b) zmalała 4-krotnie. c) wzrosła 2-krotnie. d) nie zmieniła się.


15. Odległość między dwoma ładunkami zwiększono 3-krotnie. Siła wzajemnego oddziaływania między nimi a) zmalała 9-krotnie. b) zmalała 3-krotne. c) nie zmieniła się. d) wzrosła 9-krotnie.

16. Siła elektromotoryczna źródła wynosi E = 6V. Przy rezystancji zewnętrznej R = 1 Ω

w obwodzie popłynie prąd o wartości I = 3A. Prąd zwarcia źródła wynosi a) 2 A. b) 3 A. c) 6 A d) 18 A.

17. W kondensatorze płaskim zwiększono 2-krotnie odległość między okładzinami.

W wyniku tego działania pojemność kondensatora a) nie zmieniła się . b) zmalała 2-krotnie. c) wzrosła 4-krotnie. d) wzrosła 2-krotnie.

18. Podczas pomiarów amperomierz o zakresie 1,5 A i maksymalnej liczbie działek

wynoszącej 30 dz. wychylił się o 10 działek. Amperomierz wskazał prąd a) 15 A. b) 0,5 A. c) 20 A. d) 3 A.

19. Jednostką ładunku elektrycznego jest

a) wolt. b) om. c) kulomb. d) amper.

20. W stanie dopasowania odbiornika do źródła

a) rezystancja odbiornika jest równa nieskończoności. b) rezystancja odbiornika ma dowolną wartość. c) rezystancja odbiornika jest równa rezystancji wewnętrznej źródła. d) rezystancja odbiornika jest równa zeru.


KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko …………………………………………………………………………… Badanie obwodów prądu stałego Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d

2 a b c d

3 a b c d

4 a b c d

5 a b c d

6 a b c d

7 a b c d

8 a b c d

9 a b c d

10 a b c d

11 a b c d

12 a b c d

13 a b c d

14 a b c d

15 a b c d

16 a b c d

17 a b c d

18 a b c d

19 a b c d

20 a b c d

Razem:


Test 2 Test praktyczny do jednostki modułowej: „Badanie obwodów prądu stałego” Plan testu praktycznego: Lp. Cel operacyjny Kategoria

taksonomiczna Poziom

wymagań

1 Opisać czynności związane z wykonaniem rezystora (plan działania) B P

2 Zapisać zależność rezystancji od rodzaju materiału i wymiarów przewodnika A P

3 Dobrać właściwy materiał oporowy i odczytać z tablic wartość rezystywności C PP

4 Dobrać z tablic przekrój znamionowy drutu oporowego C P

5 Wyznaczyć, przekształcając wzór, i obliczyć długość przewodu C P

6 Odmierzyć i odciąć drut oporowy o obliczonej długości, uwzględniając dodatkowo długości konieczne do zamocowania zacisków

B P

7 Ukształtować zwojnicę i zamknąć ją w obudowie C P

8 Zamontować i podłączyć zaciski rezystora B P

9 Dobrać właściwą aparaturę pomiarową do wykonania pomiaru rezystancji C P

10 Zmierzyć rezystancję tak wykonanego rezystora i porównać ją z rezystancją zadaną C P

11 Dokonać analizy budowy rezystora pod kątem wymagań bhp i estetyki wykonania C PP

12 Zastosować zasady bhp, ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące na stanowisku pracy C P


Przebieg testowania Instrukcja dla nauczyciela 1. Ustal z uczniami termin przeprowadzenia testu praktycznego z wyprzedzeniem, co

najmniej jednotygodniowym. 2. Przed rozpoczęciem testu przygotuj stanowiska pracy zgodnie ze specyfikacją. 3. Przed przystąpieniem do testu zapoznaj uczniów z zasadami bhp oraz z przebiegiem

testowania. 4. Przydziel uczniom stanowiska pracy i rozdaj im przygotowane materiały: instrukcję,

arkusz zadań testowych, kartę testów. 5. Podkreśl wagę samodzielnego rozwiązania zadań testowych. 6. Udzielaj odpowiedzi na pytania formalne uczniów. 7. Czas na wykonanie zadania - 90 minut. 8. Przypomnij o upływającym czasie na 15 i 5 minut przed końcem testu. 9. Po upływie czasu testu poproś uczniów o zakończenie prac. 10. Zbierz od uczniów karty testów. Materiały dla ucznia: − instrukcje do ćwiczeń, − karta testów, − zestawy różnych materiałów (opisane druty izolowane z różnych materiałów i o różnych

przekrojach), − zestawienia tabelaryczne właściwości materiałów, − stanowisko ślusarskie, − stanowisko pomiarowe, − podstawowy zestaw monterski, − Polskie Normy, − katalogi i materiały reklamowe, − kalkulator, − linijka, − zeszyt ćwiczeń. − ołówek, długopis. Przeliczenie liczby punktów na ocenę szkolną:

Ocena szkolna bdb db dst dop ndst

Liczba punktów 11–12 9–10 7–8 4–6 poniżej 4


Arkusz zadania praktycznego

Opis sytuacji: Masz do dyspozycji druty izolowane o różnych przekrojach, wykonane z różnych

materiałów, karty katalogowe, wyciąg z PN, zestawienia tabelaryczne, różnego rodzaju aparaturę pomiarową.

Zadanie testowe

Zaprojektuj i wykonaj rezystor o rezystancji R = 40 Ω. Aby bezpiecznie wykonać zadanie: 1. Zapoznaj się ze stanowiskiem pracy, zaplanuj układ czynności. 2. W formularzu karty testów zapisz:

– czynności niezbędne do wykonania rezystora, – konieczne zależności matematyczne (wzory), – wielkości, które musisz zmierzyć, obliczyć lub odczytać, – wykaz i opis aparatury kontrolno-pomiarowej, – wykaz materiałów i narzędzi niezbędnych do wykonania testu, – wyniki obliczeń.

3. Wykonaj rezystor zgodnie z zasadami bhp. 4. Dokonaj sprawdzenia poprawności wykonania. 5. Dokonaj porównania rezystancji wykonanego rezystora z rezystancją zadaną. 6. Sformułuj i zapisz wnioski z wykonanego zadania. 7. Po zakończeniu pracy uporządkuj stanowisko. 8. Zgłoś nauczycielowi zakończenie badań. 9. Przestrzegaj zasad bezpieczeństwa. Instrukcja dla ucznia 1. Przeczytaj uważnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę testów. 3. Zapoznaj się z treścią zadania praktycznego. 4. Na wykonanie zadania masz 90 minut. 5. Jeżeli masz pytania i wątpliwości podnieś rękę i zadaj pytanie nauczycielowi. 6. Pamiętaj, że Twoja praca musi być samodzielna – możesz tylko korzystać z materiałów

dostępnych na stanowisku pracy. 7. Przed oddaniem karty testów sprawdź poprawność swoich zapisów.


KARTA TESTÓW 1. Zapisz czynności związane z wykonaniem rezystora: a ………………………………………………………………………………….………….. b ………………………………………………………………………………….………….. c ………………………………………………………………………………….………….. d ………………………………………………………………………………….………….. e ………………………………………………………………………………….………….. f ………………………………………………………………………………….………….. 2. Wykaz materiałów i narzędzi a ………………………………………………………………………………….……..…… b ………………………………………………………………………………….……..…… c ………………………………………………………………………………….…..……… d …………………………………………………………………………………...………… e ………………………………………………………………………………...…………… f ………………………………………………………………………………...…………… 3. Obliczenia ……………………………………………..…………………………………………………… …………………………………………..……………………………………………………… …………………………………………….………………………………………….………… ……………………………………………..…………………………………………………… …………………………………………..……………………………………………………… …………………………………………..……………………………………………………… 4. Wykaz aparatury kontrolno-pomiarowej a …………………………………………………………………………………...………… b …………………………………………………………………………………...………… c …………………………………………………………………………………...………… d …………………………………………………………………………………...………… e …………………………………………………………………………………...………… f …………………………………………………………………………………...………… 5. Wyniki pomiarów i wnioski ……………………………………………..…………………………………………………… …………………………………………..……………………………………………………… …………………………………………….…………………………………….....…………… ……………………………………………..…………………………………………………… …………………………………………..……………………………………………………… …………………………………………..……………………………………………………… …………………………………………….……………………………………….…………… ……………………………………………..……………………………………………………


7. LITERATURA 1. Bastian P., Schuberth G., Spielvogel O., Steil H., Tkotz K., Ziegler K.: Praktyczna

elektrotechnika ogólna. REA, Warszawa 2003 2. Bolkowski S.: Elektrotechnika. WSiP, Warszawa 2005 3. Idzi K.: Pomiary elektryczne. Obwody prądu stałego. Wydawnictwo Szkolne PWN,

Warszawa, Łódź 1999 4. Markiewicz A.: Zbiór zadań z elektrotechniki. WSiP, Warszawa 2005 5. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne. WSiP, Warszawa 1997 6. Pilawski M.: Pracownia elektryczna. WSiP, Warszawa 2005 7. Zachara Z.: Zadania z elektrotechniki nie tylko dla elektroników. Wydawnictwo Szkolne

PWN, Warszawa, Łódź 2000 Literatura metodyczna 1. Dretkiewicz-Więch J.: ABC nauczyciela przedmiotów zawodowych. Operacyjne cele

kształcenia. Zeszyt 32. CODN, Warszawa 1994 2. Ornatowski T., Figurski J.: Praktyczna nauka zawodu. ITeE, Radom 2000

Badanie obwodów prądu stałego 312[02].O1 · − zestaw pytań sprawdzających czy uczeń...

Documents

Transcript of Badanie obwodów prądu stałego 312[02].O1 · − zestaw pytań sprawdzających czy uczeń...