ELEKTŘINA KOLEM NÁS ELEMENTÁRNÍ ELEKTROTECHNICKÉ STAVEBNICE

Transkript

1

2 ELEKTŘINA KOLEM NÁS ELEMENTÁRNÍ ELEKTROTECHNICKÉ STAVEBNICE LADISLAV RUDOLF ČÍSLO OPERAČNÍHO PROGRAMU: CZ.1.07 NÁZEV OPERAČNÍHO PROGRAMU: VZDĚLÁVÁNÍ PRO KONKURENCESCHOPNOST OPATŘENÍ: 7.1 ČÍSLO OBLASTI PODPORY: DÍLNA TECHNIKY VE SVĚTĚ DĚTÍ ZÁŽITKOVÉ TVŮRČÍ DÍLNY V ROZVOJI TECHNICKÉHO MYŠLENÍ UČITELŮ A DĚTÍ V MATEŘSKÉ ŠKOLE REG. Č. CZ.1.07/1.3.00/ OSTRAVA 2014

3 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Recenzent: Doc. Ing. Vladimír Král, Ph.D. Doc. Ing. Ladislav Rudolf, Ph.D., 2014 Ostravská univerzita v Ostravě, Pedagogická fakulta

4 POUŽITÉ GRAFICKÉ SYMBOLY Cíl kapitoly Čas na prostudování kapitoly Klíčová slova Kontrolní otázky

5 Obsah Slovo úvodem Elektronická stavebnice Boffin Jak se stavebnicí pracovat Co můžeme udělat špatně při sestavování obvodů Seznam jednotlivých dílů a součástek Pracovní listy vybraných zapojení ze stavebnice Boffin Pracovní list 1 Stejnosměrný (DC) motor Pracovní list 2 Světelná dioda LED Pracovní list 3 Vypínač řízený zvukem... 17

6 Slovo úvodem Vzdělávání dětí hrou je trend, o kterém všichni píšou a mluví. Hůře se daří již vyvíjet hračky, které by tato kritéria opravdu naplňovala. Většina tzv. edukativních hraček bohužel skončí po prvotním, mnohdy i vynuceném zájmu dětí odložena a zaprášena někde v koutu. Svět se neustále vyvíjí a mění. Se dřevěnými kostkami, se kterými si hrály naše babičky už dnešní generaci dětí tak netáhnou. Technika v tomto dělá pokroky a děti kolem sebe vše vnímají. Generace rodičů je již odkojená na stavebnici Merkur, vláčky, autodráhou, případně televizním tenisem. Dnešní naše děti jsou netrpělivé, každá hračka musí ihned fungovat a být zábavou pro volný čas. Tuto oblast vyplnily zčásti elektrostavebnice, které můžou v různých zapojeních předvádět smysluplná zařízení, které dnešní generaci dětí zaujmou. Jednoduchou stavebnicí je Boffin a v této publikaci jsou uvedeny základní její prvky a vybraná tři zapojení, kde jsou prezentovány postupy, návody a principy funkce. Snad se podaří generaci dětí elektrostavebnicí Boffin zaujmout a získat u nich větší zájem o techniku. 5

7 Kapitolaa první 1 Elektronická stavebnice Boffin Cíl kapitoly Cílem kapitoly je seznámení s elektronickou stavebnicí Boffin. Jedná se o pokyny, jak zařízení užívat, z jakých součástí se skládáá a její využití v zájmové činnosti. Klíčová slova Základní plastová podložka, modré vodiče, červené a černé spojovací dráty, baterie (B1), vypínač s páčkou (S1), vypínač s tlačítkem (S2), odpor (R1), fotorezistor (RP), žárovka (L1), motor (M1), reproduktor (SP), pískací čip (WC), led (D1), integrovaný odvod, plast, zkrat. Čas na prostudování kapitoly Doba k prostudování cca 3 hodiny 1.1 Jak se stavebnicí pracovat V sadě jsou součástky, které mají různé barvy a jsou označeny písmeny a čísly v kolečku. Každá součástka je zespodu opatřenaa kontakty tzv. cvoky, které slouží pro sestavení různých elektrických a elektronických obvodů. Každá součástka má svojí funkci, kterou si v následující kapitole popíšeme. Označení součástek Obr. 1 Označení typů součástek 6

8 Kapitola první Cvoky Obr. 2 Ukázka spínacích kontaktů tzv. cvoků Pro stavbu obvodů nám bude pro zapojování sloužit velká čirá plastová podložka, která má řady označené písmeny A-G a sloupce čísly Tato podložka není k sestavení obvodu nezbytně nutná, pomáhá pouze k pohodlnému zkompletování celého obvodu. Sloupce1-10 Řádky A-G Obr. 3 Plastová podložka Jednotlivé části obvodu jsou označeny černými čísly. Ta vyjadřují úroveň umístění každého z komponentů. Nejprve umístíme na velkou čirou plastovou podložku součástky označené černými čísly 1, potom 2, poté 3, atd. Uvedeme si příklad podle obr. 4, kde nejprve umístíme na plastovou podložku součástky označené černými čísly 1 rezistor (R1), vypínač s páčkou (S1), baterie (B1). Poté umístíme součástky označeny černými čísly 2 Led dioda (D1), vypínač s tlačítkem (S2), vodič se 3 kontakty (3). 7

9 Kapitola první Obr. 4 Úroveň sestavování součástek 1.2 Co můžeme udělat špatně při sestavování obvodů Při sestavování obvodu buďte opatrní, abyste nevytvořili nechtěně přímé spojení přes uchycení baterie (vznikne zkrat) tím by došlo k vybití baterie a poškození součástky. Obr. 5 Ukázka přímého zkratu baterie 8

10 Kapitola první Jestliže je vypínač s páčkou (S1) zapnutý, dojde v obvodu ke zkratu. Zkrat znemožní další funkce zařízení. Viz obr. 6, kde je uveden zkrat v obvodu. Obr. 6 Zkrat v obvodu Důležitá upozornění: nikdy nepřipojujte zařízení do elektrické sítě! nenechávejte obvod bez dozoru, pokud je zapnutý! nesahejte na motor, pokud se otáčí vysokou rychlostí! 1.3 Seznam jednotlivých dílů a součástek Vodič s 1 kontaktem Vodič se 2 kontakty Vodič se 3 kontakty Vodič se 4 kontakty Vodič s 5 kontakty Vodič s 6 kontakty Modré vodiče (1-6) Jsou opatřeny kontakty, vyskytují se v různých délkách a slouží k propojení ostatních komponentů, kterými prochází elektrický proud. Vytváří přesná spojení na základní podložce. 9

11 Kapitola první Vypínač s páčkou (S1) Vzájemně připojuje (ON), odpojuje (OFF) jednotlivé kontakty v obvodu. Vypínač s tlačítkem (S2) Připojuje (stisknutím), odpojuje (uvolněním) jednotlivé kontakty v odvodu. Fotorezistor (RP) Odpor je citlivý na světlo, jehož hodnota se mění podle osvětlení. Z absolutní tmy (nekonečna) až k jasnému světlu (1000 Ohmů). LED dioda (D1) Je světelná dioda, slouží jako speciální jednosměrná žárovka. Svítí pouze v jednom směru. Lampa (L1) Je zařízení, ve kterém je umístěna světelná žárovka. Reproduktor (SP) Přeměňuje elektrický proud na zvuk. Pískací čip (WC) Obsahuje dvě destičky, které se vlivem elektrického signálu lehce napnou a tak se oddálí. Jakmile signál zmizí, vrátí se na původní místo. Takto vznikne zvuk. Rezistor (R1) Používá se k řízení či omezení elektrického proudu v obvodu. Větší odpor snižuje velikost elektrického proudu. 10

12 Kapitola první Motor (M1) Přeměňuje elektrický proud na točivý pohyb na hřídelce. Baterie (B1) Vytváří elektrické napětí, které lze chápat jako elektrický tlak, který vhání elektrický proud do obvodu. Napětí, se kterým budeme pracovat, je nižší než napětí, které používáme v domácnostech (230V). Elektrický tlak se dá zvýšit použitím většího počtu baterií, čímž dojde také ke zvýšení množství proudící elektřiny. Některé druhy elektronických součástek lze několikanásobně zmenšit, vměstnat mnoho komponentů do prostoru menšího než je např. nehet. (rezistory, kondenzátory, tranzistory). Tyto elektronické součástky se nazývají Integrované obvody, které se v dnešní době používají skoro všude. (elektronické hračky, domácí spotřebiče, výpočetní technika atd.). V uvedené stavebnici Boffin jsou k dispozici tři druhy Integrovaných obvodů: Integrovaný obvod hudba (U1) Integrovaný obvod obsahuje 20 sekundovou melodii. Integrovaný obvod poplach (U2) Integrovaný obvod obsahuje pět poplašných zvuků. Integrovaný obvod hvězdné války (U3) Integrovaný obvod obsahuje sekvenci osmi zvuků. 11

13 Kapitolaa první Spojovací dráty (černý, červený) ) Umožňují flexibilní propojení v případě, kdy by propojení pomocí modrých vodičů s kontakty bylo obtížně realizovatelné. Kontrolní otázky: 1. V jakém pořadí umisťujeme součástky na plastovou podložku? 2. Jak velké napětí používáme ve stavebnici Boffin při sestavování obvodů? 3. Co může způsobit vybití baterie, uveďte příklad zapojení? 4. Co je integrovaný obvod a z čeho se skládá? 5. K čemu slouží spojovací dráty (červený, černý)? 12

14 Kapitola druhá 2 Pracovní listy vybraných zapojení ze stavebnice Boffin Cíl kapitoly Cílem této kapitoly je podle pracovních listů tzv. kuchařky sestavení funkčních zařízení (modelů), kde bychom měli využívat základní znalosti jednotlivých součástek z předchozí kapitoly. Pracovní listy jsou navrženy velmi jednoduše, tak aby pochopily děti předškolního věku princip činnosti jednotlivých zapojení. Klíčová slova Motor, vypínač, vrtule, baterie, led s kontakty, rezistor, spojovací drát. dioda, sluchátko, integrovaný obvod, pískací čip, vodič Čas na prostudování kapitoly Doba k prostudování cca 3 hodiny 2.1 Pracovní list 1 Stejnosměrný (DC) motor Cíl kapitoly: Ukázat, jak se elektřina použije k otáčení vrtule u stejnosměrné ého motoru. Funkce obvodu: Po sepnutí vypínače s páčkou (S1) dojde k roztočení stejnosměrného motoru (M1), který otáčí vrtulí. Při vypnutí vypínače s páčkou (S1) dojde k zastavení motoru (M1) a vrtule se přestane otáčet. Seznam použitých součástek: Vypínač s páčkou (S1) 1ks, motor s vrtulí (M1) 1 ks, prostor pro bateriee (B1) 1ks, vodič se třemi kontakty (3) 1ks, vodič se 2 kontakty (2) 4ks, baterie AA 1,5 V 2ks Obr. 7 Schéma zapojení DC motoru, otáčející vrtulí 13

15 Kapitola druhá Pracovní postup dle obr. 7: Pro umístění součástek na podložku používejte červeně označená písmena A až G (v našem případě C až E) a červené číslice 1 až 10 (v našem případě 2 až 6) podle obrázku, na podložce jsou bezbarvě vyražené, viz kapitola 1.1. Nejprve umístěte na pracovní podložku součástky označeny černou číslici 1, potom přidejte součástky označené černou číslicí 2. Po sestavení zařízení vložte do prostoru pro baterie 2 ks AA baterií 1,5 V (obě 3V), poté přepněte páčku do polohy ON na vypínači (S1)a po úspěšném zapojení vidíme, jak se motor s vrtulí otáčí. Obr. 8 Skutečné zapojení DC motoru, otáčející vrtulí 14

16 Kapitola druhá 2.2 Pracovní list 2 Světelná dioda LED Cíl kapitoly: Ukázat sériovéé spojení rezistoru a LED diody tak, aby při ovládání vypínače svítila. Funkce obvodu: Po sepnutí vypínače s páčkou (S1) začne obvodem procházet elektrický proud z baterie přes vypínač s páčkou (S1), rezistor (R1) a světelnou LED diodu (D1) zpět k baterii. (LED dioda svítí). Opačně otočená LED dioda svítit nebude. Zapnutý vypínač s páčkou (S1) uzavírá obvod, rezistor (R1) snižuje množství elektrického proudu a brání poškození LED diody. Nikdy neumisťujte LED diodu přímo proti baterii! (může se zničit). Seznam použitých součástek: Vypínač s páčkou (S1) 1 ks, LED dioda (D1) 1 ks, prostor pro baterie (B1), Rezistor (R1) 1ks, vodič se 2 kontakty (2) 4 ks, baterie AA 1,5 V 2ks Obr. 9 Zapojení obvodu LED diody Pracovní postup k obr. 9: Pro umístění součástek na podložku používejte červeně označená písmena A až G (v našem případě B až F) a červené číslice 1 až 10 (v našem případě 3 až 6) podle obrázku, na podložce jsou bezbarvěě vyražené, viz kapitola 1.1. Nejprve umístěte na pracovní podložku součástky označeny černou číslici 1, potom přidejte součástky označené černou číslicí 2. 15

17 Kapitola druhá Po sestavení zařízení vložte do prostoru pro baterie 2 ks AA baterií 1,5 V (obě 3V), poté přepněte páčku do polohy ON na vypínači (S1) a po úspěšném zapojení vidíme, že Led dioda (D1) svítí. Obr. 10 Skutečné zapojení obvodu LED diody 16

18 Kapitola druhá 2.3 Pracovní list 3 Vypínač řízený zvukem Cíl kapitoly: Ukázat, jak můžeme zvukově zapnout elektronické zařízení. Funkce obvodu: Po sepnutí vypínače s páčkou (S1) začne hrát hudba, která se po chvíli vypne. Jakmile tleskneme rukama v blízkosti pískacího čipu (WC), nebo foukneme na pískací čip (WC) začne opět hudba na chvíli hrát. Dojde tímto k vyvinutí zvukového signálu. Seznam použitých součástek: Vypínač s páčkou (S1) 1 ks, pískací čip (WC) 1ks, integrovaný obvod hudba (U1) 1 ks, prostor pro baterie (B1), vodič se 2 kontakty (2) 2 ks, vodič se 3 kontakty (3) 1 ks, vodič se 4 kontakty (4) 1 ks, vodič s 5 kontakty (5) 1 ks, spojovací drát červený 1 ks, spojovací drát černý 1 ks, reproduktor (SP) 1 ks, baterie AA 1, 5 V 2ks Obr. 11 Zapojení vypínače řízeného zvukem Pracovní postup dle obr. 11: Pro umístění součástek na podložku používejte červeně označená písmena A až G (v našem případě B až F) a červené číslice 1 až 10 (v našem případě 2 až 6) podle obrázku, na podložce jsou bezbarvěě vyražené, viz kapitola 1.1. Nejprve umístěte na pracovní podložku součástky označeny černou číslici 1, potom přidejte součástky označené černou číslicí 2. Po sestavení zařízení vložte do prostoru pro baterie 2 ks AA baterií 1,5 V (obě 3V), poté přepněte páčku do polohy ON na vypínači (S1) a po úspěšném zapojení slyšíme, jak nám začala hrát na chvíli hudba. Jak hudba přestane hrát, tak pleskněte, nebo foukněte do pískacího čipu WC) a hudba by měla opět začít hrát. 17

19 Kapitola druhá Obr. 12 Skutečné zapojení vypínače řízeného zvukem 18

20 Použitá a citovaná literatura Kolektiv autorů Uživatelská příručka Projekty 1-101: ConQuestentertainment a.s., 2014

21 Název: Elektřina kolem nás Elementární elektrotechnické stavebnice Autor: Doc. Ing. Ladislav Rudolf, Ph.D. Vydání: první, 2014 Počet stran: 20 Určeno pro projekt: Dílna techniky ve světě dětí Zážitkové tvůrčí dílny v rozvoji technického myšlení učitelů a dětí v mateřské škole Reg. číslo projektu: CZ.1.07/1.3.00/ Nakladatel: Ostravská univerzita v Ostravě, Dvořákova 7, Ostrava Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku odpovídá autor.