Іі.2. Вплив практичної роботи на уроці на ступінь засвоєння здобутих теоретичних знань модуля

Після завершення навчальних занять, учні проходять навчальну практику. Навчальною програмою в розділі «Технологія електротехнічних робіт» передбачені такі практичні роботи: розрахунок вартості спожитої електричної енергії, планування заходів щодо економного використання електроенергії, вивчення будови електричних проводів, прийоми роботи електромонтажним інструментом, підготовка проводів до електромонтажних робіт, складання простого електричного кола, вивчення будови лампового патрона, вимикача, штепсельного з’єднання, читання паспортних даних побутових електроприладів, складання з деталей конструктора простих електричних кіл.

Для цього вчитель заздалегідь складає графік із зазначенням термінів виконання робіт. Під час вивчення теоретичних питань учні виконують необхідні записи, замальовують схеми, готують таблиці у робочих зошитах, а в процесі виконання практичних робіт оформляють їх відповідно до вимог поставлених вчителем. Підсумкове оцінювання навчальних досягнень учнів здійснюється з урахуванням результатів виконання зазначених робіт.

Є спроба пояснити фізичні поняття, які використовуються в дисципліні «Технології», спираючись саме на «явищний підхід». Для вивчення цих понять доцільно використати можливість тлумачення учням фізичних понять з точки зору перетворення енергії. Тоді саме поняття електричної енергії учням слід пояснювати як здатність виконувати роботу, а під «електричним струмом» слід розуміти явище перенесення електричної енергії від джерела до споживача. Крім того бажано продемонструвати способи отримання електричної енергії, а саме перетворення сонячної, хімічної, механічної енергій. [2-4]

Створення простих електричних кіл

Для закріплення понять учням доцільно продемонструвати наступні досліди: а) перетворення сонячної енергії в електричну; б) принцип дії гальванічного елемента; в) принцип дії електрогенератора; г) принцип дії термопари.

Поряд з цим потрібно, спираючись на життєвий досвід п’ятикласників, навести приклади використання електричної енергії в побуті (калькулятор з сонячними батареями, батарейка від кишенькового ліхтарика, динамомашина від велосипеда, п’єзозапальничка).

Далі варто звернути увагу на умови протікання електричного струму. Учні наявно бачать роботу електричного кола. Їм пояснюють, що найкраще електричний струм від джерела до споживача проходить через метали, деякі рідини та гази. Проте на практиці зручніше передавати електричну енергію за допомогою металевих дротів. Для цього демонструють дослід (рис.ІІ.1).

Рис.ІІ.1. Рідини теж проводять струм.

Умовно прийнято вважати що струм тече від «позитивного» полюса до «негативного», тобто від «+» до «-» На завершення слід показати учням, що електричний струм прийнято позначати літерою «I» і вимірювати в одиницях – амперах «А».

Для пояснення принципу дії найпростішого електричного ланцюга слід по-перше, звернути увагу на те, що однією з умов перенесення електричної енергії від джерела електричного струму до споживача є наявність провідників, по-друге, для припинення протікання електричного струму треба розривати провідник, це здійснюють за допомогою спеціального пристрою, який називають вимикачем. По-третє: у зв’язку з тим, що струм має певний напрям руху, очевидно, що він витікає з одного полюса джерела струму і стікає в другий. Тобто ще однією умовою протікання електричного струму є замкненість системи, яка являє собою електричний ланцюг з послідовно з’єднаних елементів: джерела струму, провідників, вимикача, споживачів струму, провідників (рис.ІІ.2).

Рис.ІІ.2. Схема підключення споживача. а – малюнок складеного кола, б – електрична схема кола.

Для пояснення сутності паралельного з’єднання споживачів скористаємося наступним дослідом. До батареї гальванічних елементів за допомогою провідників приєднують електричну лампу через вимикач. Замкнувши коло, учні спостерігають за світінням електричної лампи Це свідчить про надходження електричної енергії від джерела струму до споживача. Далі, візьмемо ще одну електричну лампу і приєднаємо її до першої електричної лампи так, щоб їх гвинтові контакти та центральні контакти, відповідно, були з’єднані один з одним. У результаті учні спостерігають таке ж саме яскраве свічення обох ламп. З цього робимо висновок: оскільки кожен споживач електричної енергії має два контакти, то їх умовно можна позначити: один знаком «+», другий знаком «-». Якщо всі контакти з маркуванням «+» з’єднати в одну точку, а всі контакти з позначкою «-» - в іншу, то таке з’єднання називається паралельним. [2-3, 9, 17]

Однією з особливостей такого кола буде те, що кожен із споживачів буде працювати нормально лише за тих умов, коли до нього буде надходити відповідна кількість енергії, а це призведе до того, що із збільшенням кількості споживачів буде збільшуватися потік електричної енергії. Для підтвердження наведеного демонструємо наступний дослід (рис.ІІ.3). З цього випливає, що загальний струм буде дорівнювати сумі струмів усіх споживачів. Тобто I_заг=I₁+I₂.

За паралельного з'єднання електричний струм виконує однакову роботу, витрачену на нагрівання й світіння спіралей електричних ламп. Ця робота і визначає нову фізичну величину, яку називають електричною напругою.

Оскільки обидві лампи світяться однаково яскраво, вони споживають однакову кількість електричної енергії, тому напруга на кожній буде однакова. Тобто: U_заг.= U₁ = U₂

[2-5]

Одиниця напруги названа вольтом (позначається літерою В) на честь англійського вченого Алессандро Вольта, який уперше скон­струював джерело електричного струму у вигляді батарейки від кишенькового ліхтарика.

Усі електричні споживачі мо­жуть нормально працювати лише за певного значення напруги. її на­зивають оптимальною, або робочою, напругою.

Рис.ІІ.3. Паралельне з’єднання споживачів. а – малюнок складеного кола, б – електрична схема кола.

А як світитимуть дві або більша кількість ламп, якщо їх вивідні контакти з'єднані почергово, тобто послідовно між собою та з джере­лом електричної енергії?

Склавши електричне коло таким способом з'єднання електричних ламп, помітимо, що яскравість їх світіння зменшилась порівняно з тим, як світилась би одна з них при з'єднанні її з цим самим джерелом електричної енергії. Це зумовлено тим, що електрична енергія джерела струму, а отже, і напруга, розподілились між обома лампами, тобто U_заг, = U₁ + U₂ Струм при цьому залишається незмінним: І_заг=І_х=І_г. За такого з'єднання напруга, що припадає на кожну елект­ричну лампу, зменшилась і її значення недостатнє для повного нагрівання спіралей ламп.

Послідовне з’єднання демонструють за допомогою наступної установки.

Рис.ІІ.3. Послідовне з’єднання споживачів. а – малюнок складеного кола, б – електрична схема кола.

До джерела струму приєднуємо електричну лампу. Замкнувши коло, учні спостерігають за її свіченням. Далі розривають коло, роз’єднавши один з провідників від споживача, і в цей розрив вмикають ще одну лампу. Замкнувши коло, учні спостерігають за тим, що яскравість ламп значно зменшилась. Таке з’єднання, коли кожна клема з позначкою «-» першого споживача з’єднується з клемою з позначкою «+» іншого споживача називають послідовним.

Вчитель робить висновок про те, що при такому з’єднанні споживачів здатність джерела виконувати таку саму роботу зменшується.

Розірвемо коло між джерелом електричного струму та споживачем і під’єднаємо до нього ще один такий самий послідовно сполучений гальванічний елемент (рис.ІІ.3).

Замкнувши електричне коло, учні знову спостерігають яскраве світіння обох ламп. [4-5]

Приходимо до висновку, щоб збільшити можливість виконувати роботу необхідно збільшувати енергію джерела електричного струму. Для кількісної характеристики оцінки здатності електричного джерела струму виконувати роботу вводять таке поняття як «напруга». Позначають напругу літерою «U» і вимірюють її у вольтах «В».

Для пояснення принципу дії вимірювальних приладів проводять наступні дослідження. Спочатку беруть добре відомий для учнів п’ятого класу компас і чекають коли стрілка компаса заспокоїться. Далі беруть моток мідного дроту і приєднують його до батареї гальванічних елементів. Наближують моток дроту до компасу і спостерігають за показами стрілки компаса. Стрілка при цьому зазнає певного відхилення. До джерела струму послідовно приєднують ще одне джерело струму і спостерігають за показами стрілки компаса, відхилення стрілки збільшується.

Приходять до висновку, що електричний струм, який тече через котушку, впливає на магнітну стрілку, а збільшення напруги призводить до сильнішого впливу на магнітну стрілку. Це в свою чергу дає змогу кількісно виміряти величину електричного струму.

Під’єднавши такий прилад послідовно до споживача в колі електричного струму, ми можемо виміряти величину електричного струму, що протікає через споживач електричної енергії. Цей прилад називають амперметром. А приєднавши гальванометр паралельно до споживача, який увімкнено в електричне коло, ми отримаємо можливість виміряти величину напруги. Такий прилад називають вольтметром. Якщо в коло одночасно увімкнути амперметр і вольтметр та виміряти час протягом якого споживалась електрична енергія, можна кількісно визначити витрати електричної енергії. Це здійснюють за допомогою приладів, які називають електричними лічильниками.

Перед вивченням роботи напівпровідникового діоду та випрямлячів змінного струму слід пояснити учням, що являє собою змінний струм, тобто струм який, змінюється за величиною і за напрямом.

Для цього учням пропонують розглянути наступну демонстрацію. До котушки з дротом приєднують гальванометр з нулем посередині. Над нею встановлюють постійний магніт так щоб його можливо було обертати навколо своєї осі. При його обертанні учні спостерігають за показами гальванометра. Спочатку стрілка гальванометра відхиляється в одну сторону і знову повертається до нуля. Це свідчить про те, що величина струму змінюється. Далі стрілка проходить нуль і починає відхилятись в іншу сторону. Отже, струм змінює свій напрям на протилежний.

Одним зі способів перетворення змінного струму в постійний є використання як випрямляча напівпровідникового діоду.

Напівпровідниковий діод – це електричний прилад, який має здатність пропускати струм лише в одному напрямі. Увімкнувши діод між джерелом змінного струму та споживачем, можна перетворити змінний струм у постійний, тобто такий, який не змінює свого напряму. Проте, може змінюватися за величиною, його ще називають пульсуючим. В техніці використовують струм, який має якомога менше пульсацій. Для цього використовують так звані згладжувальні фільтри. Основним елементом якого є конденсатор – прилад який здатен досить швидко накопичувати електричну енергію і повільно її віддавати. Увімкнення такого приладу паралельно до навантаження призводить до згладжування пульсацій струму.

Ще одним із різновидів напівпровідникових діодів є стабілітрон. Це прилад, який при зворотному увімкненні в електричне коло здатен підтримувати постійну напругу при різкій зміні електричного струму . [2-5]

Класифікація побутових нагрівальних електроприладів за їх призначенням

Електроприлад, у якому тепло передається безпосередньо від його спіралі до предмета, що нагрівається, називається відкритим. Якщо спіраль покривається теплоізоляційними матеріалами, прилад нази­вається захищеним. При вміщенні нагрівальної спіралі в спеціаль­ний ізоляційний корпус нагрівальний елемент називається закри­тим.

Кожен електроприлад має певне призначення, розрахований на певні умови використання, має певні електричні характеристики. Ці дані записуються в технічному паспорті, який у вигляді таблич­ки кріпиться на корпусі приладу. На ній зазначається робоча напру­га, потужність, дата випуску, завод-виготовлювач тощо. До кожного побутового електроприладу додається інструкція-паспорт, де зазна­чаються технічні характеристики, будова та принцип роботи, прави­ла безпечної експлуатації та інші дані.

Промисловість випускає велику кількість різних за конструкцією та призначенням побутових електричних приладів. Особливістю їх конструкції є наявність спеціальних пристроїв, які вмикаються в електричне коло приладу для управління електричним струмом та роботою приладу.

Прилади, які обладнані таким пристроєм, називаються регу­льованими (праска) або автоматичними, а при їх відсутності — нерегульованими (паяльник). [26]

Конструктивні особливості нагрівальних приладів.

Паяльник призначений для розплавляння легкоплавких сумішей (припоїв) при спаюванні (з'єднанні) елементів металевих виробів. При нагріванні спіралі тепло передається до мідного стрижня (жа­ла), за допомогою якого розплавляється припій.

Основним елементом електричної праски є терморегулятор — пристрій, що автоматично вмикає або вимикає електричний струм, коли робочий нагрівальний елемент (підошва) нагрівається до певної температури.

Рис.ІІ.3. Терморегулятор.

Терморегулятор — це біметалева пластина із двох міцно з'єднаних між собою частин, виготовлених з різних металів.

Вона кріпиться на внутрішні поверхні нагрівального елемента (пі­дошви) електропраски. Внаслідок нагрівання пластини по-різному видовжуються і набувають дугоподібної форми. У терморегуляторі електропраски біметалева пластина 2 одним кінцем торкається підо­шви електропраски. У момент ввімкнення приладу в мережу елект­ричного струму контакти 7 і 8 замкнуті. Через певний час, коли спіраль нагріє металевий корпус підошви до певної температури, бі­металева пластина згинається і електричне коло автоматично розми­кається.

Нагрівання спіралі зупиняється. Через деякий час біметалева пластина охолоджується і випрямляється. Знову змикаються кон­такти 7 і 8 і процес «нагрівання» — «охолодження» автоматично повторюється.

Необхідна температура електропраски встановлюється регуля­тором, який з'єднаний з повідковим кільцем. За його допомогою можна змінювати відстань між контактними пластинами 10, 11 та біметалевою пластиною 2. Чим більша буде така відстань, тим біль­ша температура нагрівання біметалевої пластини необхідна для її згинання (деформації) та розмикання контактів 10, 11.

На корпусі електропраски поблизу регулятора нанесена шкала з назвою тканини або інші умовні позначення, які відповідають пев­ній температурі прасування. [24]

Технологія виявлення несправностей електроприладів та їх усунення.

Діти не тільки вчаться конструювати електричні кола та вивчають будову побутових електроприладів, але і знайомляться із безпечною експлуатацією наявних в господарстві електроприладів.

Може трапитися так, що прилад не працює. Це означає, що неполадки виникли у закри­тих для огляду місцях приладу. Із метою виявлення та усунення не­поладок прилад знеструмлюють та приступають до виявлення неполадок в елементах електрич­ного кола електроприладу. Виявляють їх за допомогою електричного пробника або тестера після виконання демонтажних робіт.

Якщо виявилось, що несправний нагрівальний еле­мент, його замінюють новим. Закриті нагрівальні елементи ремон­ту не підлягають.

Перевірка справності електронагрівальних приладів здійснюєть­ся в такій послідовності:

• Контроль справності струмопровідних жил електричного шнура.

• Контроль справності штепсельної вилки.

• Перевірка справності контактної колодки та контактних виводів приладу.

• Перевірка справності нагрівального елемента.

Така послідовність є загальною і обов'язковою майже для всіх ви­падків виявлення несправностей в електричному колі.

Усі роботи необхідно виконувати уважно і ретельно при вимкну­тому з електромережі приладі.

Особливо ретельно необхідно з'єднувати струмопровідні жили проводів з контактами нагрівальних елементів. Слідкувати, щоб ого­лені частини проводів не з'єднувались між собою та з металевим кор­пусом приладу, оскільки це може призвести до короткого замикан­ня та пожежі.

Якщо під час роботи електроприладу відчувається запах диму або помітне іскріння струмопровідних елементів чи прилад не працює, його необхідно негайно вимкнути з електромережі та повідомити про це дорослих. [8]