Digitální technika

Po probrání základních vlastností elektrických obvodů a seznámení se se základními vlastnostmi polovodičů ve třídě 15M SPŠST Panská jsem měl na jedno cvičení z fyziky na úvod připraven úkol.

„Připojte k ploché baterii paralelně dvě žárovky a následně změřte svorkové napětí baterie a napětí na jedné ze zapojených žárovek.“

Žáci se pustili do práce a za chvíli byly ve všech skupinách obvody zapojené. Nastavit multimetry na měření stejnosměrného napětí s příslušným rozsahem zvládli žáci také rychle. Až na drobné rozdíly dané nenulovým odporem spojovacích vodičů zjistili, že na žárovce i na ploché baterii je stejné napětí.

„A teď jednu žárovku vyšroubujte z její patice a změřte napětí na této prázdné patici,“ pokračuji v zadávání úkolu. Žáci proměřují a pro některé z nich je velmi šokující zjištění, že i na prázdné patici je stále stejné napětí, jaké tam bylo předtím.

„Souvisí tahle úloha s tím, co budete provádět doma za pár dní?“ ptám a myslím na blížící se Vánoce.

„No jasně - světýlka na vánočním stromku,“ prohlásí někdo.

Následuje velmi plodná debata na téma různých typů zapojení žároviček na vánočním osvětlení s okomentováním výhod a nevýhod daného způsobu zapojení.

„Pochopitelně, že nejen na vánočním stromku se můžete setkat s tímto jevem. Tuto problematiku potkáte kdekoliv, kde budete mít dva spotřebiče zapojené paralelně. My pracujeme s polovybitými plochými bateriemi, takže úraz nehrozí. V případě fázového napětí 230 V už ale při neopatrné manipulaci úraz hrozí.“

„Ve zbytku hodiny bych chtěl, abyste si zkusili pomocí žároviček a vypínačů zrealizovat logické obvody, které řeší vaši spolužáci na ostatních oborech naší školy,“ zadávám pak další úkol. „Už v prváku jste se seznámili v matematice s pravdivostními hodnotami logických spojek, teď tomu dáme fyzikální význam, ať máte představu, jak fungují různá digitální zařízení - čidlo teploty, automat na kávu a další.“

Pak společně opakujeme vlastnosti logických spojek a jejich pravdivostní hodnoty. Na jednoduchých příkladech z praxe demonstruji rozdíly mezi spojkami OR a XOR; se spojkou XOR se žáci asi příliš často nesetkali.

„A nyní si představte, že vstupy dané logické spojky zrealizujeme vypínači a výstup pomoc žárovky. V tomto zjednodušení si zkuste zapojit postupně logické spojky AND, OR, XOR a NAND.“

Žáci pracují velmi rychle a poměrně samostatně. Pouze se spojkou XOR musím trošku pomoci. Ale jinak zvládají vše dobře.

„Nemůžu se ve fyzice věnovat tomu, co jinde dělají v samostatném předmětu dva roky, ale rád bych, abyste si uvědomili, že podobná logika, byť realizovaná jinak, se používá ve všech zařízeních, která nás obklopují,“ uzavírám hodinu a ukazuji sestavený jednoduchý digitální obvod.

Na konec hodiny pak chtěl několik minut na ukázání svých experimentů Jakub Dvořák. Nedávno získal mikrovlnnou troubu, která pro technika jeho kalibru byla asi největším vánočním dárkem. A spolužákům tak chtěl ukázat několik experimentů s vysokým napětím. Tematicky byly experimenty velmi vhodné - výboje v plynech jsme probrali nedávno.

Nejdříve ukázal Jakub obyčejný výboj mezi dvěma elektrodami, následně pak demonstroval svůj narychlo vyrobený model bleskojistky. Zapálený obloukový výboj po dvou drátech šplhá vzhůru, až zanikne.

Spolužákům se experimenty líbily a Jakub i experimentální zařízení vše přestáli bez úhony.

Průběh hrátek s logickými obvody je zobrazen na fotografiích.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 19. 12. 2016