Fyzika v 22M

Elektrické obvody - praktická realizace

Během laboratorních cvičení z fyziky, která byla věnována studiu elektrického proudu v kovech, jsem pro žáky třídy 22M SPŠST Panská měl téměř pokaždé připraven popis elektrického obvodu, jehož schéma měli žáci ve skupinkách nakreslit, a následně obvod sestavit a vyzkoušet jeho funkčnost.

„Můžete si myslet, že kreslit schéma k zapojení žárovky ke zdroji napětí je zbytečné, ale zvykejte si na tento postup. Pokud budete ve vašem domě nebo bytě něco opravovat, vyplatí se schéma mít nakreslené. Řada parametrů obvodu se tím většinou vyjasní,“ říkám na úvod. „Stejně tak si zvykejte na bezpečnost. My budeme pracovat vesměs se 4,5voltovými bateriemi, takže se vám nemůže nic stát. Ale zvykejte si dávat pozor a elektrický proud respektovat. Až budete pracovat s vyššími napětími, tak se to opravdu vyplatí,“ upozorňuji žáky.

„A poslední věc: až nakreslíte schéma obvodu a obvod sestavíte, zůstane vám nepřipojen poslední vodič ke zdroji napětí. Zavoláte si mě, já to zkontroluji a až poté zapojíte. Když bude problém, tak si vynadám v kabinetu před zrcadlem. Když bude problém a nedáte mi to předtím ke kontrole, budete mít problém vy.“

Žáci pokyvují na souhlas hlavou, a tak se můžeme pustit do sestavování obvodů. Postupně si žáci během několika laboratorních cvičení vyzkoušeli:

sériové zapojení žárovek;

paralelní zapojení žárovek;

praktické ověření vztahů pro výsledný odpor sériového a paralelního zapojení;

regulaci jasu žárovky pomocí reostatu;

regulaci jasu žárovky pomocí reostatu zapojeného jako potenciometr (tedy jako dělič napětí);

měření napětí žárovky voltmetrem;

měření napětí na prázdné objímce, která byla s druhou žárovkou spojena paralelně (pro řadu žáků bylo překvapující, že voltmetr ukázal nenulové napětí – stejně tak by ho ukázal u paralelně zapojených žárovek na některých typech vánočních světelných řetězů připojovaných ke zdroji napětí 230 V);

zapojení více vypínačů (resp. spínačů), které umožňují ovládat žárovku z různých míst (motivováno úlohou zapojení zvonku ovládaného z více míst);

„záhadný obvod“ sestávající ze tří žárovek, který zvětší celkový odpor po vyšroubování jedné z nich;

zapojení tzv. schodišťáku, tedy dvou přepínačů, pomocí kterých je možné ovládat žárovku nezávisle ze dvou míst (většinou se tato realizace používá na schodišti, odkud vyplynul i název tohoto zapojení);

realizaci logických spojek AND, OR, XOR, NAND a NOR používaných v digitální technice.

„Tohle zapojení se žárovkami a vypínači vám pomůže pochopit logiku používaných spojek, ale v praxi se tyhle spojky realizují pomocí tranzistorů, ke kterým se dostaneme později,“ upozorňuji na závěr a uvádím konkrétní příklady, kde je nutné takové logické rozhodovací obvody zapojit.

Doufám, že uvedené praktické zkušenosti se zapojováním elektrických obvodů budou pro žáky užiteční nejen při dalším studiu fyziky a elektrotechniky, ale i ve vlastním soukromém životě.

Průběh zapojování obvodů je zobrazen na fotografiích.

Autoři fotografií:

Jaroslav Reichl