elektrotehnika, izbirni predmet v osnovni Šoli

UNIVERZA V LJUBLJANI

PEDAGOŠKA FAKULTETA

FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO

Program: fizika in tehnika

ELEKTROTEHNIKA, IZBIRNI PREDMET V OSNOVNI ŠOLI

DIPLOMSKO DELO

Mentor: Kandidat:

izr. prof. dr. Slavko Kocijančič Samo Meden

Ljubljana, avgust 2008

I

Zahvala

Zahvaljujem se vsem, ki so kakorkoli pripomogli k nastanku tega diplomskega dela,

predvsem mentorju izr. prof. dr. Slavku Kocijančiču. Neizmerno sem hvaležen tudi

svojim staršem, ki so mi vedno stali ob strani in me znali usmerjati na pravo pot.

Vsem še enkrat HVALA.

III

Povzetek

Diplomsko delo je namenjeno učiteljem elektrotehnike, tehnike ali fizike in učencem

devetega razreda v osnovni šoli, amaterskim ljubiteljem elektrotehnike in ostalim, ki jih

zanima obravnavano področje. Učno gradivo predstavlja enega od načinov popestritve

klasičnega pouka pri izbirnem predmetu elektrotehnika, saj temeljijo učne ure predvsem na

eksperimentiranju in aktivni udeležbi učencev.

Prvi del diplomskega dela predstavlja konkretne preproste primere, preko katerih poteka

spoznavanje teorije na osnovnih primerih. Učenci z vajami postopoma spoznavajo svet

elektrotehnike. Spoznajo osnovne gradnike električnih vezji in njihovo delovanje, merilne

inštrumente, transformator, generator, motor in drugo.

V drugem delu diplomske naloge so predstavljeni nekateri možni projekti pri izbirnem

predmetu elektrotehnika, katere lahko učenci z učiteljevo pomočjo in vodenjem tudi

naredijo. Priporočljivo pa je, da si izberejo tudi kakšen drug projekt, ki ga najdejo v

revijah, na internetu ali jim ga posreduje učitelj.

Ključne besede:

elektrotehnika, elektromotorji, generatorji, poučevanje, električni krog, električni tok,

elektrika, izbirni premet, tehnika

IV

Electrotechnics as optional subject in primary school

Abstract

This diploma is designed for teachers of electrotechnics, technics or physics, pupils of

the ninth grade in primary school, amateurs of electrotechnics and other who are

interested in the field treated in this diploma. Teaching material presents one of methods

how to variegate classic lessons at selected subject electrotechnics. Lessons are based

upon conducting experiments and active participation of pupils.

The first part of diploma presents concrete simple examples through which pupils learn

about theory over basic examples. With exercises pupils learn about the world of

electrotechnics. They learn about basic structure of electric links and their operation,

measuring devices, transformer, generator, motor…

The second part of the diploma presents some potential projects at selected subject

electrotechnics. Project can be even made by pupils with the help of their teacher’s

leadership. However it is suggested that pupils select another project, which can be

found in magazines, or a project suggested by their teacher.

Keywords

electrotechnics, electromotors, generators, instruction, circuit, electric current,

electricity, opsional subject in primary school, technics

V

Vsebina

1. Uvod .......................................................................................................................... 1

2. Pregled in analiza učnega načrta za predmet elektrotehnika .................................... 3

3. Obravnava snovi (20 ur) ........................................................................................... 5

3.1 Električni krog in učinki električnega toka ....................................................... 5

3.1.1 Električni krog ............................................................................................... 5

3.1.2 Merjenje električnega toka .......................................................................... 13

3.1.3 Učinki električnega toka ............................................................................. 18

3.1.4 Smer električnega toka ................................................................................ 27

3.1.5 Viri električne napetosti .............................................................................. 30

3.1.6 Električne napeljave v stanovanju ............................................................... 36

3.2 Delo in moč električnega toka ........................................................................ 41

3.2.1 Električno delo in moč električnega toka .................................................... 41

3.3 Pridobivanje električne energije ...................................................................... 48

3.3.1 Alternativni viri električne energije ............................................................ 48

3.4 Električni stroji in naprave ............................................................................. 53

3.4.1 Elektromotor ............................................................................................... 53

3.4.2 Generator ..................................................................................................... 67

3.4.3 Transformator .............................................................................................. 71

4. Projekti (12 ur) ........................................................................................................ 75

4.1 Montaža doz za vtičnico v votlo steno ............................................................ 75

4.2 Montaža razvodne doze za votlo steno ........................................................... 78

4.3 Kako predelamo motor v hidroelektrarno? ..................................................... 82

4.4 Merjenje izkoristka sončnih celic ................................................................... 83

5. Zapiski za učitelje ................................................................................................... 86

6. Zaključek ................................................................................................................. 90

7. Viri in literatura ....................................................................................................... 91

8. Priloge ..................................................................................................................... 92


1

1. Uvod Živimo v času, ko nas obdajajo takšne in drugačne elektronske naprave. Elektronske

naprave se še posodabljajo, predvsem na področju varnosti, izkoristkov, upravljanju na

daljavo (preko GSM), ... Temu primerno je tudi odraščanje otrok, za katere je

elektronika zelo zanimiva ali drugače povedano: odraščajo ob elektronskih napravah.

Z diplomsko nalogo razmišljam, kako bi učence pripravil za raziskovanje in jih pripeljal

do zaključka, da so principi delovanja elektronskih naprave enaki tudi v robotiki.

Področje elektronike je zelo široko in je z vsakim dnem širše, zelo težko bi bilo odkriti

vse naenkrat, zato je najpomembneje, da v osnovni šoli pri pouku elektrotehnike

predvsem ustvarimo zanimanje za nadaljnje izobraževanje v tej smeri [1].

Tehnologija, ki je podlaga elektroniki, je zelo zapletena in je učencem ni mogoče

preprosto predstaviti. Glede na stopnjo predznanja in znanja, ki naj bi ga osvojili, so za

otroke problemsko nerešljivi že osnovni zakoni elektrike. Poleg tega predstavlja

dodaten problem devetletka sama, saj je z ukinitvijo tehnike v 9. razredu preprečena

medpredmetna povezava med tema dvema predmetoma. Učni načrt za elektroniko je

izredno zahteven in na določenih mestih nerazumljiv, zato se v osnovnih šolah tudi

redko izvaja. Če se, ga izvajajo le učitelji, ki so ljubitelji elektronike. Posledično

založbe niso zainteresirane za tiskanje učbenika, saj so naklade premajhne. Vsi ti razlogi

so nas pripeljali do ideje, da je potrebno narediti učbenik v elektronski obliki, ki bo

učitelju omogočal prilagajanje in ki bo brezplačen. Poleg učbenika je izdelana tudi

zbirka vezij, s katero bo mogoče hitreje izvesti posamezne vaje [2].

Na začetku spoznavanja elektrotehnike si bodo učenci pomagali s preprostimi element,

ki jih uporabljajo v vsakdanjem življenju (žarnica, baterija, …), da bodo prišli do

želenih rezultatov. Tem elementom bodo kasneje dodajali posamezne nove elemente, ki

jih bodo med seboj povezovali v kompleksnejše sisteme. Didaktičen princip e-gradiva

je empiričen, saj bodo otroci s preizkusi odkrivali lastnosti vezij. Da pa bodo vaje in

naloge ciljno naravnane, smo se odločili za reševanje problemov preko namišljene

povezovalne zgodbe. Naloge bodo otroci reševali izkustveno in problemsko. Težišče

dela bo na eksperimentalnem delu, kjer bodo učenci sestavljali elemente v sistem in


2

opazovali njihovo delovanje. Učitelj bo razdelil med učence navodila s problemi in ti jih

bodo morali rešiti [1,3].


3

2. Pregled in analiza učnega načrta za predmet elektrotehnika

Z elektrotehniko se učenci prvič srečajo v četrtem razredu. Spoznajo električni krog,

stikalo, vodnik in porabnik (žarnica, elektromotor), prevodnike in izolatorje. Naslednjič

se učenci srečajo za elektrotehniko v sedmem razredu, v katerem je tej temi namenjenih

13 šolskih ur. Spoznajo osnove elektrotehnike, te pa lahko v nadaljevanju nadgradijo in

poglobijo v devetem razredu, kjer se lahko odločijo za izbirni predmet elektrotehnika.

Uresničevanje izbranih ciljev naj poteka predvsem ob eksperimentalnem delu, saj je

izkustvena pot zagotovo prava. Učne vsebine lahko učitelj prilagodi učenčevim

predznanjem in izkušnjam, kar je zagotovo prednost.

Cilje lahko uresničujemo glede na učiteljevo izvirnost, kreativnost, okolje, v katerem se

nahajamo, iznajdljivost in sposobnosti učencev. Izhajati moramo iz vsakdanjega

življenja, saj so domače okoliščine učencem blizu. Zagotovo je to dejavnik, ki učencem

omogoča še dodatno kreativnost in pripravljenost za sodelovanje. Na ta način pridemo

do diferenciacije, ki se zgodi sama po sebi, učitelj pa mora poskrbeti, da to izkoristi.

Delo za uresničitev ciljev naj bo zasnovano na preizkusih in opazovanjih, razlagi

pojavov, ki so temelj fizikalnih zakonov. To je pot, ob kateri bodo učenci začutili

povezavo z vsakdanjo uporabnostjo oziroma okoljem, ki jih obkroža. Začutiti morajo

povezanost med eksperimentalnim delom in naravnimi pojavi v okolju. Pri pouku fizike

in še zlasti elektrotehnike razvijamo višje miselne procese, ki omogočajo razumevanje

in vrednotenje, oblikovanje stališč in spretnosti.

Jezik, ki ga uporabljamo pri pouku mora biti razumljiv učencem, istočasno pa tudi

strokovno ustrezen. Učence moramo navajati, da uporabljajo najpomembnejše

strokovne izraze pravilno in dosledno.

Snov je potrebno primerno ponavljati, preverjati in jo tudi oceniti. Dodatno pomoč je

potrebno nameniti učencem, ki so uspešni (nadarjeni), in tudi učencem, ki so šibki.


4

Pri realizaciji ciljev bo delo učencev potekalo predvsem kot:

• načrtovanje in izvajanje preizkusov,

• izvedba raziskovalne naloge (nadarjeni),

• analiza rezultatov, primerjava in oblikovanje zaključkov,

• prikazati znajo nova spoznanja s pomočjo diagramov, grafov in razpredelnic,

• uporaba računalnika in ustreznih programov,

• znanje poglobiti v okviru dejavnosti,

• uporaba predlagane literature,

• samostojno iskanje virov,

• uporaba pridobljenega znanj v svojem okolju.

Po koncu obravnavane snovi naj učenci z razumevanjem sprejemajo nekatere pojave v

naravi, okolici in vsakdanjem življenju. Določene pojave znajo tudi sami razložiti in jih

pojasniti. Spoznanja spretno izkoristijo za boljšo kakovost življenja. Uspešno

uporabljajo pripomočke, ki so plod tehnološkega razvoja.


5

3. Obravnava snovi (20 ur) V tem poglavju bom predstavil naloge, projekte, probleme, preko katerih bodo učenci

na praktičen način prišli do teoretičnega znanja. Take vrste pouk bo za učence

zanimivejši in dobra osnova za nadaljnje izobraževanje v tej smeri.

3.1 Električni krog in učinki električnega toka

V nadaljevanju bom predstavil preprost električni krog in njegove značilnosti.

Predstavljeni bojo gradniki električnih krogov ter razlika med električnimi izolatorji in

prevodniki.

3.1.1 Električni krog

CILJI

• opiše sestavne dele preprostega električnega kroga

• razlikuje med električnimi prevodniki in izolatorji

NALOGE

Sestavi preprost električni krog in ugotovi, kateri materiali so električni prevodniki in

kateri električni izolatorji.

PRIPOMOČKI

Potrebujemo naslednje pripomočke:

• baterija 9 V

• povezovalne žice

• stikalo

• žarnica

• bakrena ploščica

• steklena ploščica

• jeklena ploščica

• ploščica iz umetne mase

• aluminijeva ploščica

• guma

• volframova nitka


6

IZVEDBA VAJE

Če želimo narisati kakršen koli električni krog, ne rišemo elementov v naravni obliki,

temveč uporabimo dogovorjene znake (slika 3.1) oziroma simbole.

Generator (izmenicni)

~varovalka

Generator (enosmerni)

? +Porabnik (upornik)

baterijažarnica

galvanski clen+ -stikalo

voltmeterV

Stik dveh žic

ampermeterAžica

Generator (izmenicni)

~varovalka

Generator (enosmerni)

? +Porabnik (upornik)

baterijažarnica

galvanski clen+ -stikalo

voltmeterV

Stik dveh žic

ampermeterAžica

porabnik upornik

žica

žarnica

stikalo

stik dveh žic

varovalka

ampermeter

voltmeter

galvanski člen

baterija

vir enosmernenapetosti

vir izmeničnenapetosti

-

Slika 3.1: Simboli elementov v električnih vezjih [4]

PREPROST ELEKTRIČNI KROG

Žarnico in stikalo zvežemo, kot prikazuje slika 3.2. Z vezavnimi žicami priklopimo na

vir napetosti. V našem primeru je to 9 V baterija. Električna napetost je fizikalna in

elektrotehniška količina, določena kot razlika električnega potenciala. Označimo jo s

črko U, njena osnovna enota pa je volt [V]. Sestavili bomo električni krog.

Simulacijo električnega vezja lahko v prilogi tudi pogledate.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.2 električni krog s stikalom.cxt)

Slika 3.2: Razklenjeno in sklenjeno stikalo


7

1) Ali je električni krog sklenjen, če po njem teče električni krog? Obkroži.

a) Da.

b) Ne.

2) Ali žarnica sveti, če je električni krog sklenjen?

a) Da.

b) Ne.

3) Obkroži sestavne dele preprostega električnega kroga.

vir vodnik električno breme (žarnica)

4) Sestavi dva električna kroga, kot je prikazano na sliki 3.3. S pomočjo

sestavljenih vezij odgovori na spodaj zastavljena vprašanja.

Opomba: Predstavljajmo si, da s stikali pred vsako žarnico ponazarjamo delujočo in

nedelujočo žarnico. Vklopljeno stikalo predstavlja delujočo žarnico, odklopljeno pa

nedelujočo [3,4].

Simulacijo električnega vezja lahko v prilogi tudi pogledate in preizkusite njeno

delovanje.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.3 zaporedna in vzporedna vezava.cxt)

Slika 3.3: Levo zaporedna in desno vzporedna vezava žarnic

Lastnosti prvega vezja, zaporedno vezane žarnice.

Kdaj žarnice svetijo?

a) Kadar je sklenjeno vsaj eno stikalo.

b) Kadar sta sklenjeni obe stikali.


8

c) Sploh ni potrebno skleniti nobenega stikala.

d) Kadar je sklenjeno eno ali drugo stikalo.

Ali je možno, da sveti le ena žarnica?

a) Da.

b) Ne.

V katerem primeru iz vsakdanjega življenja se srečamo z zaporedno vezavo? Obkroži.

a) lučke za novoletno jelko

b) lučka v avtomobilu

c) bojler za gretje vode

d) dvoročni vklop stroja za obrezovanje papirja

Lastnosti drugega vezja, vzporedno vezane žarnice.

Kdaj žarnice svetijo?

a) Kadar je sklenjeno vsaj eno stikalo.

b) Kadar sta sklenjeni obe stikali.

c) Sploh ni potrebno skleniti nobenega stikala.

d) Kadar je sklenjeno eno ali drugo stikalo.

Ali je možno, da sveti le ena žarnica?

c) Da.

d) Ne.

V katerem primeru iz vsakdanjega življenja se srečamo z zaporedno vezavo? Obkroži.

e) lučke za novoletno jelko

f) lučka v avtomobilu

g) alarm v stanovanju

h) dvoročni vklop stroja za obrezovanje papirja

5) Na kolesu sta dva električna kroga. Na spodnjo sliko 3.4 vriši pot električnega

toka za posamezni električni krog, prednja in zadnja luč [5].


9

Slika 3.4: Kolo

Nariši shemo:

Ali prednja žarnica še sveti, čeprav zadnja žarnica pri kolesu »pregori«?

a) Da.

b) Ne.

Žarnici sta vezani -

a) - zaporedno

b) - vzporedno


10

REVODNIKI IN IZOLATORJI

ga (slika 3.5) bomo ugotovili, katere snovi prevajajo

ledate in preizkusite njeno

D, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.5 električni krog in vezje brez

P

4) S pomočjo električnega kro

električni tok in katere ne. Na mesto, kjer je bilo v prejšnjem električnem krogu (slika

3.2) nameščeno stikalo, sedaj namestimo dva krokodilčka, v katera bomo vpenjali naše

preizkušance. Ugotovitve vpisujemo v spodnjo tabelo 3.1.

Simulacijo električnega vezja lahko v prilogi tudi pog

delovanje.

(Priloga C

stikala.cxt)

Slika 3.5: Levo elekt o vezje brez stikala

elice katere naj bi izpolnil učenec so natisnjene v sivi barvi. V njih pa so primeri

reglednica 3.1: Prevodnosti [6]

rični krog in desn

C

pravilnih rešitev.

P

M A T E R I A L P R E V O D N I K I Z O L A T O R

baker X

steklo X

jeklo X

umetna masa X

aluminij X

guma X

volframova nitka X

keramika X

stiropor X


11

) V katerih primerih žarnica sveti? Obkroži pravilne izjave.

a)

.

) Zakaj nas električni tok ne strese, ko med vrtanjem držimo vrtalni stroj, v

ovanje.

) Nekateri materiali zelo dobro prevajajo električni tok. Električni tok skozi take

eria

) Nekateri materiali električnega toka ne prevajajo. Po njih električni tok skoraj ne

li

.

ELOVANJE VEZJA

po električnem krogu teče električni tok, če pa je stikalo

NALIZA IN UGOTOVITVE

amo naslednje:

trični tok in žarnica sveti. Gradniki

5

Žarnica bo zasvetila, če bo material prevajal električni tok.

b) Žarnica ne bo svetila, če bo material iz skupine prevodnikov

c) Žarnica bo svetila, če bo material iz skupine prevodnikov.

d) Žarnica ne sveti v nobenem primeru.

6

katerem je električna napetost 220V? Obkroži pravilno trditev.

a) Ker vrtalnik ne potrebuje električne energije za svoje del

b) Ker je ohišje vrtalnika iz materialov, ki so električno neprevodni.

7

mat le rad "teče". Takim materialom rečemo -

a) - prevodniki,

b) - izolatorji.

9

teče a pa teče zelo nerad. Te materiale s skupnim imenom imenujemo -

a) - električni izolatorji,

b) - električni prevodniki

D

Če je stikalo sklenjeno,

razklenjeno, po električnem krogu električni tok ne teče in posledično žarnica ne sveti.

A

Iz zgornjih preizkusov lahko sklep

Če je električni krog sklenjen, po njem teče elek

električnega kroga so iz prevodnih materialov, električni krog pa zaščitimo z materiali,

ki jim pravimo električni izolatorji. Te materiale uporabljamo povsod tam, kjer bi lahko

prišli v stik z električnim tokom. Z elektroizolacijskimi materiali so obdani prevodni

(kovinski) deli električnega stikala, pralnega stroja, vrtalnega stroja, gospodinjski


12

ODATNE NALOGE

porabljajo pri gradnji električnih vezji in napravah so našteti v

reglednica 3.2: Električni prevodniki in izolatorji

pripomočki, … Električni tok po ohišju naprav ne teče, zato se teh strojev lahko

dotikamo, čeprav je v nekaterih delih strojev ali stikal električni tok [6].

D

Značilni materiali, ki se u

spodnji tabeli.

P

ELEKTRIČNI IZOLATORJI ELEKTRIČNI PREVODNIKI

več nitkina umetnih mas a iz volframa

guma bakrena žica

suh les aluminij

kamen, beton jeklo

steklo tekočine (razne spojine)

keramika grafit

naslednjih vrsticah so našteti materiali, ki jih vgrajujejo kot izolatorje v posamezne

reglednica 3.3: Izolatorji v napravah

steklo

V

naprave. S pomočjo zgoraj naštetih materialov izpolni spodnjo tabelo.

P

žarnica

električno orodje (izvijači, klešče) mase umetne

stikala, vtičnice umetne mase

prenosni električni kabli (podaljški) guma umetne mase,

pritrditev žice na daljnovodih keramika

električna žica za napeljavo po stavbah se umetne ma

varovalke keramika, steklo, umetne mase

naslednjih vrsticah so našteti materiali, ki jih vgrajujejo kot prevodnike v posamezne

reglednica 3.4: Prevodniki v napravah

nitka iz volframa

V

naprave. S pomočjo zgoraj naštetih materialov izpolni spodnjo tabelo.

P

običajna žarnica


13

ve po hiši električne napelja bakrena žica

električni daljnovodi baker, aluminij

prenosni električni kabel (podaljški) baker

baterijske svetilke jeklo

navitje v elektromotorju, transformatorju baker

akumulatorji tekočine, razne spojine

stikala, vtičnice jeklo

3.1.2 Merjenje električnega toka

ampermetra

z enega priključka ali pola

1) Smer električnega toka in vezava

Generatorji enosmerne napetosti potiskajo elektrone

generatorja na drugega. Pol, na katerem se nagnetejo elektroni, je negativen, pol s

primanjkljajem elektronov pa je pozitiven. Pravimo, da je med poloma generatorja

električna napetost oziroma razlika potencialov. Elektroni se v generatorju gibljejo od

pozitivnega k negativnemu polu, v porabniku pa v nasprotni smeri, to je od negativnega

pola k pozitivnemu. Smer toka je po dogovoru nasprotna smeri gibanja elektronov.

Električni tok teče od pozitivnega pola k negativnemu. Smer elektronov in smer

električnega toka lahko vidimo na spodnji sliki 3.6 [7].

Slika 3.6: Smer elektronov in smer električnega toka [7]

eneratorji, ki nimajo posebej označenih polov so generatorji izmenične napetosti. G

Elektrone potiskajo zdaj v eno, zdaj v drugo smer. Predznak polov se neprestano

spreminja.


14

električni krog vežemo žarnico in vir napetosti. Napetost vira povečujemo od nič do

električni tok je amper, z

lektrični krog, pred žarnico ali za njo?

ampermetra.cxt)

V

vrednosti, ki je označena na žarnici. Opazimo, da žarnica sveti vse močneje. Sklepamo,

da vir pri večji napetosti poganja skozi žarnico večji tok. [7]

Električni tok merimo z ampermetrom, osnovna enota za

oznako A. Električni krog prekinemo in v vrzel vstavimo ampermeter, kot lahko vidimo

na sliki 3.7 [7].

Kje prekinemo e

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.7 vezava

Slika 3.7: Vezava ampermetra

mpermeter lahko vežemo pred ali za žarnico, najbolj pomembno pa je, da ampermeter

) Spreminjamo napetost pri konstantnem bremenu

t vira, breme pa naj bo

ulacije CT\3.8-10 merjenje električnega toka.cxt)

A

v električni krog vežemo zaporedno. Ampermeter pokaže vsakič enako vrednost. To

pomeni, da iz žarnice teče enak tok kot vanj priteka (slika 3.7) [7].

2

Sestavi vezje kot prikazuje slika 3.8. Spreminjaj napetos

konstantno. Lastnost bremena je upornost, ki se izraža v omih [Ω]. V spodnjo tabelo

3.5, vpisuj rezultate katere odčitavaš na voltmetru. V zadnji stolpec izračunaj tokove za

posamezne primere.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Sim

UIR

=


15

Slika 3.8: Slika vezja z voltmetrom in ampermetrom

Preglednica 3.5: Ugotovitve in rezultati

U [V] R [Ω] I [A]

2 200 0,01

4 200 0,02

6 200 0,03

8 200 0,04

10 200 0,05

3) Konstantna napetost, spreminjamo breme

Sestavi vezje kot prikazuje slika 3.9. Spreminjaj velikost bremena, napetost na viru pa

naj bo konstantna. V spodnjo tabelo 3.6, vpisuj rezultate katere odčitavaš na voltmetru.

V zadnji stolpec izračunaj tokove za posamezne primere.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.8-10 merjenje električnega toka.cxt)

UIR

=

Slika 3.9: Slika vezja z voltmetrom in ampermetrom


16

Preglednica 3.6: Ugotovitve in rezultati

U [V] R [Ω] I [A]

9 100 0,090

9 200 0,045

9 300 0,030

9 400 0,023

9 500 0,018

4) Ohmov zakon

Vemo, da se tok v električnem krogu spreminja, če spreminjamo napetost izvira.

Poskusimo zdaj ugotoviti, kakšna je zveza med električno napetostjo U in električnim

tokom I, ki teče po električnem krogu. Sestavimo električni krog (slika 3.10) in

opazujmo kako se zaradi spremembe električne napetosti spreminja električni tok.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.8-10 merjenje električnega toka.cxt)

Slika 3.10: Vezje in graf za ugotavljanje odvisnosti napetosti in toka [7]

V električni krog lahko vežemo različne upornike, grelnike in dolge tanke žice iz

različnih materialov.

Graf, ki kaže kako se električni tok spreminja z električno napetostjo, je premica (slika

3.11). Iz tega lahko sklepamo, da sta tok in napetost premo sorazmerna.


17

Slika 3.11: Graf prikazuje kako je električni tok odvisen od napetosti [7]

Tok skozi upornik pri stalni temperaturi je premo sorazmeren napetosti med

priključkoma upornika.

UIR

=

Električni tok I [A]

Električna napetost U [V]

Električni upor R [Ω]


18

3.1.3 Učinki električnega toka

CILJI

• našteje različne uporabnike v električnem krogu in jih razvrsti glede na učinke

električnega toka (svetlobni, toplotni, kemijski, mehanski, zvočni)

• ugotovijo, kakšne učinke ima lahko električni tok.

NALOGE

Učenci se z večino električnih učinkov srečujejo vsakodnevno, vendar na to niso

pozorni. S to nalogo jih spodbudimo k razmišljanju, kje vse se tudi doma srečajo z

učinki električnega toka.

PRIPOMOČKI

• 9 V baterija

• žica

• žebelj

• kovinski opilki

IZVEDBA VAJE

Učenci s pomočjo vaje, ki je razložena z nekaj besedami, dopolnijo spodnjo

razpredelnico, v katero vpisujejo učinke električnega toka.

1) Žarnico in baterijo postavi tako, da bo svetila, kot je prikazano na sliki 3.12.

Slika 3.12: Svetlobni učinek [7]


19

2) Izdelaj preprosto grelno spiralo. V pomoč naj ti bo spodnja slika 3.13. Tanko

žico, ki si jo na svinčniku zvil v spiralo, priključi na baterijo.

Slika 3.13 Toplotni učinek [8]

3) Z jezikom se dotakni obeh kontaktov baterije. Glej sliko 3.14. (Četudi se

dotaknemo obeh kontaktov, nas prav nič ne strese.) Ob dotiku jezika in baterijskih

kontaktov pride do kemijske reakcije, ta pojav je elektroliza.

Slika 3.14: Kemijski učinek [8]

4) Tanko lakirano bakreno žico navijemo na železni žebelj, kot kaže slika 3.15. Ob

povezavi z baterijo bo žebelj privlačil manjše žebljičke.

Slika 3.15: Magnetni učinek [8]


20

Preglednica 3.7: Uporabniki, glede na vrsto električnih učinkov

ž a r n i c a e l e k t r i čn i k u h a l n i k

l a k i r a n a ž i c a n a v i t a o k r o g ž e b l j a e l e k t r o l i z a

Toplotni X X

Kemijski X

Svetlobni X

Magnetni X

DELOVANJE VEZJA

Po sklenjenem električnem krogu teče električni tok, katerega učinke lahko zaznamo z

različnimi čutili. Seveda je odvisno tudi od tega, kakšen element ali porabnik vežemo v

električni krog.

ANALIZA IN UGOTOVITVE

Opravili bomo preizkus s 4,5 V žepno baterijo. Te se lahko brez skrbi dotaknemo ne le

z roko, temveč celo z vlažnim jezikom. Četudi se dotaknemo obeh kontaktov, nas prav

nič ne strese, le nekaj kislega začutimo na jeziku. S tem pa ne moremo reči, da je

elektrika kislega okusa [8].

S svetlobnim učinkom električnega toka smo se že seznanili: če na baterijo

pritaknemo majhno baterijsko žarnico, žarnica sveti. Ta učinek se pogosto uporablja.

Razvili sta se že posebna znanost in tehnika, ki se imenuje tehnika svetlobnih naprav.

Če žarnico, ki je nekaj časa opravljala svoje delo, primemo, spoznamo še en učinek

električnega toka, in sicer toplotni učinek električnega toka. Toda naloga žarnice je,

da sveti, zato je toplotni učinek pri njej izguba. Za to v elektrotoplotni tehniki

uporabljamo posebne grelce.

Kiselkast okus je le posledica kemičnega razkrajanja sline, to pa je povzročil električni

tok, ki ga poganja baterija. Spoznali smo torej kemijski učinek električnega toka v

najpreprostejši obliki.


21

Spoznali pa smo tudi magnetni učinek električnega toka, ki ima izredno pomembno

mesto v elektrotehniki [8].

DODATNE NALOGE

Dodatna naloga je pomembna z vidika varnosti, saj ima lahko električni tok tudi

nevarne učinke in če nismo dovolj pazljivi, lahko ogrozi celo naša življenja.

UČINKI ELEKTRIČNEGA TOKA NA ŽIVA BITJA

Večji del človeškega telesa ali telesa živali sestavljajo prevodne tekočine oziroma

elektroliti, zato je električno prevodno.

Električna napetost »se ne sprašuje«, ali je prevodna pot kovinski vodnik ali telo živega

bitja, ampak po že znanih pravilih neusmiljeno požene električni tok, kakor hitro ji to

omogočimo. Človek se takšnim možnostim izpostavlja pogosto (poškodovana izolacija,

nepazljivost, neznanje, ... ), zato je pomembno vedeti, kakšen vpliv ima električni tok na

človeško telo in kako se škodljivemu izogniti.

Živa bitja so po organizaciji aktivnosti znotraj svojih teles najbolj izdelani sistemi

elektronskega nadzora, informiranja in ukazovanja. Signali, ki omogočajo te aktivnosti,

so množice majhnih električnih napetosti in tokov med možgani in živci čutil ter mišic

nog, rok, srca, ... Lahko bi rekli, da je živo bitje vrhunski mehatronski sistem.

Omenjene signale lahko v medicini tudi merimo ter na osnovi njihove oblike in

velikosti (npr. EKG, slika 3.16) sklepamo o zdravstvenem stanju živega bitja.

Če pride živo bitje pod vpliv zunanje napetosti, povzroči ta v živčnem sistemu telesa

električno »zmedo«, katere prva posledica je nenadzorovana aktivnost (tresenje)

mišičnega ustroja. Pri določeni jakosti toka živci začnejo odpovedovati, kar lahko

povzroči trajni zastoj srčne mišice, krvnega obtoka in smrt živega bitja.

Učinku električnega toka na živčni sistem živih bitij pravimo fiziološki učinek [9].


22

Slika 3.16: Signal EKG [9]

Vzporedno s fiziološkim učinkom poteka tudi razkroj celičnih tekočin in krvi, pri

večji jakosti toka, ki ga požene visoka napetost več 10 ali 100 kV, pa tudi močno

segrevanje telesa. Posledica daljšega delovanja velikega toka so zato tudi opekline ali

celo pooglenitve delov ali celotnega telesa [9].

ELEKTRIČNI TOK JE LAHKO SMRTNO NEVAREN

Končne posledice električnega toka, ki teče skozi človeško telo, so odvisne od jakosti

toka in časa delovanja njegovih učinkov na človeško telo. Njun vpliv na posledice

ponazarja diagram območij nevarnosti učinkov električnega toka na človeško telo, ki

ga prikazuje slika 3.17 [9].

Slika 3.17: Območja nevarnosti učinkov [9]

• Nevarnost za človeka je odvisna od velikosti in trajanja toka, poti toka skozi

telo in vrste toka.

• Smrtno nevaren je lahko že tok, ki je manjši od 50 mA


23

Kljub omenjenim neželenim učinkom električnega toka na živa bitja sodobna medicina

ob točno določenih in nadzorovanih pogojih uporablja fiziološke učinke električnega

toka tudi v koristne namene (elektrošok za oživljanje srca – slika 3.18, draženje mišic

za premikanje rok in nog, ... ) [9].

Slika 3.18: Elektrošok za oživljanje srca [9]

VZROKI IN PREPREČEVANJE NEVARNOSTI ELEKTRIČNEGA TOKA

Razlikujemo dva najpogostejša vzroka nevarnih učinkov električnega toka za človeka,

in sicer:

• Neposredni dotik električne naprave ali inštalacij, ki je pod napetostjo oziroma

na električnem potencialu (slika 3.19).

Slika 3.19: Neposredni dotik [9]

• Posredni dotik izpostavljenega prevodnega dela električne naprave ali

inštalacij, ki je pod napetostjo oziroma na električnem potencialu zaradi

okvare (slika 3.20) [9].


24

Slika 3.20: Posredni dotik [9]

Do neposrednega dotika lahko pride predvsem zaradi neustrezne zaščite, dostopnosti

ali neprevidnosti, do posrednega dotika pa predvsem zaradi neupoštevanja

varnostnih predpisov pri uporabi in vzdrževanju električnih naprav in inštalacij.

• Napetost, ki se ji izpostavimo z neposrednim ali posrednim dotikom, imenujemo

napetost dotika (UD).

• Za smrtno nevarni tok 50 mA zadostuje izmenična napetost dotika 50 V ali

enosmerna napetost dotika 120 V [9].

Nevarnosti električnega toka se lahko izognemo predvsem z znanjem, upoštevanjem

varnostnih predpisov in previdnostjo pri priključevanju, uporabi in vzdrževanju

električnih naprav. Predpisi določajo več različnih načinov zaščite, omenimo pa

osnovne:

• Pred neposrednim dotikom ščitimo človeka z izolacijo delov električnih

naprav in inštalacij, s pokrovi in okrovi ter s postavitvijo delov, ki so na

nevarnem električnem potencialu zunaj dosega rok (slika 3.21).

Slika 3.21: Izolacija delov električnih naprav [9]

• Pred posrednim dotikom ščitimo človeka s pravočasnim samodejnim

odklopom izvora napetosti, z omejevanjem napetosti dotika ter z


25

izenačenjem električnih potencialov kovinskih ohišij električnih naprav ter

vodovodnih in toplotnih inštalacij [9].

Pravočasni samodejni odklop napetosti, npr. 230 V, dosežemo s priključitvijo

izpostavljenih prevodnih delov električnih naprav (ohišij, ...) na zaščitni ozemljitveni

vodnik (PE, slika 3.22). V primeru okvare (poškodba izolacije, kratki stik, ...) mora taka

priključitev zagotoviti ali takojšnji odklop porabnika (npr. izklop varovalke) ali

zmanjšanje napetosti dotika pod 50 V.

Slika 3.22: Samodejni odklop [9]

PRVA POMOČ PRI NESREČI Z ELEKTRIČNIM TOKOM

Življenje ponesrečenca z električnim tokom je velikokrat odvisno tudi od hitre in

pravilno izvajane prve pomoči, po možnosti že na samem mestu nesreče. Praviloma je

potrebno:

• čim hitreje prekiniti električni tok skozi telo ponesrečenca (izklop stikala,

varovalke, kabla, ... – slika 3.23),

Slika 3.23: Izklop stikala v sili in varovalno odklopno stikalo [9]


26

• če izklop ni možen na prej omenjeni način, vodnik pri napetostih do 1000 V

previdno odstranimo s ponesrečenca z neprevodnim predmetom (palica iz

suhega lesa, plastični predmet, ... ), oziroma ga odmaknemo od naprave pod

napetostjo, če se lahko ustrezno izoliramo (suha lesena plošča, izolirne

rokavice),

• pri višjih napetostih varnostni predpisi zahtevajo pomoč ustrezno usposobljene

osebe,

• postavitev ponesrečenca v najugodnejši položaj za dihanje in bitje srca oziroma

izvajanje umetnega dihanja ter masažo srca,

• oživljanje z umetnim dihanjem, masažo srca, ... - vsaka sekunda je pri tem

lahko neprecenljiva,

• klicanje nujne zdravniške pomoči – če je le mogoče, naj to nekdo naredi

vzporedno že takoj ob ugotovitvi nesreče.

V primeru težjih nesreč z električnim tokom je mesto nesreče potrebno preventivno

zavarovati [9].


27

3.1.4 Smer električnega toka

CILJI

• vpliv toka v električnem krogu

NALOGE

S pomočjo spodaj naštetih pripomočkov ugotovi, ali je smer vrtenja elektromotorja

odvisna od smeri električnega toka.

PRIPOMOČKI

• vezne žice

• napetostni vir baterija 4,5V

• elektromotor

• ampermeter

• žarnica

IZVEDBA VAJE

Sestavi električna kroga, kot vidiš na slikah 3.24 in 3.25. Pozoren bodi na vir napetosti.

Kot vidimo je vir v enem in drugem primeru različno priklopljen.

Simulacijo električnega vezja lahko v prilogi tudi pogledate in preizkusite njeno

delovanje.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.24 obrnjena polariteta pri žarnici.cxt)

1) Kaj se zgodi ko stisnemo stikalo? Označi, v katerem primeru žarnica sveti.

Slika 3.24: Vezane žarnice in obrnjena polariteta električnega vira


28

2) Ali se pojavi kakšna sprememba, če na žarnici zamenjamo priključke?

a) Da.

b) Ne.

3) Kaj se zgodi, ko stisnemo stikalo? Označi smer vrtenja elektromotorja v vsakem

primeru posebej.

Simulacija električnega vezja je v prilogi.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.25 obrnjena polariteta pri motorju.cxt)

Slika 3.25: Vezan elektromotor in obrnjena polariteta električnega vira [9]

4) Ali se pojavi kakšna sprememba, če na elektromotorju zamenjamo priključke?

a) Da.

b) Ne.

DELOVANJE VEZJA

Električno vezje deluje v prvem in drugem primeru. Pri vezani žarnici in zamenjani

polariteti je delovanje žarnice nespremenjeno. Žarnica sveti v obeh primerih. Lahko pa

vidimo očitno spremembo pri vezavi elektromotorja v električni krog in zamenjavi

priključkov. Motor se namreč vrti v nasprotni smeri. S tem smo dokazali, da ima

električni tok tudi svojo smer toka.


Na baterijah opazimo, da sta priključka med seboj različna, običajno na bateriji zanju

najdemo tudi oznaki + in -. Priključku z oznako + rečemo pozitivni pol baterije,

tistemu z oznako – pa negativni pol baterije. Govorimo o polariteti priključkov. Pola

priključkov določata tudi smer električnega toka – električni tok teče od pozitivnega k

negativnemu polu [9].


29

Ker imamo tudi na žarnici dva priključka, jo lahko zvežemo na dva načina:

- vrat žarnice na pozitivni pol in srednji priključek na negativni pol

- in obratno: vrat žarnice na negativni in njen srednji priključek na

pozitivni pol. Ko smo preverili obe vezavi, nismo opazili nobene razlike.

Učinek električnega toka ni odvisen od smeri električnega toka skozi

žarnico.

Da se prepričamo, da vedno ni tako, sestavimo še en električni krog, v katerega bomo na

baterijo vezali enosmerni elektromotor. Na gred elektromotorja pritrdimo prečko

(karton, les,…) tako, da bo videti, v katero smer se vrti gred motorja. Sestavili smo

preprost električni krog z elektromotorjem in menjavajmo smer električnega toka skozi

motor. Nekateri učinki električnega toka so odvisni od smeri.

Opazimo, da je smer vrtenja odvisna od smeri električnega toka skozi motor. Ugotovili

smo, da žarnica sveti enako ne glede na smer električnega toka.

DODATNE NALOGE

1) Kako z enosmernim elektromotorjem določiš smer električnega toka?

Pripomočki

• vir napetosti z znano polariteto priključkov

• vir napetosti z nedoločeno polariteto priključkov

• enosmerni elektromotor

Najprej elektromotor umerimo z znanim virom napetosti in označimo smer vrtenja.

Tako poznamo smer vrtenja kadar je na priključkih določena polariteta. Ko imamo

elektromotor umerjen, lahko preprosto določimo polariteto neznanega vira napetosti.


30

3.1.5 Viri električne napetosti

CILJI

• našteje in opiše različne vire električne napetosti

• razlikuje med enosmernimi in izmeničnimi viru napetosti

• razlikuje med viri z nizko in visoko napetostjo

• pozna nevarnosti električnega toka

• analizira električni krog na kolesu in kolesu z motorjem

• odpravi preproste napake

NALOGE

Obstaja veliko različnih vrst baterij. Mokre baterije imajo kovinske elektrode v tekoči

kislini. Tako baterijo bomo izdelali tudi mi.

PRIPOMOČKI

• kozarec za vlaganje živil

• krokodilčki ali sponke za papir

• bakren trak

• cinkov trak

• svetlečo diodo (led)

• žice

• kis za vlaganje

IZVEDBA VAJE

1) Izdelajmo svojo enostavno baterijo oziroma svoj vir električne napetosti.

a) V stekleno posodo postavi bakren in cinkov trak – elektrodi in nalij kis, ki je šibka in

nenevarna kislina.

b) Z žicami poveži elektrodi s svetlečo diodo, kot prikazuje slika 3.26. Vendar bodi

pozoren: svetleča dioda bo zasvetila le, če bo pravilno obrnjena! Če dioda ne bo

zasvetila, zamenjaj priključni sponki [10].


31

Slika 3.26: Enostavna baterija

2) Viri električnega toka

Viri električnega toka so naprave ali stroji, ki ustvarjajo razliko električnih potencialov.

Tej razliki rečemo gonilna napetost. Razlika električnih potencialov povzroča tok

nabojev (električni tok) za pogon različnih strojev in naprav. Eden izmed takšnih virov

električne energije je tudi baterija na sliki 3.27.

Slika 3.27: Električna napetost: 4,5 V


32

Viri električnega toka ustvarjajo razliko električnih potencialov (električno napetost) na

različne načine. Najbolj običajni in najbolj pogosti so naslednji štirje načini

pridobivanja elektrike:

a) V nekaterih virih električnega toka nastaja električna napetost zaradi točno določenih

snovi (spojin), ki v teh virih med seboj reagirajo. Med tem postopkom (reagiranjem)

nastaja nova snov in električna napetost [6].

Taki viri električnega toka so: razne vrste baterij, različni akumulatorji (slika 3.28).

Slika 3.28: Baterije in avtomobilski akumulator [6]

b) Električna napetost lahko nastaja zaradi premikanja (vrtenja) navojev električnih žic

v magnetnem polju.

Taki viri električnega toka so: generatorji različnih vrst (elektrarne), alternator

(avtomobili in druga motorna vozila), dinamo (kolo, moped). Elektrarn poznamo več

vrst:

• hidroelektrarne - voda vrti vodne turbine, vodne turbine pa vrtijo generatorje, ti

ustvarjajo električno napetost - shemo delovanja vidimo na sliki 3.31;

• termoelektrarne - vodna para s pihanjem pod pritiskom vrti parne turbine, te pa

spet generatorje;

• plinske elektrarne - turbine vrtijo plini, ki nastanejo pri zgorevanju zemeljskega

plina, vrtijo plinske turbine, te pa generatorje;

• jedrske elektrarne - toplota, ki nastaja pri "razpadanju" urana, segreva paro, ta pa

vrti parne turbine, parne turbine vrtijo generatorje;


33

• vetrne elektrarne – veter vrti propelerje, osi propelerjev pa vrtijo generatorje, ti

ustvarjajo električno napetost - na spodnji sliki 3.29 lahko vidi takšne vetrne

elektrarne [6].

Slika 3.29: Elektrarne na veter [6]

c) Še en način pridobivanja električnega toka temelji na lastnosti nekaterih snovi

(spojin):

Nekatere snovi pod vplivom svetlobe ustvarjajo razliko električnih potencialov. Kadar

je taka snov osvetljena, razlika potencialov ustvarja električno napetost. Kadar je taka

snov v temi, razlike električnih potencialov ne ustvarja. Na tak način ustvarjajo

električno napetost sončne celice. Nameščene so na planinskih kočah, na nekaterih

kalkulatorjih, na satelitih itd. Na spodnji sliki 3.30 lahko vidimo sončno celico na

kalkulatorju [6].

sončna celica

Slika 3.30: Kalkulator s sončno celico

Za vsak vir električnega toka je značilno, da ustvarja električni tok določene napetosti.

Porabnik priključimo vedno na tak vir električnega toka, ki daje električni tok ustrezne


34

napetosti. Pod slikami posameznega vira električnega toka je tudi podatek, kakšna je

napetost električnega toka iz te naprave.

3) Kje nastaja razlika električnih potencialov?

Kako in v kateri napravi nastaja razlika električnih potencialov v hidroelektrarni?

Elektrarna je sestavljena iz več delov. Shemo hidroelektrarne lahko vidimo na sliki

3.31. Naštejmo nekatere najbolj pomembne:

• jez

• cevovod ali kanal do turbine

• turbina

• generator

• daljnovod

Slika 3.31: Shema hidroelektrarne [6]

Voda po rečni strugi priteče do jezu. Od tam po cevovodu ali po kanalu teče do turbine.

Zaradi razlike v višini voda turbino vrti. Turbina vrti rotor (to je vrteči srednji del

generatorja) generatorja, ker sta turbina in generator med sabo povezana. Rotor je

sestavljen iz velikega števila ovojev žic. Te žice (oziroma ta tuljava) se vrtijo v

magnetnem polju, ki ga ustvarja stator. Vrteče žice v magnetnem polju ustvarjajo

razliko električnih potencialov. Enega izmed načinov vidimo na sliki 3.32.


35

Slika 3.32: HE s Kaplanovo turbino [6]

DELOVANJE VEZJA

Pri vsakem električnem vezju so lastnosti delovanja vezja drugačne. Skupno vsem

električnim vezjem pa je: če električni krog (električno vezje) ni sklenjen, po njem ne

more teči električni tok.

Vezje sončnih celic je po navadi sestavljeno tako, da imajo poleg celice tudi

akumulator, ki ga preko dneva, ko je svetloba, polnijo. Ko pa ni svetlobe, naprava

deluje z energijo iz akumulatorja. Tako delujejo svetlobni prometni znaki daleč od vira

električne energije.


Električni tok oziroma nosilci električnega naboja (npr. elektroni) tečejo le, če jih k

temu sili električna sila. V baterijah dobimo električni tok s pomočjo dveh kovinskih

ploščic – cinka in bakra. Ko elektrodi potopimo v kislino, kemijska reakcija požene

elektrone iz cinkove elektrode po žici prek porabnika proti bakreni elektrodi [6].

DODATNE NALOGE

Z limono izdelaj baterijo. Morebiten električni tok dokaži z ampermetrom.


36

3.1.6 Električne napeljave v stanovanju

CILJI

• našteje sestavine električnih napeljav v stanovanju in razloži pomen in vlogo

posameznih delov

• izdela model električne napeljave

• uporabi simbole električne napeljave za risanje različnih oblik električnih shem

• pozna nevarnost električnega toka in načine varovanja

• razloži vlogo tokovnega zaščitnega stikala

• pridobi praktične izkušnje pri preprostih opravilih

NALOGE

Po spodnjih shemah sestavi vezja in reši naloge.

PRIPOMOČKI

• stikalo

• baterija 9 V

• električni vodniki

IZVEDBA VAJE

1) Električni krog s stikalom

Sestavi električni krog s stikalom, kot je prikazano na sliki 3.34.

Simulacijo električnega vezja lahko najdete v prilogi in tudi preizkusite njeno delovanje.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.34 električni krog s stikalom.cxt)

Na sliki 3.33 sta simbola, ki prikazujeta stikalo in menjalno stikalo. Tabelo 3.8 izpolni

tako, da bo (1) = vklopljen/prižgan in (0) = izklopljen/ugasnjen. Pri menjalnem stikalu

sta priključka v vsakem primeru sklenjena, zato se dogovorimo, da je zgornji priključek

(1), spodnji pa (0).

Slika 3.33: Dogovor za menjalno stikalo


37

Slika 3.34: Električni krog s stikalom

Preglednica 3.8: Ugotovitve

stikalo (S1) žarnica

0 0

1 1

2) Vezava stikal

Na spodnjem vezju (slika 3.35) prvo stikalo predstavlja varovalko v hišni napeljavi.

Sestavi električni krog, kot je prikazano na sliki. Tabelo 3.9 izpolni tako, da bo (1) =

vklopljen/prižgan in (0) = izklopljen/ugasnjen [9].

Simulacijo električnega vezja lahko preizkusite v prilogi.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.35 vezava stikal.cxt)

Slika 3.35: Vezava stikal


38


S1 S2 žarnica

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

3) Vezava menjalnih stikal

Sestavi električni krog z menjalnimi stikali, kot je prikazano na sliki 3.36 in izpolni

spodnjo tabelo 3.10. Primer takšnega vezja najdemo na hodniku. Na kateremkoli stikalu

lahko luč prižgemo ali ugasnemo [10].

Simulacijo električnega vezja lahko poiščeš v prilogi

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.36 menjalna stikala hodnik.cxt)

Slika 3.36: Primer zaporedno vezanih menjalnih stikal na hodniku v hiši


S1 S2 žarnica

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1


39

Z zgornjima vajama nisem uresničil vseh učnih ciljev, ki so navedeni. Dodatne

možnosti lahko poiščete v poglavju 4.1 in 4.2.

DELOVANJE VEZJA

Električni krog deluje le, kadar je celoten električni krog sklenjen. To smo dokazali z

zgornjimi preizkusi.


Ugotovimo, da lahko električni tok enostavno prekinemo in spet sklenemo. Na tak način

lahko enostavno vklapljamo in izklapljamo naprave iz električnega omrežja.

DODATNE NALOGE

Varnostno stikalo, ki predstavlja varovalko v hišni napeljavi, dodano vezju na sliki 3.36

v zgornjemu primeru.

Sestavi električni krog s stikali, kot je prikazano na sliki 3.37 in izpolni tabelo 3.11.

Stikalo pred menjalnima stikaloma predstavlja varovalko v hišni napeljavi.

Simulacija je v prilogi.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.37 varovalka in hodnik.cxt)

Slika 3.37: Varnostno stikalo na hodniku


VS S1 S2 žarnica

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 0


40

1 0 0 1

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 1 1

Učenci lahko izdelajo električno dozo za dovod električne energije v sobo, nato pa v njo

namestijo vtičnico, stikalo.

Lahko se naučijo, kako se namesti lestenec na strop (izvrta luknjo, vstavi vložek,

zavijači, zveže priključke).

Na nekem kosu 3-žilnega kabla montira vtičnico ali stikalo (da ve, da mora vedno

prekinjati fazo) in ležišče za žarnico. Nato preizkusi.

Praktično znanje, znanje iz vsakdanjega življenja.


41

3.2 Delo in moč električnega toka

Že v začetku smo ugotovili, da se električni tok navzven kaže s svojimi učinki, in sicer s

kemijskimi, svetlobnimi, toplotnimi in magnetnimi. Vzemimo najbolj znan učinek, in

sicer toplotnega: ko skozi prevodnik teče električni tok, se ta segreje. To segrevanje je

tem večje, čim večji je električni tok oziroma čim višja je napetost. Pod vplivom

napetosti usmerjeni elektroni (električni tok) oddajo svojo energijo v obliki toplote, ki jo

lahko uporabimo koristno ali nekoristno [11].

3.2.1 Električno delo in moč električnega toka

CILJI

• definira električno delo in električno moč ter njune enote, pretvarja med

različnimi zapisi za enote

• primerja električne porabnike po moči

• razvrsti električne porabnike po moči in učinkih

• razloži funkcijo električnega števca kot sestavnega dela električnih napeljav

• izračuna električni tok, ki teče skozi napravo ali stroj

NALOGE

Električno delo bomo spoznali v spodnjih vajah. Vedeti moramo, da električna sila tudi

po vodnikih in skozi porabnike potiska električni naboj.

PRIPOMOČKI

• kroglice

• štoparica

• grelniki

• posoda z vodo

• pripomočki za sestavljanje vezja

IZVEDBA VAJE

DELO

1) Koliko časa potrebujemo, da prenesemo 10 kroglic, kot jih vidimo na spodnji

sliki 3.38, iz enega mesta na drugega? Za prenos ene kroglice iz enega mesta na drugega

potrebujemo 1 minuto [11].


42

Slika 3.38: Kroglice

Preglednica 3.12: Rezultati

primer koliko kroglic na enkrat število poti sem ter tja čas

1 po 1 kroglico 10 10 min.

2 po 2 kroglici 5 5 min.

3 po 5 kroglic 2 2 min.

4 vse kroglice 1 1 min.

A P t= ⋅ delo mo asč č= ⋅

V katerem primeru moraš pri nošenju kroglic vložiti več truda, moči?

a) Primer 1

b) Primer 2

c) Primer 3

d) Primer 4

ELEKTRIČNA MOČ

Ponovno lahko potegnemo vzporednice z vodo. Moč vodnega toka reke je odvisna od

njenega padca in količine vode, moč električnega toka pa je odvisna od napetosti in toka

(je njun zmnožek). Označimo jo z veliko tiskano črko P, merska enota je vat (oznaka -

velika tiskana črka W) [11].

P U I= ⋅

Moč lahko izpeljemo iz Ohmovega zakona:

RUP

2

= ali 2P I R= ⋅


43

Če v navedeni enačbi za moč upoštevamo enačbe za električno delo, dobimo tri

enakovredne enačbe za računanje električne moči.

Električna moč je premo sorazmerna z napetostjo in tokom.

P U I= ⋅

Električna moč je premo sorazmerna s kvadratom toka in uporom.

2P I R= ⋅

Električna moč je obratno sorazmerna s kvadratom napetosti in uporom.

RUP

2

=

Primeri

1) Skozi grelnik električne peči, ki je priključen na napetost 230 V, teče tok 7,2 A.

Kolikšna je električna moč grelnika [12]?

230V 7,2A 1656 W 1,66kWP U I= ⋅ = ⋅ = =

2) Žarnica ima nazivne podatke 60 W / 230 V. Kolikšen tok bo tekel skozi žarnico,

ko jo priključimo na njeno nazivno napetost [12]?

60 W 0,26A230 V

PP U I IU

= ⋅ ⇒ = = =

3) Kolikšna električna moč je potrebna za tok 15 A skozi porabnik z upornostjo 14

Ω in kolikšna skozi vodnike, katerih skupna upornost je 0,1 Ω [12]? 2 2(15A) 14 225 A 14 3150 W 3,15 kWp pP I R= ⋅ = ⋅ Ω = ⋅ Ω = =

2 2(15 A) 0,1 Ω 225 A 0,1 Ω 22,5 Wv vP I R= ⋅ = ⋅ = ⋅ =

4) Na kolikšno najvišjo napetost lahko priključimo upor z nazivnimi podatki 1,2

kΩ / 0,5 W [12]? 2

30,5 W 1,2 10 24,5 VUP U P RR

= ⇒ = ⋅ = ⋅ ⋅ Ω =


44

LEKTRIČNO DELO

e, koliko časa neka moč dejansko opravlja delo. Za primer:

E

Kot količina nam prikazuj

A U I t= ⋅ ⋅

snovna enota za električno delo je vat sekunda (oznaka Ws), iz vsakdanjega življenja

) Liter vode segrevamo z različno močnimi grelniki po dve minuti. Segrevanje

reglednica 3.13: Grelniki vode

O

pa najbolj poznamo večjo, bolj praktično enoto: kilovatna ura (oznaka kWh).

1 W 1 s 1 Ws 1 J⋅ = =

1

vode pričnemo pri sobni temperaturi, segrevamo jo dve minuti. Po dveh minutah s

segrevanjem prenehamo in izmerimo temperaturo vode.

P

moč grelnika [W] čas [s] električno delo [kJ] temp. [°C]

100 120 12 30

200 120 24 35

300 120 36 40

) Za izvedbo naloge potrebujemo grelnik, ki greje ves čas z enako močjo. V

m

reglednica 3.14: Grelniki vode

2

naše primeru bomo uporabili grelnik z močjo 200W. Koliko časa potrebujemo, da

liter vode pri sobni temperaturi segrejemo do 30 °C, 35 °C, 40 °C?

P

moč grelnika [W] temp. [°C] električno delo [kJ] čas [s]

200 30 12 60

200 35 24 120

200 40 36 180

) Sestavi električni krog, kot je prikazano na spodnji sliki 3.39. V električni krog

vežeš žarnico pri napetosti 6V. Izmeri električni tok, ki teče po električnem krogu in

ugotovitev vpiši v spodnjo tabelo 3.15.

3


45

Simulacijo električnega vezja lahko najdeš v prilogi in tudi preizkusite njeno delovanje.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.39-41 električno delo.cxt)

Slika 3.39: Vezje pri katerem merimo električni tok

4) Sestavi električni krog, kot vidiš na sliki 3.40, z dvema vzporedno vezanima

žarnicama pri en trični tok, ki teče po

lektričnem krogu in ugotovitev vpiši v spodnjo tabelo.

aki napetosti kot v prvem primeru. Izmeri elek

e

Simulacijo električnega vezja lahko najdeš v prilogi.


Slika 3.40: Vezje dveh vzporedno vezanih žarnic

5) Sestavi električni krog (slika 3.41) s tremi vzporedno vezanimi žarnicami pri

enaki napetosti ko i teče po električnem

rogu in ugotovitev vpiši v spodnjo tabelo. Delovanje električnega vezja lahko

t v prvem primeru. Izmeri električni tok, k

k

preizkusite v prilogi.



46

Slika 3.41: Vezje treh vzporedno vezanih žarnic

V stolpec pod električno delo izračunaj opravljeno električno delo.


vezje napetost [V] tok [A] električno delo [W]

ena žarnica 6 V 60 mA 0,36

dve žarnici 6 V 120 mA 0,72

tri e žarnic 6 V 180 mA 1,08

6) likalniku n pove, da troš no moč 1000 Koliko

elekt opravi vir na ti, če likamo dv

e = 1000 W

h

no delo izražamo tudi v kilovatnih urah.

kWh = 3,6 MJ

Napis na am i električ W.

ričnega dela petos e uri?

P

t = 2

----------------

Ae = ?

1000 W 2 h 2000 Wh 2 kWhe t⋅ = ⋅ = = eA U I t P= ⋅ ⋅ =

Električ

1


47

ELOVANJE VEZJA

lektrični krog deluje le, kadar je sklenjen. To smo dokazali z zgornjimi preizkusi. V

D

E

zgornji nalogi lahko ponovno opazimo prednost vzporedne vezave.


A P t= ⋅

V prvih nalogah lahko ugotovimo: če delamo z večjo močjo, lahko enako količino dela

opravimo v krajšem času in obratno. Če delamo alo truda, bomo za isto opravljeno z m

delo potrebovali daj časa.

P U I= ⋅ 2

2UP ali P I RR

= = ⋅ Moč lahko izpeljemo iz Ohmovega zakona:

Če v mrzlo sobo postavimo kalorifer z močjo 2000 W in ga ne priklopimo, soba ne bo

ravil nobenega dela, eprav ima moč 2000

drug kalorifer z močjo 1000 W, ki je delal celo uro. Oba oddata enako količino

rnostjo, kreativnostjo poišče naloge iz

jati moramo iz vsakdanjega življenja, saj so domače okoliščine

nič bolj topla, kar pomeni, da kalorifer ni op č

W.

Še en primer - kalorifer z močjo 2000 W, ki dela 30 minut, opravi enako količino dela

kot

toplote in oba porabita enako količino elektrike.

DODATNE NALOGE

Pri dodatnih nalogah lahko učitelj s svojo izvi

vsakdanjega okolja. Izha

učencem blizu. Zagotovo je to dejavnik, ki učencem omogoča še dodatno kreativnost in

pripravljenost za sodelovanje.


48

3.3 Pridobivanje električne energije

V tam poglavju se bodo učenci srečali z alternativnimi viri električne energije. Nekatere

bodo tudi uporabili in izdelali svojo mini elektrarno.

3.3.1 Alternativni viri električne energije

CLIJI

• razloži, katere oblike energije so osnova za delovanje posameznih napetostnih

virov

• našteje in opiše klasične (večinske) energetske vire za pridobivanje električne

energije

• ugotovi energijske pretvorbe pri značilnih tipih elektrarn

• našteje in opiše alternativne energetske vire in jih glede na električno moč

primerja s klasičnimi

• primerja različne tipe elektrarn in ocenjuje njihov vpliv na okolje

NALOGE

Nekateri načini pridobivanja električne energije obremenjujejo okolje s strupenimi

snovmi, poleg tega uporabljamo kot kurivo tudi premog, nafto ali plin. Zaloge teh kuriv

so omejene in lahko poidejo v nekaj desetletjih. Zato znanstveniki že dalj časa

poskušajo pridobivati električno energijo na manj obremenjujoče načine za okolje.

Pravimo jim tudi alternativni viri električne energije [5].

PRIPOMOČKI

• sončna celica

• žica

• štoparica

• ampermeter

• voltmeter

IZVEDBA VAJE

1. Elektrarna na veter

Poganja jih energija vetra. Pogoj za postavitev elektrarne na veter je dovolj močan in

stalen tok vetra. Kjer sta izpolnjena ta dva pogoja, postavijo običajno cela polja vrtilnih

turbin, kot lahko vidimo na sliki 3.42. Veter predstavlja enega najčistejših in stalnih


49

virov energije, ki nam jih narava daje zastonj (ni ga potrebno kupiti tako kot premog,

nafto, plin, ali radioaktivno gorivo).

Istočasno pa imajo elektrarne na veter tudi nekatere slabosti. Vizualni vpliv na okolico

zaradi svoje velikosti ter v neposredni bližini povzročajo določen nivo hrupa.

Slika 3.42: Polje vetrnih turbin [5]

2. Sončne celice

Sončne celice so vir enosmerne napetosti. Primer sončnih celic lahko vidimo na sliki

3.43. Energijo sončnih žarkov pretvarjajo v električno energijo. Njihovo delovanje je

omejeno na sončne dni, ko je svetlobe veliko. Same celice niso sposobne hraniti

električne energije za delovanje naprav ponoči ali v slabem vremenu. Zato jim običajno

dodajo akumulatorje, ki se v sončnem vremenu polnijo, ponoči ali v slabem vremenu pa

oddajajo električno energijo. Uporabljajo jih na bolj oddaljenih mestih, kjer ni

električnega omrežja za napajanje svetilnikov, svetlobnih znakov ob avtocestah,

planinskih postojankah [5].

Slika 3.43: Elektrarna na sončne celice [5]


50

Imajo pa sončne celice tudi nekatere slabosti katere so, nekoliko višja začetna

investicija, težave pri izkoriščanju sončne energije zaradi različnega sončnega obsevanja

posameznih lokacij, cena električne energije pridobljene iz sončne energije je veliko

dražja od tiste proizvedene iz tradicionalnih energetskih virov.

Kako lahko v razredu z učenci izdelamo vajo s sončnimi celicami, je opisano v poglavju

Zapiski za učitelja.

3. Elektrarne s sončnimi kolektorji

Elektrarne s sončnimi kolektorji so v osnovi termoelektrarne, saj kolektorji pretvarjajo

sončno energijo v toplotno. Primer takšnih sončnih kolektorjev je na sliki 3.44. Da bi

zbrali dovolj energije za segrevanje vode, do nekaj 1000C, pokrijejo velike površine z

ukrivljenimi zrcali, ki omogočijo, da se vsa zbrana energija usmeri na majhno površino.

Segrevanje poteka pod velikim tlakom da lahko dosežejo kar se da visoke temperature

vode. Vodna para poganja turbine, te pa bi proizvajale električno energijo. Slaba stran

teh elektrarn je, da za svoje delovanje potrebujejo veliko sončnih dni [5].

Slika 3.44: Sončni kolektorji [5]

Slabosti sončnih kolektorjev so težave pri izkoriščanju sončne energije zaradi različnega

sončnega obsevanja posameznih lokacij, cena električne energije pridobljene iz sončne

energije je veliko dražja od tiste proizvedene iz tradicionalnih virov.

4. Male pretočne hidroelektrarne

Postavimo jih ob deroče potoke in manjše reke, ki imajo stalen tok (niso hudourniki).

Če nam teren dovoljuje, jih lahko postavimo tudi več zaporedoma. Po svoji zgradbi so

enake velikim, le da so manjših moči. Shemo takšne hidroelektrarne lahko vidimo na


51

sliki 3.45. Glede na to, da je večji del Slovenije hribovit oziroma gorat, bi lahko

sistematična gradnja majhnih pretočnih elektrarn predstavljala velik delež v skupnem

pridobivanju električne energije [5].

Slika 3.45: Hidroelektrarna [5]

Slika 3.46: Jez hidroelektrarne [5]

Slabosti izkoriščanja hidroenergije je v tem, da izgradnja hidrocentral predstavlja velik

poseg v okolje, nihanje proizvodnje glede na razpoložljivost vode po različnih mesecih

leta, visoka investicijska vrednost.

5. Elektrarne na plimo in oseko

Elektrarne izkoriščajo višanje in nižanje vodne gladine med plimo in oseko. Princip

delovanja elektrarne na plimo in oseko je prikazan na sliki 3.47. Gradnja takih elektrarn

je omejena na določena geografska območja, kjer je plimovanje bolj izrazito [5].


52

Slika 3.47: Elektrarna na plimo in oseko [5]

Dodatne možnosti o alternativnih virih so v poglavju 4.3 in 4.4. Z njimi lahko

uresničimo še preostale učne cilje.


Učenci spoznajo, na kakšen način lahko pridobivamo v današnjem času nujno potrebno

električno energijo ter istočasno varujemo naravno okolje.

DODATNE NALOGE

Dodatne naloge naj izhajajo iz vsakdanjega življenja, saj so domače okoliščine učencem

blizu. Zagotovo je to dejavnik, ki učencem omogoča še dodatno kreativnost in

pripravljenost za sodelovanje.


53

3.4 Električni stroji in naprave

V tem poglavju se učenci srečajo z delovanjem različnih električnih naprav. Srečali se

bodo tudi s tem, kako isto napravo lahko uporabljamo kot elektromotor ali kot generator

električne energije.

3.4.1 Elektromotor

CILJI

• določi magnetne sile med trajnimi magneti in trajnim magnetom in železom

• tuljavo opiše kor vir magnetnega polja; ugotovi vpliv železnega jedra na jakost

elektromagneta

• ugotovi, da je osnova delovanja elektromotorjev magnetna sila

• opiše zgradbo in delovanje kolektorskega motorja

NALOGE

Izdelaj preprost elektromotor.

PRIPOMOČKI

• merilo (kovinsko ravnilo)

• zarisno orodje (svinčnik, zarisna igla)

• vrtalni stroj

• svedra debeline 2 in 1,5 mm

• kladivo

• točkalo

• pila za kovine

• 2 m lakirane žice, debeline 0,8 mm

• magnet

• deščica velikosti 60 45 15 mm⋅ ⋅

• 2 kosa aluminijaste pločevine velikosti 50 20 0,8 mm⋅ ⋅

• vijaka

• lesena deščica (podstavek 6 9 cm⋅ )

IZVEDBA VAJE

Izdelava preprostega elektromotorja


54

1) Zarisovanje (slika 3.48)

Velikost podstavka ( 6 ). 9 cm⋅

Slika 3.48: Zarisovanje postavka

2) Izrezovanje (slika 3.49)

Iz lesene plošče izrežemo podstavek po začrtani liniji.

Slika 3.49: Izrezovanje postavka

3) Zarisovanje (slika 3.50)


55

2,Na košček aluminija z zarisno iglo označimo velikost naših nosilcev ( ). 5 10cm⋅

Slika 3.50: Zarisovanje nosilca

4) Izrezovanje (slika 3.51)

S pomočjo škarij za železo izrežemo zarisana nosilca.

Slika 3.51: Rezanje aluminija

5) Ravnanje (slika 3.52).

Če se pri izrezovanju obdelovanec ukrivi, ga preprosto izravnamo s kladivom in

železnim podstavkom.


56

Slika 3.52: Ravnanje nosilca

5) Točkanje (slika 3.53)

Sredine lukenj s točkalom označimo. Dovolj je že rahel udarec, saj je aluminij mehka

kovina.

Slika 3.53: Točkanje nosilca


57

3) Vrtanje (slika 3.54).

Z vrtalnim strojem izvrtamo luknji. Pod obdelovanec damo leseno podlago, da ne

poškodujemo mize. Med vrtanjem obdelovanec držimo z ročnim primežem.

Slika 3.54: Vrtanje nosilca

Opomba: Pazi na varnost pri delu: spni dolge lase, uporabi rokavice, zapni haljo!

4) Privijanje nosilcev (slika 3.55)

Glede na debelino podstavka določimo sredino na daljši stranici. S svinčnikom

zarišemo sredino. Prevrtamo z ustreznim svedrom. Nosilec z vijakom pritrdimo.

Slika 3.55: Pritrjevanje nosilca na podstavek


58

5) Navitje tuljave (sliki 3.56, 3.57)

Na okroglo cev ali valj debeline pribl. 26 mm navijemo 10-15 ovojev žice. Navitje

snamemo ter konca ovijemo 2 do 3-krat okrog ovojev, pri tem pa pazimo, da sta konca

v smeri osi tuljave (na sredini). Konca skrajšamo na dolžino, ki je določena na načrtu.

Slika 3.56: Izdelava navitja

Slika 3.57: Izdelano navitje

6) Snemanje izolacije (slika 3.58)

Z enega konca odstranimo vso izolacijo. Za odstranjevanje izolacije lahko uporabimo

lepenkarski nož. Z druge strani odstranimo izolacijo do polovice, kot je prikazano na

sliki.


59

Slika 3.58: Odstranjevanje izolacije

Opomba: Snemi izolacijo točno tako, kot je prikazano na načrtu, ker je od tega odvisno

delovanje elektromotorja.

7) Preizkušanje (slika 3.59).

Tuljavo damo na podstavek in poravnamo konca, da se tuljava čim lažje vrti. Pod

tuljavo položimo magnet in priključimo baterijo. Če se ne vrti, je največkrat vzrok slaba

ali nepravilna odstranitev izolacije [13].

Slika 3.59: Preizkušanje elektromotorja


60

Kako predelati servomotor v enosmerni motor ali generator Navodilo, kako predelati servomotor v enosmerni motor, je opisano na spletni strani

projekta narteh [http://www.pef.uni-

lj.si/narteh/robteh/Projekti/Servos/Predelava_servo_dc_motor.html].

Izdelava jermenice za navijanje vrvice S pomočjo treh izrezanih okroglih ploščic bomo sestavili jermenico, ki nam bo v pomoč

pri izvajanju in preizkušanju elektromotorja. Na jermenico bomo navijali tanko vrvico

ali laks.

1) Za izdelavo ene jermenice potrebujemo tri okrogle ploščice. Dve imata premer

11 cm, preostala pa je centimeter ožja, tako njen premer znaša 10 cm.

Na večji plošči iz umetne mase tako začrtamo dva kroga 11 cm in enega 10 cm. Po

označenih črtah z žago izrežemo tako, da se z rezom gibljemo 2 do 3 mm od zarisanih

črt (slika 3.60).

Slika 3.60: Izrezovanje jermenice


61

2) Izrezan košček na kroglasti brusilki natančno obdelamo. Odbrusimo vse

preostale dele tako, da se po vsem obsegu natančno približamo začrtani liniji (slika

3.61).

Slika 3.61: Brušenje jermenice

3) Preden vse tri ploščice zlepimo, jih v središču prevrtamo, da jih pri lepljenju laže

poravnamo, saj se morajo središča popolnoma ujemati, sicer bomo pri uporabi

jermenice imeli težave in naši izmerjeni rezultati ne bodo natančni. Ploščice zlepimo

skupaj tako, da je ploščica z manjšim premerom med obema večjima ploščicama (slika

3.62).

Slika 3.62: Končana jermenica

4) Sledi pritrjevanje jermenice na nosilec našega elektromotorja. Z iglo na

jermenici označimo mesto, kjer bomo izvrtali luknje za vijake, s katerimi bomo pritrdili

jermenico na nosilec (slika 3.63).


62

Slika 3.63: Označevanje mesta za vrtanje

5) S svedrom 2mm izvrtamo luknje, v katere bomo namestili vijake (slika 3.64).

Slika 3.64: Vrtanje lukenj za vijake


63

6) Pripravljena jermenica za pritrditev nosilca (slika 3.65).

Slika 3.65: Jermenica z izvrtinami

7) Pritrjen nosilec elektromotorja na jermenico (slika 3.66).

Slika 3.66: Jermenica in nosilec

8) Slika elektromotorja in naše jermenice (slika 3.67).


64

Slika 3.67: Elektromotor in jermenica

Meritve elektromotorja Meritve elektromotorja bomo opravili tako, da bomo različne uteži obešali nanj. S

štoparico bomo merila čas, ki ga motor porabi, da utež dvigne za razdaljo 1m. Spodnja

slika 3.68, prikazuje izvedbo vaje.

1m

m

motor

Slika 3.68: Prikaz vaje za merjenje izkoristkov motorja


65

pP m g h= ⋅ ⋅ eP U I t= ⋅ ⋅ 100e

p

PP

ν = ⋅

Preglednica 3.16: Rezultati meritev pri 3 V

m [kg] h [m] Pp[W] U [V] I [A] t [s] Pe[W] ν [%] 0,05 1,0 0,491 3,0 0,13 6,03 2,352 20,86 0,10 1,0 0,981 3,0 0,19 7,78 4,435 22,12 0,15 1,0 1,472 3,0 0,23 9,99 6,893 21,35 0,20 1,0 1,962 3,0 0,26 13,90 10,842 18,10 0,25 1,0 2,453 3,0 0,31 25,87 24,059 10,19


m [kg] h [m] Pp[W] U [V] I [A] t [s] Pe[W] ν [%] 0,05 1,0 0,491 4,0 0,14 4,49 2,514 19,51 0,10 1,0 0,981 4,0 0,18 5,22 3,758 26,10 0,15 1,0 1,472 4,0 0,22 6,43 5,658 26,01 0,20 1,0 1,962 4,0 0,26 7,87 8,185 23,97 0,25 1,0 2,453 4,0 0,31 9,99 12,388 19,80 0,30 1,0 2,943 4,0 0,36 15,47 22,277 13,21


m [kg] h [m] Pp[W] U [V] I [A] t [s] Pe[W] ν [%] 0,05 1,0 0,491 5,0 0,15 3,64 2,639 18,59 0,10 1,0 0,981 5,0 0,18 3,82 3,438 28,53 0,15 1,0 1,472 5,0 0,22 4,54 4,994 29,47 0,20 1,0 1,962 5,0 0,27 5,31 7,169 27,37 0,25 1,0 2,453 5,0 0,31 6,25 9,688 25,32 0,30 1,0 2,943 5,0 0,36 7,83 14,094 20,88 0,35 1,0 3,434 5,0 0,41 10,57 21,669 15,85 0,40 1,0 3,924 5,0 0,46 19,93 45,839 8,56


m [kg] h [m] Pp[W] U [V] I [A] t [s] Pe[W] ν [%] 0,05 1,0 0,491 7,0 0,17 2,43 2,892 16,96 0,10 1,0 0,981 7,0 0,22 2,52 3,881 25,28 0,15 1,0 1,472 7,0 0,26 2,75 5,005 29,40 0,20 1,0 1,962 7,0 0,30 3,06 6,426 30,53 0,25 1,0 2,453 7,0 0,34 3,42 8,140 30,13 0,30 1,0 2,943 7,0 0,39 3,96 10,811 27,22 0,35 1,0 3,434 7,0 0,45 4,54 14,301 24,01 0,40 1,0 3,924 7,0 0,50 5,31 18,585 21,11 0,45 1,0 4,415 7,0 0,52 6,84 24,898 17,73


66

Na grafu (slika 3.69) lahko vidimo različne izkoristke motorja pri različnih napetostih.

Slika 3.69: Graf izkoristkov motorja

Izvorno datoteko lahko najdete v prilogi, v kateri so vidne vse meritve, izračuni in grafi.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Excel\elektromotor in generator.xls)

DELOVANJE VEZJA

Če na motor pripeljemo premajhno napetost, se lahko zelo hitro zgodi, da je breme, ki

naj bi ga motor dvignil, pretežko. Zato imamo dve rešitvi: ali povečamo električno

napetost na elektromotorju ali zmanjšamo breme. Za katero od naštetih rešitev se bomo

odločili, se odločimo sami.


Po opravljeni nalogi z učenci ugotovimo, da izkoristek motorja ni povsod enak. Takšne

meritve so zelo pomembne v primerih, ko elektromotor uporabljamo v praksi, saj je

delovanje odvisno od njegovega izkoristka.

DODATNE NALOGE

Dodatna naloga v tem poglavju je lahko tudi projekt o predelavi elektromotorja v

hidroelektrarno. Podrobnejša navodila so opisana v poglavju Projekti.


67

3.4.2 Generator

CILJI

• ustvari pogoje, pri katerih pride do indukcije v tuljavi

• ugotovi, da je napetost generatorjev inducirana napetost

• ugotovi obrnljivost delovanja električnih generatorjev in motorjev

• definira izkoristek elektromotorja in generatorja

NALOGE

Meritve generatorja bomo opravili tako, da bomo različne uteži obešali na elektromotor.

S štoparico bomo merila čas, ki ga utež porabi, da pade za razdaljo 1 m.

PRIPOMOČKI

• enosmerni elektromotor z zobniškim reduktorjem vrtljajev in jermenico

• vrvica

• zbirka uteži

• voltmeter

• ampermeter

• merilo

IZVEDBA VAJE

Slika 3.70 prikazuje izvedbo vaje.

1m

m

motor

Slika 3.70: Prikaz vaje za izkoristek generatorja


68

pP m g h= ⋅ ⋅

2

eUP tR

= ⋅

100e

p

PP

ν = ⋅

Preglednica 3.20: Rezultati meritev pri 3 Ω

m [kg] h [m] Pp [W] R [Ω] U [V] t [s] Pe [W] ν [%] 0,25 1,0 2,453 3,0 0,17 38,16 0,368 14,99 0,30 1,0 2,943 3,0 0,25 24,16 0,503 17,10 0,35 1,0 3,434 3,0 0,34 17,95 0,692 20,14 0,40 1,0 3,924 3,0 0,41 14,49 0,812 20,69 0,45 1,0 4,415 3,0 0,48 12,28 0,943 21,36 0,50 1,0 4,905 3,0 0,60 9,94 1,193 24,32 0,55 1,0 5,396 3,0 0,61 8,91 1,105 20,48 0,60 1,0 5,886 3,0 0,72 7,51 1,298 22,05 0,65 1,0 6,377 3,0 0,81 6,85 1,498 23,49 0,70 1,0 6,867 3,0 0,87 6,16 1,554 22,63 0,75 1,0 7,358 3,0 0,92 5,71 1,611 21,90 0,80 1,0 7,848 3,0 1,00 5,26 1,753 22,34 0,90 1,0 8,829 3,0 1,12 4,50 1,882 21,31 1,00 1,0 9,810 3,0 1,21 4,14 2,020 20,60


m [kg] h [m] Pp [W] R [Ω] U [V] t [s] Pe [W] ν [%] 0,25 1,0 2,453 20,0 0,79 14,40 0,449 18,32 0,30 1,0 2,943 20,0 1,30 8,68 0,733 24,92 0,35 1,0 3,434 20,0 1,60 6,66 0,852 24,83 0,40 1,0 3,924 20,0 2,10 5,31 1,171 29,84 0,45 1,0 4,415 20,0 2,50 4,36 1,363 30,86 0,50 1,0 4,905 20,0 2,90 3,69 1,552 31,63 0,55 1,0 5,396 20,0 3,30 2,97 1,617 29,97 0,60 1,0 5,886 20,0 3,60 2,80 1,814 30,83 0,65 1,0 6,377 20,0 3,90 2,61 1,985 31,13 0,70 1,0 6,867 20,0 4,05 2,38 1,952 28,42 0,75 1,0 7,358 20,0 4,40 2,29 2,217 30,13 0,80 1,0 7,848 20,0 4,89 2,02 2,415 30,77 0,85 1,0 8,339 20,0 4,95 1,91 2,340 28,06 0,90 1,0 8,829 20,0 5,00 1,88 2,350 26,62 0,95 1,0 9,320 20,0 5,79 1,42 2,380 25,54 1,00 1,0 9,810 20,0 6,00 1,39 2,502 25,50


69


m [kg] h [m] Pp [W] R [Ω] U [V] t [s] Pe [W] ν [%] 0,25 1,0 2,453 50,0 1,20 10,60 0,305 12,45 0,30 1,0 2,943 50,0 2,30 5,40 0,571 19,41 0,35 1,0 3,434 50,0 3,30 3,69 0,804 23,41 0,40 1,0 3,924 50,0 3,90 3,10 0,943 24,03 0,45 1,0 4,415 50,0 4,60 2,56 1,083 24,54 0,50 1,0 4,905 50,0 5,30 2,10 1,180 24,05 0,55 1,0 5,396 50,0 5,90 1,82 1,267 23,48 0,60 1,0 5,886 50,0 6,70 1,59 1,428 24,25 0,65 1,0 6,377 50,0 7,00 1,53 1,499 23,51 0,70 1,0 6,867 50,0 7,60 1,32 1,525 22,21 0,75 1,0 7,358 50,0 8,20 1,19 1,600 21,75

Na grafu (slika 3.71) lahko vidimo različne izkoristke generatorja pri različnih uporih na

generatorju.

Slika 3.71: Graf izkoristkov generatorja

Izvorno datoteko lahko najdete v prilogi, v kateri so vidne vse meritve, izračuni in grafi.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Excel\elektromotor in generator.xls)

DELOVANJE VEZJA

Elektromotor opravlja v našem primeru vlogo generatorja, ki proizvaja električno

energijo in sicer pretvarja potencialno energijo v električno.


70


Pri izračunih opazimo, da je izkoristek generatorja med 20-30 %. Lahko ugotovimo, da

je izkoristek generatorja močno odvisen od izgub v zobniškem reduktorju, do napake pa

lahko pride tudi pri našem merjenju.

DODATNE NALOGE

Dodatno nalogo s pomočjo elektromotorja ali generatorja lahko izvedemo, kot je

napisano na spletni strani, katero najdete med viri [15].


71

3.4.3 Transformator

CILJI

• opiše zgradbo transformatorja in razloži princip delovanja

• našteje in opiše različne načine uporabe transformatorja

NALOGE

Izdelaj svoj transformator, kot je napisano v navodilih spodaj. Pokazali bomo, da so pri

višjih napetostih izgube električne energija manjše.

PRIPOMOČKI

• dva transformatorja s prestavnim razmerjem 1:4

• žarnica

• upor, ki predstavlja upornost žic od elektrarne do porabnika

• žice

• merilnik napetosti (voltmeter)

IZVEDBA VAJE

Transformator je naprava, ki spreminja električno napetost iz višje v nižjo ali obratno.

Primer lahko vidimo na sliki 3.72. Sestavljen je iz kovinskega jedra, na katerem sta dve

tuljavi z različnim številom ovojev žice [16].

Slika 3.72: Primarna (vhodna) in sekundarna (izhodna) [16]

Če ima izhodna tuljava dvakrat toliko navojev kot vhodna, se na izhodni tuljavi pojavi

dvakrat višja napetost – vendar s polovico manjšim tokom. Primer lahko vidimo na sliki

3.73.


72

Slika 3.73: Primarna (vhodna) in sekundarna (izhodna) [16]

Najpogosteje uporabljamo transformator pri prenosu električne energije med elektrarno

in uporabnikom ter v elektronskih napravah, ki jih ne smemo priključiti na omrežno

napetost [15].

1) Učenci naj sestavijo vezje, kot prikazuje slika 3.74. Vezje predstavlja transport

električne energije od elektrarne do porabnika brez vmesnega transformatorja. Izberejo

naj dovolj velik upor, da bo žarnica brlela. Upor predstavlja upornost žic od elektrarne

do porabnika.

Simulacijo električnega vezja lahko najdete v prilogi in tudi preizkusite njeno delovanje.

(Priloga CD, Diplomsko delo\Simulacije CT\3.74-76 transformator.cxt)

Slika 3.74: Vezje z uporom, ki predstavlja upornost žic v daljnovodu

Spodnje vezje (slika 3.75) prikazuje transport električne energije od elektrarne do

porabnika, kadar uporabimo transformator. Vidimo, da v drugem primeru žarnica sveti

bolj. Lahko ugotovimo, da so pri višjih napetostih izgube električne energije manjše.

Simulacijo električnega vezja se nahaja v prilogi.


73


Slika 3.75: Vezje s transformatorjem

Spodnje vezje (slika 3.76) prikazuje obe prej omenjeni vezji priklopljeni na isti vir

napetosti, ter izkoristek pri transportu električne energije za enako upornost žic. Vidimo,

da žarnica, do katere potuje električna energija preko transformatorja, sveti močneje, kar

nam prikazuje tudi spodnji graf (slika 3.76).

Delovanje simulacije preizkusite v prilogi.


Slika 3.76: S pomočjo transformatorja do manjših izgub


74

V praksi poznamo visokonapetostne daljnovode. Enega takšnih lahko vidimo na sliki

3.77.

Slika 3.77: Visokonapetostni daljnovodi [6]

DELOVANJE VEZJA

Izvorno napetost prvi transformator poviša s 6 V na 24 V in drugi transformator spet

transformira napetost nazaj na 6 V. Vidimo, da žarnica sveti močneje. Za uporabo

transformatorja moramo na viru uporabljati izmenično napetost, saj v nasprotnem

primeru transformator ne deluje.


Z učenci ugotovimo, da so izgube občutno manjše, če transformiramo napetost na višjo

in spet nazaj z višje v nižjo, saj žarnica sveti opazno močneje, kot v prvem primeru.

DODATNE NALOGE

Dodatna naloga bi lahko bila, da učenci sami izdelajo transformator, pri katerem lahko

predhodno izračunajo njegovo moč delovanja oziroma transformiranja napetosti.


75

4. Projekti (12 ur) Predmet se zaključi s projekti, ki so v interesu učencev, saj jih tako motiviramo za

nadaljnje raziskovanje. Glede na interes in sposobnosti si učenci izberejo projekt, ki ga

lahko izvedejo individualno ali v manjših skupinah. V nadaljevanju navajamo nekaj

možnosti za projektno delo.

4.1 Montaža doz za vtičnico v votlo steno

Izvrtamo izvrtino premera 68 mm (slika 4.1) ter vanjo vstavimo dozo za votle stene

(slika 4.2) [17].

Slika 4.1: Vrtanje izvrtine

Slika 4.2: Vstavljanje doze


76

Z obratom izvijača v desno se kovinska ploščica avtomatično obrne iz ležišča in s hitrim

tristopenjskim navojem približa steni. (slika 4.3) Zatem z zmerno silo privijemo vijak,

da ne deformiramo roba doze [17].

Slika 4.3: Pritrjevanje doze

Ko sta vtičnica ali stikalo povezana z vodniki, ju vstavimo v dozo, nastavimo v

vodoravni položaj in privijemo (sliki 4.4 in 4.5).

Slika 4.4: Vstavljanje stikala


77

Slika 4.5: Pritrjevanje stikala

Razvodno dozo pokrijemo s pokrovom (slika 4.6). Pokrito dozo lahko vidimo na sliki

4.7.

Slika 4.6: Pokrivanje doze s pokrovom


78

Slika 4.7: Pokrita doza

4.2 Montaža razvodne doze za votlo steno

Označevanje s priloženo šablono

Z libelo označimo začetno linijo (slika 4.8) [17].

Slika 4.8: Označevanje začetne linije

Šablono postavimo ob začetno linijo, jo obrišemo in skozi luknjice označimo sredine

izvrtin premera 35 mm (sliki 4.9 in 4.10).


79

Slika 4.9: Obrisovanje ob šabloni

Slika 4.10: Zarisane linije za izrezovanje


80

Označevanje brez šablone:

Dozo naslonimo na steno s pomočjo libele. Skozi luknjice v dozi označimo sredine

izvrtin premera 35 mm (slika 4.11) [17].

Slika 4.11: Označevanje mesta za izvrtino

Izvrtamo 4 označene izvrtine premera 35 mm (slika 4.12).

Slika 4.12: Vrtanje


81

arišemo črte med izvrtinami (slika 4.13).

Z

Slika 4.13: Zarisovanje linije za izrezovanje

teno izrežemo po črtah in po potrebi popravimo obliko roba s pilo (slika 4.14).

S

Slika 4.14: Izrezana luknj za namestitev razvodnice

atem z zmerno silo privijemo vijak, da ne

deformiramo roba doze (slika 4.15) [17].

a

Z obratom izvijača v desno se kovinska ploščica avtomatično obrne iz ležišča in s hitrim

tristopenjskim navojem približa steni. Z


82

Slika 4.15: Pritrjevanje razvodnice

Ko je vezava v dozi končana, jo pokrijemo z brezvijačnim pokrovom, ki omogoča tudi

dodatno pritrjevanje z vijaki, če je potrebno. Pokrov je tanek in se popolnoma prilega

steni ter omogoča manjše prilagajanje vodoravnosti (slika 4.16) [17].

Slika 4.16: Pokrivanje razvodnice

Na prav tak ali zelo podoben način lahko montiramo katerokoli dozo.

4.3 Kako predelamo motor v hidroelektrarno?

Na motorček, ki smo ga uporabljali že v prejšnjih nalogah, namestimo kolo z

lopaticami, ki imitirajo mlinsko kolo. Na tako pripravljeno konstrukcijo pripeljemo


83

vodo, ki pada na lopatice, ter tako izkoriščamo potencialno energijo vode za poganjanje

mlinskega kolesa. Za takšno izvedbo je najprimernejše mlinsko kolo na korce, saj se

voda v korcih ujame ter s svojo težo poganja mlinsko kolo.

Če pa bo voda poganjala mlinsko kolo s svojim gibanjem oziroma s svojo kinetično

energijo, bomo uporabili mlinsko kolo na spodnjo vodo oziroma kolo na lopate.

Pri izvedbi moramo biti pazljivi na to, kakšno mlinsko kolo bomo izdelali, saj je od tega

odvisen izkoristek energije vode in s tem povezano tudi naše pridobivanje električne

energije. Oba tipa mlinskih koles lahko vidimo na sliki 4.17. - levo je mlinsko kolo na

lopate in desno kolo na korce.

Slika 4.17: Mlinsko kolo na spodnjo in zgornjo vodo

4.4 Merjenje izkoristka sončnih celic

Pri tej vaji skušamo ugotoviti, pri katerih pogojih je delovanje oziroma izkoristek

sončnih celic največji. Učenci morajo poskrbeti, da zunanja svetloba ne vpliva na

točnost njihovih meritev. Celico enostavno postavijo na dno širšega tulca, v katerega

svetimo s svetilko.

Pripomočki

• sončna celica

• svetilka z različnimi močmi svetenja

• ampermeter

• voltmeter

• žice


84

P [W] ….. moč žarnice, svetlobnega vira

r [m] ….. oddaljenost svetlobnega vira od sončne celice

S [m2] ….. površina sončne celice

Pž [W] ….. moč žarnice na sončni celici

I [A] ….. električni tok katerega proizvaja sončna celica

U [V] ….. električna napetost na sončni celici

Pc [W] ….. električna moč sončne celice

ν [%] ….. izkoristek

24žPP Srπ

= ⋅ ž

k

PjS

= 24kS rπ= ⋅

cP U I= ⋅

100ž

c

PP

ν = ⋅

Izvedba vaje

1) V prvem primeru bomo spreminjali oddaljenost svetilke od sončne celice. Na

merilnikih bomo odčitavali električni tok in električno napetost, ki jo proizvaja sončna

celica. Vse ostale komponente vezja bomo ohranili enake. Videli bomo, kako je

izkoristek sončne celice odvisen od oddaljenosti svetlobnega vira. Rezultate vpisujemo

v spodnjo tabelo.

Preglednica št. 4.1: Izkoristek odvisen od oddaljenosti svetilke

P [W] r [m] S [m2] Pž [W] I [A] U [V] Pc [W] ν [%] 100 0,10 0,0025 1,9904 100 0,20 0,0025 0,4976 100 0,30 0,0025 0,2212 100 0,40 0,0025 0,1244 100 0,50 0,0025 0,0796 100 0,60 0,0025 0,0553 100 0,70 0,0025 0,0406 100 0,80 0,0025 0,0311 100 0,90 0,0025 0,0246 100 1,00 0,0025 0,0199 100 1,10 0,0025 0,0164

2) V drugem primeru bomo spreminjali moč svetilke, oddaljenost od sončne celice

se ne bo spreminjala. Na merilnikih bomo prav tako kot v prvi vaji odčitavali električni


85

tok in električno napetost ki jo proizvaja sončna celica. Vse ostale komponente vezja

bomo ohranili enake. Videli bomo, kako je izkoristek sončne celice odvisen od moči

svetlobnega vira. Rezultate vpisujemo v spodnjo tabelo.

Preglednica št. 4.2: Izkoristek odvisen od moči svetilke

P [W] r [m] S [m2] Pž [W] I [A] U [V] Pc [W] ν [%] 40 0,50 0,0025 0,0318 50 0,50 0,0025 0,0398 60 0,50 0,0025 0,0478 70 0,50 0,0025 0,0557 80 0,50 0,0025 0,0637 90 0,50 0,0025 0,0717 100 0,50 0,0025 0,0796 110 0,50 0,0025 0,0876 120 0,50 0,0025 0,0955 130 0,50 0,0025 0,1035 140 0,50 0,0025 0,1115 150 0,50 0,0025 0,1194


86

5. Zapiski za učitelje

Diploma temelji na programu Crocodile Technology 607. Program smo izbrali zaradi

njegove preglednosti, inovativnosti saj omogoča izdelavo najrazličnejših simulacij. Na

tak način lahko naredimo predmet še bolj zanimiv za učence, saj jih spodbudimo k

raziskovanju in ustvarjanju najrazličnejših vezji.

Prevodniki in izolatorji

Pri vaji, v kateri preizkušamo, ali snov prevaja električni tok ali ne, moramo biti zelo

pazljivi, da na obeh straneh, kjer ustvarjamo stik s testirancem uporabimo krokodilčke,

tako da jih lažje pritrdimo in da je stik resnično vzpostavljen. Zelo hitro namreč lahko

učenci ocenijo preizkušanec kot izolator, vzrok pa je le v tem, da sta krokodilčka

površno nameščena in električni krog ni sklenjen.

Smer električnega toka

V nalogi, kjer učenci ugotavljajo smer električnega toka, je pomembno, da na os

motorja pritrdijo jermenico in na njej označijo točko, ki jo nato opazujejo. Tako bodo

lažje opazili smer, v katero se pika premika pri enem in drugem priklopu motorja.

Sama os je majhna in je težko oceniti, v katero smer se vrti, z jermenico si delo

olajšamo.

Izdelava preprostega elektromotorja

Pri izdelavi je zelo pomembno, da pravilno odstranimo izolacijo na rotorju. Na eni

strani odstranimo izolacijo s cele žice, na drugi strani pa odstranimo le polovico

izolacije, saj je to zelo pomembno pri delovanju elektromotorja. S tem poskrbimo, da

elektromotor dobiva pulze električnega toka, ki poganjajo električni tok. V nasprotnem

primeru bi se magnetno polje magneta in magnetno polje, ki ga proizvaja navitje,

postavila vzporedno in elektromotor se ne bi vrtel.

Izdelava jermenice

Pri izdelavi jermenice moramo biti pozorni, da učenci pri vrtanju uporabljajo zaščitna

očala, imajo zapeto haljo, zavihane rokave in spete lase. V nasprotnem primeru moramo


87

učenca opozoriti, da ne sme opravljati s strojnim orodjem, ker je nevarnost prevelika in

se nesreča lahko zgodi zelo hitro, tega pa si ne želi nihče.

Meritve elektromotorja in generatorja

Pri merjenju izkoristka elektromotorja in generatorja naj učenci izvajajo vajo v parih,

saj je za enega preveč stvari, ki jih mora meriti. V dvoje ima vsak posameznik dovolj

časa, da natančno odčita vrednosti na merilnih napravah. Na tak način so meritve

natančnejše in delo poteka bistveno hitreje.

Vaja s sončnimi celicami

Učenci morajo paziti, da sončno celico zaščitijo pred zunanjo svetlobo tako, da celico

osvetljuje le naša žarnica. V nasprotnem primeru lahko pride do velikega odstopanja

meritev od dejanskih vrednosti, lahko pa se tudi zgodi, da so meritve popolnoma

neuporabne in se iz njih ne moremo ničesar naučiti.

Vaja z transformatorjem

Pri izvedbi vaje moramo biti zelo pozorni in previdni. Paziti moramo, da sta

transformatorja vezana pravilno. Če sta oba transformatorja vezana tako, da dvigujeta

napetost, lahko zelo hitro pridemo iz varnega območja napetosti. V našem primeru

uporabljamo transformatorje 1:4 in začetno napetost 6 V. Če se malce poigramo z

matematiko, pridemo pri prvem transformatorju na napetost 24 V in če vežemo

naslednji transformator narobe, pridemo do 24V 4 96V⋅ = , kar pa je lahko že nevarno.

Izpeljane enote

Učitelju predlagam, da se glede na obravnavano snov pri predmetu fizika, sam odloči

kako bo obravnaval sestavljene enote. Učitelj se sam odloči s kom in kako podrobno bo

obravnaval omenjeno temo.

1) Upornost

Električna upornost (oznaka R, fizikalni izraz električni upor) je fizikalna in

elektrotehniška količina, določena z Ohmovim zakonom kot razmerje med napetostjo U

na električnem uporniku in tokom I, ki teče skozenj:


88

napetostupornost =tok

VΩ =A

URI

=

V elektrotehniki količino po navadi imenujejo električna upornost, v fiziki pa je

pogostejše poimenovanje električni upor. Zaradi upora se električni vodniki segrevajo in

oddajajo toploto. Nekatere snovi imajo lastnost, da njihov električni upor pri zelo nizkih

temperaturah pade na nič. Pojav je znan kot superprevodnost.

2) Električno delo

• električna sila tudi po vodnikih in skozi porabnike potiska električni naboj

• električno delo je premo sorazmerno z napetostjo in nabojem, ki ga vir poganja

v električnem krogu:

el. delo = napetost naboj⋅

eA U e= ⋅

• ker je e I t= ⋅ , lahko zapišemo

eA U I t= ⋅ ⋅

Ae električno delo [ ] VAs=J

U napetost [V]

I el. tok [A]

t čas [s]

3) Enota za moč

• električna moč je sproščeno električno delo v časovni enoti.

el. deloel.moč = čas

ee

APt

=

1 J 1 W1 seP = =


89

Električna moč je premo sorazmerno z napetostjo in električnim tokom.

el.moč = napetost el. tok⋅

1 V 1 A 1 VA 1 WeP U I= ⋅ = ⋅ = =

J = W = VAs

Električna moč je obratno sorazmerno z kvadratom napetosti in upornostjo električnega

porabnika. 2el. moč = tok upor⋅

2

eUPR

=

2 2V V A= = VA =Ω VeP = W

Električna moč je premo sorazmerno z kvadratom toka in upornostjo električnega

porabnika. 2el. moč = tok upor⋅

2eP I R= ⋅

22A Ω VA We

A VPA

= ⋅ = = =

4) Kilovatne ure

Kilovatne ure so enote za merjenje električnega dela. Kot smo v spodnjih izračunih

pokazali je 1 električne energije. kWh 3600 J=

Če si podrobneje ogledamo zapis 1 , vidimo: kWh

k 1000W VAh 3600s

==

=

1 kWh 3600 VAs 3600 Ws 3600 J= = =


90

6. Zaključek V diplomski nalogi sem predstavil, kako je možno preko konkretnih problemov in nalog

doseči, da učenci spoznajo osnovne elemente elektronskih vezij in znajo sestaviti lažje

vezje, ki je rešitev problema ali naloge.

Rezultati in prizadevanja, kako pripraviti naloge za predmet Elektrotehnika, ki naj bo

dober in uporaben ter hkrati tudi prijazen do učencev, so bili, po našem mnenju,

uspešni. Zaradi časovne omejenosti, žal, ni bilo mogoče izvesti evalvacije, ki bi potrdila

ali ovrgla to mnenje. Vanjo bi morali vključiti nekaj vzorčnih šol in dodatno usposobiti

učitelje, ki bi nato izvedli projekte.

Vse vaje so zastavljene izkustveno in navajajo učence k delu. Za dosego ciljev pri

izbirnem predmetu elektrotehnika, bi moral učitelj razmisliti o opustitvi klasičnega

način pouka, šole pa bi morale nakupiti določeno tehnično opremo, brez katere izvajanje

predmeta ni mogoče.

Za zaključek še namig: koristno bi bilo vzpostaviti in vzdrževati nekakšno bazo vseh

tovrstnih projektov, ki jih učenci izdelujejo na posameznih šolah. Vsako leto bi lahko na

ta način zbrali nekaj novih, inovativnih projektov, s katerimi bi si učenci pri izdelavi

določenega projekta pomagali. Ob tem ne gre zanemariti možnosti sodelovanja med

učenci in šolami ali morda celo kakšnega tekmovanja v inovativnih rešitvah.


91

7. Viri in literatura [1] Kocijančič, S. in drugi, Učni načrt za izbirni predmet Elektrotehnika v osnovni šoli,

Ministrstvo za šolstvo in šport, Zavod RS za šolstvo, 1999, Ljubljana

[2] Dosedla, I. in ostali, Elektrotehnika, Tehniška založba Slovenije, 1998, Ljubljana

[3] Žalar, Z., Osnove Elektrotehnike, učbenik za srednje izobraževanje, Tehniška

založba Slovenije, 1990, Ljubljana

[4] Kenda, M. in ostali, Elektrotehnika, učbenik za srednje izobraževanje, Tehniška

založba Slovenije, 1986, Ljubljana

[5] Fošnarič, S. in drugi, Tehnika in tehnologija 7, delovni zvezek z delovnim gradivom

za 7. razred devetletne osnovne šole, Izotech založba, 2004, Limbuš

[6] http://www2.arnes.si/~soppzupa/elek (obiskano 8.7.2008)

[7] Beznec, B. in drugi, Moja prva fizika 2, fizika za 8. Razred osnovne šole, Modrijan,

1998, Ljubljana

[8] Gerlič, I., Zanimiva elektrotehnika, Založba obzorja Maribor, 1995, Maribor

[9] http://eoet1.tsckr.si/material/eOet1_02_06-2.html (obiskano 8.7.2008)

[10] Kocijančič, S. in drugi, Tehnika in tehnologija za 7. razred devetletnega osnovnega

izobraževanja, Tehniška založba Slovenije, 1999, Ljubljana

[11] Parsons, A., Poskusi sam elektrika, Tehniška založba Slovenije, 1999, Ljubljana

[12] Florjančič, F. in drugi, Tehnika in delo, Tehniška založba Slovenije, 1994, Ljubljana

[13] Gerlič, I., ABC Elektrotehnike, Tehniška založba Slovenije, 1987, Ljubljana

[14] http://eoet1.evsebine.com/material/eOet1_02_07_03_02-2.html (obiskano 8.7.2008)

[15] http://www.pef.uni-lj.si/eprolab/comlab/overview/ov-elec-machines-si.htm (obiskano

8.7.2008)

[16] Fošnarič, S. in drugi, Tehnika in tehnologija 7, učbenik za 7. razred devetletne

osnovne šole, Izotech založba 2003, Limbuš

[17] http://ro.zrsss.si/~puncer/elektrika/kazalo.html (obiskano 8.7.2008)

[18] http://www.smrdelplast.com/montaze.htm (obiskano 8.7.2008)

http://www.pef.uni-lj.si/eprolab/comlab/overview/ov-elec-machines-si.htm

http://www.pef.uni-lj.si/eprolab/comlab/overview/ov-elec-machines-si.htm


92

8. Priloge Priloga 1: CD Elektrotehnika, izbirni predmet v osnovni šoli.

Naslov CD-ja je Elektrotehnika, izbirni predmet v osnovni šoli.

Na njem so zapisane sledeče mape: Fotografije_filmi, Simulacija CT ter

datoteka z diplomskim delom, imenovana Diploma.doc in Diploma.pdf.

V mapi Fotografije_filmi so fotografije vezij in filmi, ki prikazujejo

izvedbo in delovanje nalog z elektromotorjem in generatorjem.

Simulacije_CT vsebujejo narejene simulacije v programu Crocodile

Technology 3D.

Za ogled le teh potrebujemo že prej omenjeni program.

Priloga 2: Slike vezij so shranjene na CD-ju v mapi Simulacije CT.

Slika Datoteka na CD-ju

Slika 3.2 3.2 električni krog s stikalom.cxt

Slika 3.3 3.3 zaporedna in vzporedna vezava.cxt

Slika 3.5 3.5 električni krog in vezje brez stikala.cxt

Slika 3.7 3.7 vezava ampermetra.cxt

Slika 3.8 3.8-10 merjenje električnega toka.cxt



Slika 3.24 3.24 obrnjena polariteta pri žarnici.cxt

Slika 3.25 3.25 obrnjena polariteta pri motorju.cxt



Slika 3.35 3.35 vezava stikal.cxt

Slika 3.36 3.36 menjalna stikala hodnik.cxt

Slika 3.37 3.37 varovalka in hodnik.cxt

Slika 3.39 3.39-41 električno delo.cxt



Slika 3.74 3.74-76 transformator.cxt


93



elektrotehnika, izbirni predmet v osnovni Šoli

Documents