environmentální aktivity téma: slunce, zdroj energie€¦ · slunce přináší světlo a teplo,...
TRANSCRIPT
Straacutenka1
4
Environmentaacutelniacute aktivity
Teacutema Slunce zdroj energie
Slunečniacute zaacuteřeniacute představuje energetickyacute zdroj naprosteacute většiny všech procesů v atmosfeacuteře a na
zemskeacutem povrchu Vyacuteznam maacute zejmeacutena v biosfeacuteře kde je zaacutekladniacutem předpokladem koloběhu a
transformace energie
Využitiacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute a jeho jednotlivyacutech složek v přiacuterodě může byacutet dosti rozdiacutelneacute Napřiacuteklad
difuacutezniacute zaacuteřeniacute může byacutet rostlinami využito v celeacutem rozsahu přiacutemeacute a přiacuteliš intenzivniacute zaacuteřeniacute jim může
škodit
Zaacuteřeniacute kratšiacutech vlnovyacutech deacutelek i zaacuteřeniacute ultrafialoveacute maacute často destrukčniacute uacutečinky Nicmeacuteně je teacuteměř
zcela pohlcovaacuteno atmosfeacuterou v zaacutevislosti na jejiacute mocnosti množstviacute a typu v niacute obsaženyacutech čaacutestic Na
zemskyacute povrch ho pronikaacute jen malaacute čaacutest i ta některeacute formy života značně ohrožuje Rostliny se proti
nepřiacuteznivyacutem vlivům všech forem zaacuteřeniacute braacuteniacute (ochlupeniacute voskovaacute vrstva) Infračerveneacute zaacuteřeniacute
představuje tepelneacute zaacuteřeniacute objektů včetně atmosfeacutery Je důležiteacute pro udrženiacute pro život přiacutezniveacuteho
rozmeziacute teplot Většina zaacuteřivyacutech toků posleacuteze bdquodegradujeldquo na zaacuteřeniacute tepelneacute čaacutest energie je využita
fotosynteacutezou čaacutest uložena skupenskyacutemi změnami apod
Rozděleniacute spektra slunečniacuteho zaacuteřeniacute
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute (UV) vlnovaacute deacutelka 290 - 380 nm představuje podiacutel z celkoveacuteho zaacuteřeniacute (0-4 )
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti od zemskeacuteho povrchu směrem k vrchniacutem vrstvaacutem atmosfeacutery jeho intenzita
stoupaacute fotosyntetickyacute i tepelnyacute uacutečinek je nevyacuteznamnyacute naopak maacute vyacuteznamneacute uacutečinky fotodestrukčniacute
Viditelneacute zaacuteřeniacute vlnovaacute deacutelka 380 - 710 nm představuje podiacutel z celkoveacuteho zaacuteřeniacute (21-46 ) maacute
vyacuteznamnyacute uacutečinek při fotosynteacuteze
Infračerveneacute zaacuteřeniacute (saacutelaacuteniacute) ndash IR ležiacute v oboru vlnovyacutech deacutelek 710- 4 000 nm podiacutel z celkoveacuteho
zaacuteřeniacute (50 - 79 ) je vyacuteznamneacute tam kde vyzařovaacuteniacute tepla hraje důležitou roli v energetickeacute bilanci
živočichů zejmeacutena teplokrevnyacutech Jeho suma je daacutena přiacutemyacutem vstupem do atmosfeacutery se slunečniacutem
zaacuteřeniacutem a tepelnyacutem vyzařovaacuteniacutem objektů jež přijaly energii jinyacutech vlnovyacutech deacutelek Dlouhovlnneacute zaacuteřeniacute
tepelneacute zaacuteřeniacute je označeniacute pro zaacuteřeniacute s vlnovou deacutelkou nad 4 000 ndash do 100 000 nm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute bude v centru našiacute pozornosti tak tiacutem budeme zabyacutevat poněkud podrobněji
Rozlišujeme
bull Infračerveneacute zaacuteřeniacute bliacutezkeacute (07 ndash 14 microm)
bull Infračerveneacute zaacuteřeniacute středniacute (14 ndash 3 microm)
bull Infračerveneacute zaacuteřeniacute vzdaacuteleneacute ndash tepelneacute (3 microm ndash 1mm)
Poznaacutemka - pro infračerveneacute zaacuteřeniacute existujiacute dvě tzv atmosfeacuterickaacute okna
3ndash5 microm ndash a 8ndash12 microm
Stefan-Boltzmannův zaacutekon řiacutekaacute že uacutehrnnaacute intenzita vyzařovaacuteniacute z povrchu tzv černeacuteho tělesa je funkciacute
čtvrteacute mocniny jeho teploty V experimentech si řadu uacutekazů se slunečniacutem zaacuteřeniacutem potvrdiacuteme a v
aktivitaacutech vyzkoušiacuteme
Straacutenka1
4
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Planckovo kvantum
Energie předaacutevaacutena při interakci zaacuteřeniacute s laacutetkou maacute kvantovyacute charakter pro odhad a posouzeniacute
důsledků teacuteto interakce je důležiteacute znaacutet velikost tzv Planckovy konstanty kteraacute vystupuje v roli činitele
ve všech energetickyacutech procesech na uacuterovni mikrosvěta
Podle naacutevodu uacutelohy LEP 5105 Phywe bdquoUrčeniacute Planckovy konstantyldquo lze pomociacute spektraacutelniacute vyacutebojky
filtrů a fotonky zjistit popsanou metodou velikost teacuteto důležiteacute konstanty mikrosvěta
Experiment 2 Stefan-Boltzmannův zaacutekon
Podle uacutelohy LEP 3501 bdquoStefanova-Boltzmannův zaacutekon vyzařovaacuteniacuteldquo sestaviacuteme experiment Uacutehrnneacute
zaacuteřeniacute na jednotu plochy a času černeacuteho tělesa roste se čtvrtou mocninou absolutniacute teploty tělesa
Tuto skutečnost je důležiteacute si uvědomit při odhadu velikosti zaacuteřivyacutech toků mezi zemiacute a vesmiacuterem i pro
řadu zpětnyacutech vazeb na planetě
Experiment 3 Fotovoltaickyacute člaacutenek ndash sledovaacuteniacute vlivu barvy dopadajiacuteciacuteho zaacuteřeniacute na uacutečinnost konverze
Pomociacute elektronickeacute stavebnice a zdrojem světla Phywe sestaviacuteme experiment Fotovoltaickyacute (solaacuterniacute
člaacutenek) je polovodičovyacute prvek s jedniacutem p-n přechodem vytvořenyacutem v maleacute hloubce pod předniacutem
povrchem po připojeniacute na svorky člaacutenku zjistiacuteme že absorpciacute fotonů se člaacutenek staacutevaacute zdrojem tzv
fotovoltaickeacuteho napětiacute Pomociacute voltmetru a ampeacutermetru se měřiacute napětiacute a proudy pro různeacute zaacutetěže
rovněž proud do zkratu Člaacutenek je osvětlovaacuten halogenovou žaacuterovkou Do světleneacuteho svazku se
postupně vklaacutedajiacute barevneacute filtry Před člaacutenek je třeba umiacutestit tzv IR cut filtr kteryacute blokuje bliacutezkeacute
infračerveneacute zaacuteřeniacute žaacuterovky Porovnaacuteniacutem propustnosti filtrů a vyzařovaciacuteho spektra halogenoveacute
žaacuterovky lze určit přibližnyacute procentuaacutelniacute podiacutel vyzařovaneacute energie žaacuterovky prošleacute přes přiacuteslušnyacute
barevnyacute filtr
Aktivity
Aktivita 1 Světlo a teplo
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 10 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity slunečniacute zaacuteřeniacute přinaacutešiacute světlo UV a teplo
Straacutenka1
4
Postup Vybereme si zkušebniacute osobu ktereacute zavaacutežeme oči Nechaacuteme ji aby nataacutehla dlaň ruky do
polohy ve ktereacute na ni bude dopadat slunečniacute světlo Zkušebniacute osobu nechaacuteme vyčkaacutevat a řekneme ji
aby řiacutekala co vniacutemaacute Mezitiacutem budeme listem alobalu zakryacutevat slunečniacute světlo dopadajiacuteciacute na dlaň
Pozorovaacuteniacute testovanaacute osoba uciacutetiacute teplo na dlani
Vyhodnoceniacute Na dlani ciacutetiacuteme teplo pouze v miacutestech dopadu slunečniacuteho světla Vidiacuteme že světlo
dopadajiacuteciacute na naši dlaň nějak souvisiacute s přenosem energie Světlo dopadajiacuteciacute na povrch dlaně sebou
jednak přinaacutešiacute zaacuteřeniacute ktereacute nevidiacuteme ale ciacutetiacuteme a pak se zčaacutesti i ta složka zaacuteřeniacute kterou
vidiacuteme přeměňuje v teplo a tak ohřiacutevaacute ruku
Aktivita 2 Intenzita slunečniacuteho zaacuteřeniacute
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 10 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele a uacutevod aktivity objasnit vliv sklonu plochy na množstviacute zachyceneacuteho zaacuteřeniacute
Slunce přinaacutešiacute světlo a teplo poloha slunce na obloze se v průběhu roku měniacute V leacutetě je v poledne
vysoko na obloze zatiacutemco v zimě je v poledne niacutezko Intenzita přiacutemeacuteho slunečniacuteho zaacuteřeniacute je největšiacute
při dopadu na plochu kolmou k paprskům Na uacutehlu dopadu slunečniacutech paprsků zaacutevisiacute rozloženiacute
klimatickyacutech paacutesem a střiacutedaacuteniacute ročniacutech obdobiacute
Pomůcky pastelky papiacuter
Postup Na čistyacute papiacuter budeme kreslit několika (asi deseti) pastelkami společně ve svazku Nejprve
zvoliacuteme kolmyacute směr na naacutesledujiacuteciacute papiacuter zvoliacuteme šikmyacute směr pastelek (uacutehel 45deg)
Pozorovaacuteniacute při kolmeacutem drženiacute pastelek bude naacutemi vytvořenaacute kresba zabiacuterat na papiacuteře menšiacute plochu
Při šikmeacutem směru drženiacute stejneacuteho počtu pastelek bude kreslenaacute plocha většiacute
Vyhodnoceniacute Analogie pro solaacuterniacute kolektory Pastelky naacutem představujiacute celeacute spektrum dopadajiacuteciacuteho
slunečniacuteho světla Pokud bude světlo dopadat kolmo na solaacuterniacute kolektor stačiacute naacutem pro zachyceniacute
teacutehož množstviacute energie menšiacute plocha Proto se solaacuterniacute kolektory montujiacute pod určityacutem uacutehlem kteryacute je v
daneacute zeměpisneacute šiacuteřce optimaacutelniacute Ideaacutelniacute by bylo kdyby se uacutehel kolektorů mohl průběžně měnit
Aktivita 3 Barva solaacuterniacuteho ohřiacutevače vody
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 40 minut
Ciacutele aktivity objasnit vliv barvy sběrneacute plochy na množstviacute zachyceneacuteho zaacuteřeniacute objasňuje se možnost
slunečniacuteho světla vytaacutepět
Straacutenka1
4
Pomůcky přiacutepojka pro upevněniacute trubic ke kohoutu odměrnaacute naacutedoba teploměr 2 kusy barevnyacutech
trubic (zahradniacute hadice) asi 1-2m zaacutetky teploměr pokud neniacute slunečniacute světlo niacute k dispozici užijte
100W žaacuterovku nebo infračervenou lampu
Pohlcovaacuteniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute zaacutevisiacute na barvě sběrneacute plochy černaacute barva je pro absorbeacuter ideaacutelniacute
Jineacute barvy sběrneacute plochy světlo pohlcujiacute jen čaacutestečně a čaacutestečně odraacutežejiacute
Postup
1 připojte černou trubku ke kohoutku a naplňte ji vodou Nechte na ni působit světlo jednu
minutu dvě minuty a pět minut Po každeacutem intervalu vodu vypusťte do kaacutedinky a změřte jejiacute teplotu
2 opakujte pokus s trubkou jineacute barvy
3 uspořaacutedejte pozorovaneacute hodnoty do grafu zaacutevislosti teploty a času
4 diskutujte nad vyacutesledky ziacuteskaneacuteho grafu
Vyhodnoceniacute
Uvědomte si jakou teplotu vyžadujete pro ohřaacutetiacute vody aby se dala použiacutet k osprchovaacuteniacute
Jak dlouho by to u každeacute trubky trvalo
Jakou deacutelku trubky byste si museli koupit kdybyste potřebovali 20 litrů vody k osprchovaacuteniacute
Jak dlouho byste na ohřaacutetiacute museli čekat
Aktivita 4 Vařeniacute se slunečniacute energiiacute
Na mnoha miacutestech světa se použiacutevajiacute sporaacuteky spotřebovaacutevajiacuteciacute elektrickou energii dřevo lehkyacute topnyacute
olej nebo jinaacute vzaacutecnaacute paliva V krajině se suchomilnou vegetaciacute je velkyacute nedostatek paliv ale zato je k
dispozici velkyacute objem slunečniacute energie Proto lideacute žijiacuteciacute v teacuteto oblasti využiacutevajiacute
slunečniacute energii k vařeniacute protože to je levnyacute a uacutečinnyacute způsob jak vyřešit tuto lidskou potřebu
Pomociacute vhodneacuteho solaacuterniacuteho vařiče můžete ohřaacutet litr vody na teplotu varu za jednu hodinu
Ciacutele Porozumět jak mohou alternativniacute technologie zlepšit životniacute styl lidiacute bez toho že by bylo nutneacute
ohrozit životniacute prostřediacute manuaacutelniacute praacutece při vytvaacuteřeniacute užitečneacuteho naacutestroje
Materiaacutely kartoacutenovaacute krabice hliniacutekovaacute foacutelie (může to byacutet kuchyňskyacute alobal) skleněnaacute tabule nebo
deska čireacuteho polykarbonaacutetu struna samolepiciacute paacuteska teploměr
Pomůcky teploměry miska vařič lze zhotovit z dostupnyacutech materiaacutelů (krabice alobal sklo) lze jej
takeacute zakoupit
Postup
1 Opatřete si kartoacutenovou krabici o rozměrech asi 30x30x30 cm
2 Vystelte vnitřek krabice hliniacutekovou foacuteliiacute
4 Na viacuteko upevněte zevnitř dalšiacute kus foacutelie nebo zrcadlo
5 Upevněte paacuteskou viacuteko tak abyste je mohli sklopit do různyacutech poloh
6 Položte čireacute sklopolykarbonaacutetovou desku na otevřenou krabici a vařič umiacutestěte na slunce
7 Naklopte viacuteko tak aby se co nejviacutece slunečniacuteho zaacuteřeniacute odraacuteželo do vařiče
Straacutenka1
4
8 Vložte dovnitř vařiče teploměry tmavou misku s vodou a sledujte stoupaacuteniacute teploty vzduchu
uvnitř a vody v misce
Vyhodnoceniacute
Jak vysoko teplota stoupne za 5 10 15 minut Jak lze zvyacutešit uacutečinnost vařiče Projednejte jak byste
mohli zkraacutetit čas na přiacutepravu horkeacute vody Kolik stojiacute vyacuteroba takoveacuteho solaacuterniacuteho vařiče Kolik by staacutelo
kdybyste museli vařit jiacutedlo pro celou rodinu a použiacutet k tomu dřevo
Aktivita 5 Jak ochladit planetu hellip Albedo
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 40 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity zaveacutest pojem albedo měřeniacute odrazivosti povrchu
Teplota na povrchu našiacute planety je vyacutesledniciacute procesů ktereacute vyrovnaacutevajiacute bilanci mezi energiikterou
Země dostaacutevaacute od Slunce a energii kterou sama planeta vyzařuje zpět do kosmu
Albedo planety je naacutezev pro poměr mezi slunečniacutem zaacuteřeniacutem odraženyacutem planetou a slunečniacutem
zaacuteřeniacutem vstupujiacuteciacutem shora do atmosfeacutery Albedo povrchu sloužiacute jako miacutera odrazivosti (pro všechny
spektraacutelniacute složky) zaacuteřeniacute od povrchu obvykle se vyjadřuje procentuaacutelně od 0 do 100 čiacutem většiacute
albedo - odrazivost danyacute povrch maacute tiacutem meacuteně slunečniacute energie přijiacutemaacute tiacutem meacuteně se prohřiacutevaacute Na
zaacutekladě měřeniacute pomociacute satelitů a sond je průměrneacute albedo Země na 30 Množstviacute absorbovaneacuteho
zaacuteřeniacute ovlivňuje lokaacutelniacute podmiacutenky miacutest Nepřirozenyacutemi hodnotami albeda se vyznačujiacute městskeacute
oblastiprotože budovy absorbujiacute zaacuteřeniacute obvykle viacutece než přiacuterodniacute krajina města miacutevajiacute albedo kolem
8-12
Albeda sněhu mohou byacutet 90 pro čerstvyacute hlubokyacute sniacuteh Pokud sniacuteh začne taacutet vodniacute povrch je tmavaacute
tiacutem se vyacuterazně se sniacutežiacute albedo ndash voda 8 což vede k dalšiacutemu taacuteniacute ( kladnaacute zpětnaacute vazba albeda
ledu) Teplotniacute vlivy albeda jsou znaacutemeacute v chladnyacutech oblastech jelikož zde padaacute viacutece sněhu ve
skutečnosti jsou mnohem tyto uacutečinky silnějšiacute v tropickyacutech oblastech protože v tropech je celkově viacutece
slunečniacuteho světla Když brazilštiacute farmaacuteři pokaacutecejiacute tmavyacute tropickyacute deštnyacute prales a nahradiacute jej tmavšiacutemi
poli na nichž pěstujiacute plodiny průměrnaacute ročniacute teplota oblasti stoupne v průměru o 2 až 3degC
Různeacute typy oblak majiacute různaacute albeda - mezi 1 (tmavaacute oblaka) až 70 (biacutelaacute oblaka) Uvaacutediacute se že
očekaacutevanyacute naacuterůst teploty způsobenyacute zvětšeniacutem skleniacutekoveacuteho efektu by se dal kompenzovat
zastiacuteněniacutem biacutelyacutemi oblaky
Pomůcky
luxmetr fotometr teploměry různobarevneacute rovinneacute vzorky
Ukaacutezky hodnot albeda asfalt 004 jehličnatyacute les 010 listnateacute stromy 016 půda 017 piacutesek 040
beton 055 ledovec 065 sniacuteh 080 lesklaacute kovovaacute plocha 099
Straacutenka1
4
Postup
Vezměte si luxmetr držte přiacutestroj ve vyacutešce asi 20 cm kolmo nad povrchem vybranyacutech rovinnyacutech ploch
nestiňte se zapisujte hodnoty odraženeacuteho zaacuteřeniacute a hodnoty dopadajiacuteciacuteho zaacuteřeniacute z podiacutelu určete
velikost albeda
Hodiacute se např tmavyacute a biacutelyacute ručniacutek
Pokud maacutete možnost vyjiacutet ven pak je naacutezorneacute vziacutet si dva bdquostejně vychlazeneacuteldquo ručniacuteky rozprostřiacutet je
vedle sebe a pod ně vložit teploměry Po 5 minutaacutech na plneacutem slunci bude patrnyacute rozdiacutel v uacutedajiacutech
teploměrů
Diskuse vliv biacutelyacutech střech zatravněnyacutech ploch lesů daacutelnic barvy automobilů apod
Aktivita 6 Slunečniacute kolektor a stratifikace vody v zaacutesobniacuteku
Použiteacute metody a formy montaacutež přiacutepadně jen demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 45 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutel mezi chovaacuteniacutem tepleacute a studeneacute vody ukaacutezat že aplikace
jednoducheacuteho fyzikaacutelniacuteho principu vyacuteznamně ovlivniacute komfort odběru tepleacute vody
Pomůcky malyacute sveacutepomocně udělanyacute solaacuterniacute kolektor naacutedoba na ohřaacutetou vodu trychtyacuteř T-spojky
průchodky těsněniacute hadičky lze takeacute zakoupit jako stavebnici
Postup Sestaviacuteme aparaturu solaacuterniacuteho kolektoru podobně jako na obraacutezku Snažiacuteme se zbavit
vzduchovyacutech bublin a tak vyacuteška ve ktereacute trychtyacuteř udržujeme je nad horniacutem okrajem sběrneacute naacutedoby
(zaacutesobniacutečku tepleacute vody) Důležiteacute je takeacute vhodneacute umiacutestěniacute trubičky k přiacutevodniacute hadičce (3) do
zaacutesobniacuteku Systeacutem solaacuterniacuteho ohřevu se doplňuje zaacutesobniacutekem kteryacute sloužiacute v uklaacutedaacuteniacute přebytečneacute
energie teplaacute voda je pak k dispozici i když nesviacutetiacute slunce
Způsob užitiacute
Přiacutevodniacute trubička do sběrneacute naacutedoby (zaacutesobniacutečku) sloužiacute k tomu aby zajistila dodaacuteniacute ohřaacuteteacute vody do
vrchniacute čaacutesti naacutedoby Pokud bychom přivaacuteděli vodu ke dnu naacutedoby ohřaacutetaacute voda by stoupala (ohřaacutetaacute
voda maacute menšiacute hustotu než voda chladnaacute) a způsobila by promiacutechaacutevaacuteniacute vody Chceme aby se voda
ohřiacutevala od vrchu naacutedoby a tak byla praacutevě ta nejteplejšiacute vždy nachystanaacute pro odběr hadiciacute
Rozdiacutel mezi vrstevnatyacutem (stratifikovanyacutem) a promiacutechanyacutem zaacutesobniacutekem z hlediska využitelneacute energie
je patrnyacute dotekem
Vyacutesledkem je samočinneacute rozvrstveniacute zaacutesobniacuteku kde v horniacute čaacutesti je teplota vyššiacute než ve spodniacute čaacutesti
Stratifikačniacute zaacutesobniacuteky umožňujiacute dodaacutevat teplo o požadovaneacute teplotě do okruhu spotřeby již během
naacuteběhu což zvyšuje pokrytiacute potřeby tepla solaacuterniacute soustavou Naviacutec spodniacute čaacutest zaacutesobniacuteku zůstaacutevaacute
Straacutenka1
4
chladnaacute až do uacuteplneacuteho nabitiacute zaacutesobniacuteku na vstupu do solaacuterniacutech kolektorů se udržuje během nabiacutejeniacute
zaacutesobniacuteku niacutezkaacute teplota což zaručuje vysokou uacutečinnost
Vyhodnoceniacute
Zkuste zakreslit jednoducheacute scheacutema přiacutetoku vody do zaacutesobniacuteku
z kolektoru v přiacutepadě kdy slunce sviacutetiacute silně a kdy je zataženo
Aktivita 7 Zaacuteřeniacute ze slunce lze soustředit do maleacute plochy
Použiteacute metody pokusy přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si princip koncentrace zaacuteřeniacute
Pomůcky teploměr vosk odraznaacute foacutelie nebo kuloveacute zrcadlo spojnaacute čočka
Zaacuteřeniacute lze čočkami a zrcadly soustředit do velmi maleacute plochy a tiacutem ziacuteskat uacutečinnyacute zdroj tepla
Spojitaacute čočka s ohniskovou vzdaacutelenostiacute 25 cm shromažďuje veškereacute zaacuteřeniacute ktereacute svou plochou
zachytiacute do jedineacuteho miacutesta Maacute-li napřiacuteklad použitaacute čočka povrch 300mm^2 zachytaacutevaacute na zaostřenou
plochu 1mm^2 300-kraacutet viacutece energie Odhadem lze řiacuteci že v maleacute ploše v ohnisku je tolikraacutet viacutece
energie kolikraacutet je většiacute plocha koncentraacutetoru
Postup Nechte teploměr přiacutemo na slunci (světle žaacuterovky) nyniacute umiacutestěte čidlo teploměru do ohniska
zrcaacutetka vytvořeneacuteho prohnutiacutem odrazneacute foacutelie toteacutež opakujte (po ochlazeniacute teploměru) se spojnou
optickou čočkou Podobneacute chovaacuteniacute lze pozorovat s několika stejně velkyacutemi kousky vosku
Vyhodnoceniacute
Koncentraacutetor zvyšuje v ohnisku teplotu ačkoliv se celkovyacute přiacutesun energie nezvyacutešil je uacutečinek
lokalizovaacuten což vede ke zvyacutešeniacute teploty v daneacutem miacutestě Uacutečinek zaacutevisiacute na velikosti povrchu
koncentraacutetoru a jeho odrazivosti (propustnosti u čoček)
Zkuste přemyacutešlet proč praacutevě parabolickaacute zrcadla patřiacute mezi nejpoužiacutevanějšiacute koncentraacutetory
Aktivita 8 Vliv salinity na hustotu vody a viskozitu vody
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky miacutestnost
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutely mezi slanou a sladkou vodou miacutet představu o salinitě různyacutech vod
Straacutenka1
4
Pomůcky naacutedoby zkumavky sůl kapaacutetko barviva odměrnyacute vaacutelec lžička voda
Salinita označuje koncentraci mineraacutelniacutech laacutetek ve vodě obvykle v mořiacutech oceaacutenech a ve velkyacutech
jezerech (např Kaspickeacute moře) Největšiacute podiacutel mezi laacutetkami rozpuštěnyacutemi ve vodě maacute obvykle chlorid
sodnyacute ndash sůl kamennaacute Je-li salinita mořskeacute vody 36 znamenaacute to že v každeacutem litru je rozpuštěno
36 gramů soli To je 220x viacutece nežli u sladkyacutech vod na pevnině
Hustota vody zaacutevisiacute předevšiacutem na jejiacute teplotě a salinitě Pokles teploty nebo růst salinity vede zaacuteroveň
ke zvyšovaacuteniacute hustoty vody (s vyacutejimkou oblasti anomaacutelie vody) Procesy ktereacute způsobujiacute změny v
hustotě mořskeacute vody vedou k tomu že danaacute voda buď vystupuje k povrchu nebo klesaacute což
představuje hnaciacute popud pro cirkulaci mezi hladinou a hloubkou
Postup
1 Připravte vodneacute roztoky chloridu sodneacuteho 36 a 15
2 Označte zkumavky sladkaacute mořskaacute a superslanaacute voda
3 Přidejte trošku modreacuteho barviva do zkumavky se sladkou vodou žluteacuteho do oceaacutenu a červeneacuteho do
zkumavky superslanaacute
4 Naplňte zkumavky přiacuteslušnyacutemi roztoky a promiacutechejte
5 Do odměrneacuteho vaacutelce odlijte trochu nejslanějšiacuteho roztoku
6 Oplaacutechněte kapaacutetko
7 Naplňte Odměrnyacute vaacutelec dalšiacutem roztokem tentokraacutet opatrně aby nedochaacutezelo k promiacutechaacutevaacuteniacute s
předchoziacutem
8 Nakonec přidejte sladkou vodu Opět velmi opatrně aby se zabraacutenilo smiacutechaacuteniacute
Vyhodnoceniacute V experimentu vidiacuteme že roztoky majiacute různeacute hustoty podle koncentrace soli Je
zajiacutemaveacute si všimnout že objem vody se soliacute a vody bez soli se lišiacute jen nepatrně
Rozšiřujiacuteciacute uacutekol
Uacutevodniacute informace teorie tzv solaacuterniacuteho jeziacuterka v roli akumulaacutetoru
Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute zaacuteřeniacute pronikaacute vodou jen
do malyacutech hloubek Nejvyššiacute teplotu miacutevaacute vrstva vody těsně u hladiny směrem do hloubky teplota
klesaacute Voda o vyššiacute teplotě maacute menšiacute hustotu a za normaacutelniacutech okolnostiacute stoupaacute v objemu vzhůru
cestou se ochlazuje a chladnaacute se vraciacute dolů Toto prouděniacute-konvekce vyrovnaacutevaacute teplotu v objemu
vody Šikovnyacutem uspořaacutedaacuteniacutem lze dosaacutehnout toho že teplota vody u dna bude viacutece než 70degC
Slunečniacute slaneacute jeziacuterko je plytkaacute vodniacute naacutedrž jejiacutež tmaveacute dno vytvaacuteřiacute rovinnyacute kolektor využiacutevajiacuteciacute
absorpci slunečniacuteho zaacuteřeniacute Ve tomto jeziacuterku je prouděniacute vody hnaneacute teplotniacutem rozdiacutelem ve středniacute
vrstvě potlačeno vhodnyacutem spaacutedem hustoty vody přidaacuteniacutem soli Ve spodniacute vrstvě vody je koncentrace
soli ještě většiacute a tak tento bdquoslanyacute roztokldquo zůstaacutevaacute u dna přestože jeho teplota převyšuje teplotu vrstev
nad niacute
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Planckovo kvantum
Energie předaacutevaacutena při interakci zaacuteřeniacute s laacutetkou maacute kvantovyacute charakter pro odhad a posouzeniacute
důsledků teacuteto interakce je důležiteacute znaacutet velikost tzv Planckovy konstanty kteraacute vystupuje v roli činitele
ve všech energetickyacutech procesech na uacuterovni mikrosvěta
Podle naacutevodu uacutelohy LEP 5105 Phywe bdquoUrčeniacute Planckovy konstantyldquo lze pomociacute spektraacutelniacute vyacutebojky
filtrů a fotonky zjistit popsanou metodou velikost teacuteto důležiteacute konstanty mikrosvěta
Experiment 2 Stefan-Boltzmannův zaacutekon
Podle uacutelohy LEP 3501 bdquoStefanova-Boltzmannův zaacutekon vyzařovaacuteniacuteldquo sestaviacuteme experiment Uacutehrnneacute
zaacuteřeniacute na jednotu plochy a času černeacuteho tělesa roste se čtvrtou mocninou absolutniacute teploty tělesa
Tuto skutečnost je důležiteacute si uvědomit při odhadu velikosti zaacuteřivyacutech toků mezi zemiacute a vesmiacuterem i pro
řadu zpětnyacutech vazeb na planetě
Experiment 3 Fotovoltaickyacute člaacutenek ndash sledovaacuteniacute vlivu barvy dopadajiacuteciacuteho zaacuteřeniacute na uacutečinnost konverze
Pomociacute elektronickeacute stavebnice a zdrojem světla Phywe sestaviacuteme experiment Fotovoltaickyacute (solaacuterniacute
člaacutenek) je polovodičovyacute prvek s jedniacutem p-n přechodem vytvořenyacutem v maleacute hloubce pod předniacutem
povrchem po připojeniacute na svorky člaacutenku zjistiacuteme že absorpciacute fotonů se člaacutenek staacutevaacute zdrojem tzv
fotovoltaickeacuteho napětiacute Pomociacute voltmetru a ampeacutermetru se měřiacute napětiacute a proudy pro různeacute zaacutetěže
rovněž proud do zkratu Člaacutenek je osvětlovaacuten halogenovou žaacuterovkou Do světleneacuteho svazku se
postupně vklaacutedajiacute barevneacute filtry Před člaacutenek je třeba umiacutestit tzv IR cut filtr kteryacute blokuje bliacutezkeacute
infračerveneacute zaacuteřeniacute žaacuterovky Porovnaacuteniacutem propustnosti filtrů a vyzařovaciacuteho spektra halogenoveacute
žaacuterovky lze určit přibližnyacute procentuaacutelniacute podiacutel vyzařovaneacute energie žaacuterovky prošleacute přes přiacuteslušnyacute
barevnyacute filtr
Aktivity
Aktivita 1 Světlo a teplo
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 10 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity slunečniacute zaacuteřeniacute přinaacutešiacute světlo UV a teplo
Straacutenka1
4
Postup Vybereme si zkušebniacute osobu ktereacute zavaacutežeme oči Nechaacuteme ji aby nataacutehla dlaň ruky do
polohy ve ktereacute na ni bude dopadat slunečniacute světlo Zkušebniacute osobu nechaacuteme vyčkaacutevat a řekneme ji
aby řiacutekala co vniacutemaacute Mezitiacutem budeme listem alobalu zakryacutevat slunečniacute světlo dopadajiacuteciacute na dlaň
Pozorovaacuteniacute testovanaacute osoba uciacutetiacute teplo na dlani
Vyhodnoceniacute Na dlani ciacutetiacuteme teplo pouze v miacutestech dopadu slunečniacuteho světla Vidiacuteme že světlo
dopadajiacuteciacute na naši dlaň nějak souvisiacute s přenosem energie Světlo dopadajiacuteciacute na povrch dlaně sebou
jednak přinaacutešiacute zaacuteřeniacute ktereacute nevidiacuteme ale ciacutetiacuteme a pak se zčaacutesti i ta složka zaacuteřeniacute kterou
vidiacuteme přeměňuje v teplo a tak ohřiacutevaacute ruku
Aktivita 2 Intenzita slunečniacuteho zaacuteřeniacute
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 10 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele a uacutevod aktivity objasnit vliv sklonu plochy na množstviacute zachyceneacuteho zaacuteřeniacute
Slunce přinaacutešiacute světlo a teplo poloha slunce na obloze se v průběhu roku měniacute V leacutetě je v poledne
vysoko na obloze zatiacutemco v zimě je v poledne niacutezko Intenzita přiacutemeacuteho slunečniacuteho zaacuteřeniacute je největšiacute
při dopadu na plochu kolmou k paprskům Na uacutehlu dopadu slunečniacutech paprsků zaacutevisiacute rozloženiacute
klimatickyacutech paacutesem a střiacutedaacuteniacute ročniacutech obdobiacute
Pomůcky pastelky papiacuter
Postup Na čistyacute papiacuter budeme kreslit několika (asi deseti) pastelkami společně ve svazku Nejprve
zvoliacuteme kolmyacute směr na naacutesledujiacuteciacute papiacuter zvoliacuteme šikmyacute směr pastelek (uacutehel 45deg)
Pozorovaacuteniacute při kolmeacutem drženiacute pastelek bude naacutemi vytvořenaacute kresba zabiacuterat na papiacuteře menšiacute plochu
Při šikmeacutem směru drženiacute stejneacuteho počtu pastelek bude kreslenaacute plocha většiacute
Vyhodnoceniacute Analogie pro solaacuterniacute kolektory Pastelky naacutem představujiacute celeacute spektrum dopadajiacuteciacuteho
slunečniacuteho světla Pokud bude světlo dopadat kolmo na solaacuterniacute kolektor stačiacute naacutem pro zachyceniacute
teacutehož množstviacute energie menšiacute plocha Proto se solaacuterniacute kolektory montujiacute pod určityacutem uacutehlem kteryacute je v
daneacute zeměpisneacute šiacuteřce optimaacutelniacute Ideaacutelniacute by bylo kdyby se uacutehel kolektorů mohl průběžně měnit
Aktivita 3 Barva solaacuterniacuteho ohřiacutevače vody
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 40 minut
Ciacutele aktivity objasnit vliv barvy sběrneacute plochy na množstviacute zachyceneacuteho zaacuteřeniacute objasňuje se možnost
slunečniacuteho světla vytaacutepět
Straacutenka1
4
Pomůcky přiacutepojka pro upevněniacute trubic ke kohoutu odměrnaacute naacutedoba teploměr 2 kusy barevnyacutech
trubic (zahradniacute hadice) asi 1-2m zaacutetky teploměr pokud neniacute slunečniacute světlo niacute k dispozici užijte
100W žaacuterovku nebo infračervenou lampu
Pohlcovaacuteniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute zaacutevisiacute na barvě sběrneacute plochy černaacute barva je pro absorbeacuter ideaacutelniacute
Jineacute barvy sběrneacute plochy světlo pohlcujiacute jen čaacutestečně a čaacutestečně odraacutežejiacute
Postup
1 připojte černou trubku ke kohoutku a naplňte ji vodou Nechte na ni působit světlo jednu
minutu dvě minuty a pět minut Po každeacutem intervalu vodu vypusťte do kaacutedinky a změřte jejiacute teplotu
2 opakujte pokus s trubkou jineacute barvy
3 uspořaacutedejte pozorovaneacute hodnoty do grafu zaacutevislosti teploty a času
4 diskutujte nad vyacutesledky ziacuteskaneacuteho grafu
Vyhodnoceniacute
Uvědomte si jakou teplotu vyžadujete pro ohřaacutetiacute vody aby se dala použiacutet k osprchovaacuteniacute
Jak dlouho by to u každeacute trubky trvalo
Jakou deacutelku trubky byste si museli koupit kdybyste potřebovali 20 litrů vody k osprchovaacuteniacute
Jak dlouho byste na ohřaacutetiacute museli čekat
Aktivita 4 Vařeniacute se slunečniacute energiiacute
Na mnoha miacutestech světa se použiacutevajiacute sporaacuteky spotřebovaacutevajiacuteciacute elektrickou energii dřevo lehkyacute topnyacute
olej nebo jinaacute vzaacutecnaacute paliva V krajině se suchomilnou vegetaciacute je velkyacute nedostatek paliv ale zato je k
dispozici velkyacute objem slunečniacute energie Proto lideacute žijiacuteciacute v teacuteto oblasti využiacutevajiacute
slunečniacute energii k vařeniacute protože to je levnyacute a uacutečinnyacute způsob jak vyřešit tuto lidskou potřebu
Pomociacute vhodneacuteho solaacuterniacuteho vařiče můžete ohřaacutet litr vody na teplotu varu za jednu hodinu
Ciacutele Porozumět jak mohou alternativniacute technologie zlepšit životniacute styl lidiacute bez toho že by bylo nutneacute
ohrozit životniacute prostřediacute manuaacutelniacute praacutece při vytvaacuteřeniacute užitečneacuteho naacutestroje
Materiaacutely kartoacutenovaacute krabice hliniacutekovaacute foacutelie (může to byacutet kuchyňskyacute alobal) skleněnaacute tabule nebo
deska čireacuteho polykarbonaacutetu struna samolepiciacute paacuteska teploměr
Pomůcky teploměry miska vařič lze zhotovit z dostupnyacutech materiaacutelů (krabice alobal sklo) lze jej
takeacute zakoupit
Postup
1 Opatřete si kartoacutenovou krabici o rozměrech asi 30x30x30 cm
2 Vystelte vnitřek krabice hliniacutekovou foacuteliiacute
4 Na viacuteko upevněte zevnitř dalšiacute kus foacutelie nebo zrcadlo
5 Upevněte paacuteskou viacuteko tak abyste je mohli sklopit do různyacutech poloh
6 Položte čireacute sklopolykarbonaacutetovou desku na otevřenou krabici a vařič umiacutestěte na slunce
7 Naklopte viacuteko tak aby se co nejviacutece slunečniacuteho zaacuteřeniacute odraacuteželo do vařiče
Straacutenka1
4
8 Vložte dovnitř vařiče teploměry tmavou misku s vodou a sledujte stoupaacuteniacute teploty vzduchu
uvnitř a vody v misce
Vyhodnoceniacute
Jak vysoko teplota stoupne za 5 10 15 minut Jak lze zvyacutešit uacutečinnost vařiče Projednejte jak byste
mohli zkraacutetit čas na přiacutepravu horkeacute vody Kolik stojiacute vyacuteroba takoveacuteho solaacuterniacuteho vařiče Kolik by staacutelo
kdybyste museli vařit jiacutedlo pro celou rodinu a použiacutet k tomu dřevo
Aktivita 5 Jak ochladit planetu hellip Albedo
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 40 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity zaveacutest pojem albedo měřeniacute odrazivosti povrchu
Teplota na povrchu našiacute planety je vyacutesledniciacute procesů ktereacute vyrovnaacutevajiacute bilanci mezi energiikterou
Země dostaacutevaacute od Slunce a energii kterou sama planeta vyzařuje zpět do kosmu
Albedo planety je naacutezev pro poměr mezi slunečniacutem zaacuteřeniacutem odraženyacutem planetou a slunečniacutem
zaacuteřeniacutem vstupujiacuteciacutem shora do atmosfeacutery Albedo povrchu sloužiacute jako miacutera odrazivosti (pro všechny
spektraacutelniacute složky) zaacuteřeniacute od povrchu obvykle se vyjadřuje procentuaacutelně od 0 do 100 čiacutem většiacute
albedo - odrazivost danyacute povrch maacute tiacutem meacuteně slunečniacute energie přijiacutemaacute tiacutem meacuteně se prohřiacutevaacute Na
zaacutekladě měřeniacute pomociacute satelitů a sond je průměrneacute albedo Země na 30 Množstviacute absorbovaneacuteho
zaacuteřeniacute ovlivňuje lokaacutelniacute podmiacutenky miacutest Nepřirozenyacutemi hodnotami albeda se vyznačujiacute městskeacute
oblastiprotože budovy absorbujiacute zaacuteřeniacute obvykle viacutece než přiacuterodniacute krajina města miacutevajiacute albedo kolem
8-12
Albeda sněhu mohou byacutet 90 pro čerstvyacute hlubokyacute sniacuteh Pokud sniacuteh začne taacutet vodniacute povrch je tmavaacute
tiacutem se vyacuterazně se sniacutežiacute albedo ndash voda 8 což vede k dalšiacutemu taacuteniacute ( kladnaacute zpětnaacute vazba albeda
ledu) Teplotniacute vlivy albeda jsou znaacutemeacute v chladnyacutech oblastech jelikož zde padaacute viacutece sněhu ve
skutečnosti jsou mnohem tyto uacutečinky silnějšiacute v tropickyacutech oblastech protože v tropech je celkově viacutece
slunečniacuteho světla Když brazilštiacute farmaacuteři pokaacutecejiacute tmavyacute tropickyacute deštnyacute prales a nahradiacute jej tmavšiacutemi
poli na nichž pěstujiacute plodiny průměrnaacute ročniacute teplota oblasti stoupne v průměru o 2 až 3degC
Různeacute typy oblak majiacute různaacute albeda - mezi 1 (tmavaacute oblaka) až 70 (biacutelaacute oblaka) Uvaacutediacute se že
očekaacutevanyacute naacuterůst teploty způsobenyacute zvětšeniacutem skleniacutekoveacuteho efektu by se dal kompenzovat
zastiacuteněniacutem biacutelyacutemi oblaky
Pomůcky
luxmetr fotometr teploměry různobarevneacute rovinneacute vzorky
Ukaacutezky hodnot albeda asfalt 004 jehličnatyacute les 010 listnateacute stromy 016 půda 017 piacutesek 040
beton 055 ledovec 065 sniacuteh 080 lesklaacute kovovaacute plocha 099
Straacutenka1
4
Postup
Vezměte si luxmetr držte přiacutestroj ve vyacutešce asi 20 cm kolmo nad povrchem vybranyacutech rovinnyacutech ploch
nestiňte se zapisujte hodnoty odraženeacuteho zaacuteřeniacute a hodnoty dopadajiacuteciacuteho zaacuteřeniacute z podiacutelu určete
velikost albeda
Hodiacute se např tmavyacute a biacutelyacute ručniacutek
Pokud maacutete možnost vyjiacutet ven pak je naacutezorneacute vziacutet si dva bdquostejně vychlazeneacuteldquo ručniacuteky rozprostřiacutet je
vedle sebe a pod ně vložit teploměry Po 5 minutaacutech na plneacutem slunci bude patrnyacute rozdiacutel v uacutedajiacutech
teploměrů
Diskuse vliv biacutelyacutech střech zatravněnyacutech ploch lesů daacutelnic barvy automobilů apod
Aktivita 6 Slunečniacute kolektor a stratifikace vody v zaacutesobniacuteku
Použiteacute metody a formy montaacutež přiacutepadně jen demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 45 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutel mezi chovaacuteniacutem tepleacute a studeneacute vody ukaacutezat že aplikace
jednoducheacuteho fyzikaacutelniacuteho principu vyacuteznamně ovlivniacute komfort odběru tepleacute vody
Pomůcky malyacute sveacutepomocně udělanyacute solaacuterniacute kolektor naacutedoba na ohřaacutetou vodu trychtyacuteř T-spojky
průchodky těsněniacute hadičky lze takeacute zakoupit jako stavebnici
Postup Sestaviacuteme aparaturu solaacuterniacuteho kolektoru podobně jako na obraacutezku Snažiacuteme se zbavit
vzduchovyacutech bublin a tak vyacuteška ve ktereacute trychtyacuteř udržujeme je nad horniacutem okrajem sběrneacute naacutedoby
(zaacutesobniacutečku tepleacute vody) Důležiteacute je takeacute vhodneacute umiacutestěniacute trubičky k přiacutevodniacute hadičce (3) do
zaacutesobniacuteku Systeacutem solaacuterniacuteho ohřevu se doplňuje zaacutesobniacutekem kteryacute sloužiacute v uklaacutedaacuteniacute přebytečneacute
energie teplaacute voda je pak k dispozici i když nesviacutetiacute slunce
Způsob užitiacute
Přiacutevodniacute trubička do sběrneacute naacutedoby (zaacutesobniacutečku) sloužiacute k tomu aby zajistila dodaacuteniacute ohřaacuteteacute vody do
vrchniacute čaacutesti naacutedoby Pokud bychom přivaacuteděli vodu ke dnu naacutedoby ohřaacutetaacute voda by stoupala (ohřaacutetaacute
voda maacute menšiacute hustotu než voda chladnaacute) a způsobila by promiacutechaacutevaacuteniacute vody Chceme aby se voda
ohřiacutevala od vrchu naacutedoby a tak byla praacutevě ta nejteplejšiacute vždy nachystanaacute pro odběr hadiciacute
Rozdiacutel mezi vrstevnatyacutem (stratifikovanyacutem) a promiacutechanyacutem zaacutesobniacutekem z hlediska využitelneacute energie
je patrnyacute dotekem
Vyacutesledkem je samočinneacute rozvrstveniacute zaacutesobniacuteku kde v horniacute čaacutesti je teplota vyššiacute než ve spodniacute čaacutesti
Stratifikačniacute zaacutesobniacuteky umožňujiacute dodaacutevat teplo o požadovaneacute teplotě do okruhu spotřeby již během
naacuteběhu což zvyšuje pokrytiacute potřeby tepla solaacuterniacute soustavou Naviacutec spodniacute čaacutest zaacutesobniacuteku zůstaacutevaacute
Straacutenka1
4
chladnaacute až do uacuteplneacuteho nabitiacute zaacutesobniacuteku na vstupu do solaacuterniacutech kolektorů se udržuje během nabiacutejeniacute
zaacutesobniacuteku niacutezkaacute teplota což zaručuje vysokou uacutečinnost
Vyhodnoceniacute
Zkuste zakreslit jednoducheacute scheacutema přiacutetoku vody do zaacutesobniacuteku
z kolektoru v přiacutepadě kdy slunce sviacutetiacute silně a kdy je zataženo
Aktivita 7 Zaacuteřeniacute ze slunce lze soustředit do maleacute plochy
Použiteacute metody pokusy přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si princip koncentrace zaacuteřeniacute
Pomůcky teploměr vosk odraznaacute foacutelie nebo kuloveacute zrcadlo spojnaacute čočka
Zaacuteřeniacute lze čočkami a zrcadly soustředit do velmi maleacute plochy a tiacutem ziacuteskat uacutečinnyacute zdroj tepla
Spojitaacute čočka s ohniskovou vzdaacutelenostiacute 25 cm shromažďuje veškereacute zaacuteřeniacute ktereacute svou plochou
zachytiacute do jedineacuteho miacutesta Maacute-li napřiacuteklad použitaacute čočka povrch 300mm^2 zachytaacutevaacute na zaostřenou
plochu 1mm^2 300-kraacutet viacutece energie Odhadem lze řiacuteci že v maleacute ploše v ohnisku je tolikraacutet viacutece
energie kolikraacutet je většiacute plocha koncentraacutetoru
Postup Nechte teploměr přiacutemo na slunci (světle žaacuterovky) nyniacute umiacutestěte čidlo teploměru do ohniska
zrcaacutetka vytvořeneacuteho prohnutiacutem odrazneacute foacutelie toteacutež opakujte (po ochlazeniacute teploměru) se spojnou
optickou čočkou Podobneacute chovaacuteniacute lze pozorovat s několika stejně velkyacutemi kousky vosku
Vyhodnoceniacute
Koncentraacutetor zvyšuje v ohnisku teplotu ačkoliv se celkovyacute přiacutesun energie nezvyacutešil je uacutečinek
lokalizovaacuten což vede ke zvyacutešeniacute teploty v daneacutem miacutestě Uacutečinek zaacutevisiacute na velikosti povrchu
koncentraacutetoru a jeho odrazivosti (propustnosti u čoček)
Zkuste přemyacutešlet proč praacutevě parabolickaacute zrcadla patřiacute mezi nejpoužiacutevanějšiacute koncentraacutetory
Aktivita 8 Vliv salinity na hustotu vody a viskozitu vody
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky miacutestnost
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutely mezi slanou a sladkou vodou miacutet představu o salinitě různyacutech vod
Straacutenka1
4
Pomůcky naacutedoby zkumavky sůl kapaacutetko barviva odměrnyacute vaacutelec lžička voda
Salinita označuje koncentraci mineraacutelniacutech laacutetek ve vodě obvykle v mořiacutech oceaacutenech a ve velkyacutech
jezerech (např Kaspickeacute moře) Největšiacute podiacutel mezi laacutetkami rozpuštěnyacutemi ve vodě maacute obvykle chlorid
sodnyacute ndash sůl kamennaacute Je-li salinita mořskeacute vody 36 znamenaacute to že v každeacutem litru je rozpuštěno
36 gramů soli To je 220x viacutece nežli u sladkyacutech vod na pevnině
Hustota vody zaacutevisiacute předevšiacutem na jejiacute teplotě a salinitě Pokles teploty nebo růst salinity vede zaacuteroveň
ke zvyšovaacuteniacute hustoty vody (s vyacutejimkou oblasti anomaacutelie vody) Procesy ktereacute způsobujiacute změny v
hustotě mořskeacute vody vedou k tomu že danaacute voda buď vystupuje k povrchu nebo klesaacute což
představuje hnaciacute popud pro cirkulaci mezi hladinou a hloubkou
Postup
1 Připravte vodneacute roztoky chloridu sodneacuteho 36 a 15
2 Označte zkumavky sladkaacute mořskaacute a superslanaacute voda
3 Přidejte trošku modreacuteho barviva do zkumavky se sladkou vodou žluteacuteho do oceaacutenu a červeneacuteho do
zkumavky superslanaacute
4 Naplňte zkumavky přiacuteslušnyacutemi roztoky a promiacutechejte
5 Do odměrneacuteho vaacutelce odlijte trochu nejslanějšiacuteho roztoku
6 Oplaacutechněte kapaacutetko
7 Naplňte Odměrnyacute vaacutelec dalšiacutem roztokem tentokraacutet opatrně aby nedochaacutezelo k promiacutechaacutevaacuteniacute s
předchoziacutem
8 Nakonec přidejte sladkou vodu Opět velmi opatrně aby se zabraacutenilo smiacutechaacuteniacute
Vyhodnoceniacute V experimentu vidiacuteme že roztoky majiacute různeacute hustoty podle koncentrace soli Je
zajiacutemaveacute si všimnout že objem vody se soliacute a vody bez soli se lišiacute jen nepatrně
Rozšiřujiacuteciacute uacutekol
Uacutevodniacute informace teorie tzv solaacuterniacuteho jeziacuterka v roli akumulaacutetoru
Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute zaacuteřeniacute pronikaacute vodou jen
do malyacutech hloubek Nejvyššiacute teplotu miacutevaacute vrstva vody těsně u hladiny směrem do hloubky teplota
klesaacute Voda o vyššiacute teplotě maacute menšiacute hustotu a za normaacutelniacutech okolnostiacute stoupaacute v objemu vzhůru
cestou se ochlazuje a chladnaacute se vraciacute dolů Toto prouděniacute-konvekce vyrovnaacutevaacute teplotu v objemu
vody Šikovnyacutem uspořaacutedaacuteniacutem lze dosaacutehnout toho že teplota vody u dna bude viacutece než 70degC
Slunečniacute slaneacute jeziacuterko je plytkaacute vodniacute naacutedrž jejiacutež tmaveacute dno vytvaacuteřiacute rovinnyacute kolektor využiacutevajiacuteciacute
absorpci slunečniacuteho zaacuteřeniacute Ve tomto jeziacuterku je prouděniacute vody hnaneacute teplotniacutem rozdiacutelem ve středniacute
vrstvě potlačeno vhodnyacutem spaacutedem hustoty vody přidaacuteniacutem soli Ve spodniacute vrstvě vody je koncentrace
soli ještě většiacute a tak tento bdquoslanyacute roztokldquo zůstaacutevaacute u dna přestože jeho teplota převyšuje teplotu vrstev
nad niacute
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Postup Vybereme si zkušebniacute osobu ktereacute zavaacutežeme oči Nechaacuteme ji aby nataacutehla dlaň ruky do
polohy ve ktereacute na ni bude dopadat slunečniacute světlo Zkušebniacute osobu nechaacuteme vyčkaacutevat a řekneme ji
aby řiacutekala co vniacutemaacute Mezitiacutem budeme listem alobalu zakryacutevat slunečniacute světlo dopadajiacuteciacute na dlaň
Pozorovaacuteniacute testovanaacute osoba uciacutetiacute teplo na dlani
Vyhodnoceniacute Na dlani ciacutetiacuteme teplo pouze v miacutestech dopadu slunečniacuteho světla Vidiacuteme že světlo
dopadajiacuteciacute na naši dlaň nějak souvisiacute s přenosem energie Světlo dopadajiacuteciacute na povrch dlaně sebou
jednak přinaacutešiacute zaacuteřeniacute ktereacute nevidiacuteme ale ciacutetiacuteme a pak se zčaacutesti i ta složka zaacuteřeniacute kterou
vidiacuteme přeměňuje v teplo a tak ohřiacutevaacute ruku
Aktivita 2 Intenzita slunečniacuteho zaacuteřeniacute
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 10 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele a uacutevod aktivity objasnit vliv sklonu plochy na množstviacute zachyceneacuteho zaacuteřeniacute
Slunce přinaacutešiacute světlo a teplo poloha slunce na obloze se v průběhu roku měniacute V leacutetě je v poledne
vysoko na obloze zatiacutemco v zimě je v poledne niacutezko Intenzita přiacutemeacuteho slunečniacuteho zaacuteřeniacute je největšiacute
při dopadu na plochu kolmou k paprskům Na uacutehlu dopadu slunečniacutech paprsků zaacutevisiacute rozloženiacute
klimatickyacutech paacutesem a střiacutedaacuteniacute ročniacutech obdobiacute
Pomůcky pastelky papiacuter
Postup Na čistyacute papiacuter budeme kreslit několika (asi deseti) pastelkami společně ve svazku Nejprve
zvoliacuteme kolmyacute směr na naacutesledujiacuteciacute papiacuter zvoliacuteme šikmyacute směr pastelek (uacutehel 45deg)
Pozorovaacuteniacute při kolmeacutem drženiacute pastelek bude naacutemi vytvořenaacute kresba zabiacuterat na papiacuteře menšiacute plochu
Při šikmeacutem směru drženiacute stejneacuteho počtu pastelek bude kreslenaacute plocha většiacute
Vyhodnoceniacute Analogie pro solaacuterniacute kolektory Pastelky naacutem představujiacute celeacute spektrum dopadajiacuteciacuteho
slunečniacuteho světla Pokud bude světlo dopadat kolmo na solaacuterniacute kolektor stačiacute naacutem pro zachyceniacute
teacutehož množstviacute energie menšiacute plocha Proto se solaacuterniacute kolektory montujiacute pod určityacutem uacutehlem kteryacute je v
daneacute zeměpisneacute šiacuteřce optimaacutelniacute Ideaacutelniacute by bylo kdyby se uacutehel kolektorů mohl průběžně měnit
Aktivita 3 Barva solaacuterniacuteho ohřiacutevače vody
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 40 minut
Ciacutele aktivity objasnit vliv barvy sběrneacute plochy na množstviacute zachyceneacuteho zaacuteřeniacute objasňuje se možnost
slunečniacuteho světla vytaacutepět
Straacutenka1
4
Pomůcky přiacutepojka pro upevněniacute trubic ke kohoutu odměrnaacute naacutedoba teploměr 2 kusy barevnyacutech
trubic (zahradniacute hadice) asi 1-2m zaacutetky teploměr pokud neniacute slunečniacute světlo niacute k dispozici užijte
100W žaacuterovku nebo infračervenou lampu
Pohlcovaacuteniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute zaacutevisiacute na barvě sběrneacute plochy černaacute barva je pro absorbeacuter ideaacutelniacute
Jineacute barvy sběrneacute plochy světlo pohlcujiacute jen čaacutestečně a čaacutestečně odraacutežejiacute
Postup
1 připojte černou trubku ke kohoutku a naplňte ji vodou Nechte na ni působit světlo jednu
minutu dvě minuty a pět minut Po každeacutem intervalu vodu vypusťte do kaacutedinky a změřte jejiacute teplotu
2 opakujte pokus s trubkou jineacute barvy
3 uspořaacutedejte pozorovaneacute hodnoty do grafu zaacutevislosti teploty a času
4 diskutujte nad vyacutesledky ziacuteskaneacuteho grafu
Vyhodnoceniacute
Uvědomte si jakou teplotu vyžadujete pro ohřaacutetiacute vody aby se dala použiacutet k osprchovaacuteniacute
Jak dlouho by to u každeacute trubky trvalo
Jakou deacutelku trubky byste si museli koupit kdybyste potřebovali 20 litrů vody k osprchovaacuteniacute
Jak dlouho byste na ohřaacutetiacute museli čekat
Aktivita 4 Vařeniacute se slunečniacute energiiacute
Na mnoha miacutestech světa se použiacutevajiacute sporaacuteky spotřebovaacutevajiacuteciacute elektrickou energii dřevo lehkyacute topnyacute
olej nebo jinaacute vzaacutecnaacute paliva V krajině se suchomilnou vegetaciacute je velkyacute nedostatek paliv ale zato je k
dispozici velkyacute objem slunečniacute energie Proto lideacute žijiacuteciacute v teacuteto oblasti využiacutevajiacute
slunečniacute energii k vařeniacute protože to je levnyacute a uacutečinnyacute způsob jak vyřešit tuto lidskou potřebu
Pomociacute vhodneacuteho solaacuterniacuteho vařiče můžete ohřaacutet litr vody na teplotu varu za jednu hodinu
Ciacutele Porozumět jak mohou alternativniacute technologie zlepšit životniacute styl lidiacute bez toho že by bylo nutneacute
ohrozit životniacute prostřediacute manuaacutelniacute praacutece při vytvaacuteřeniacute užitečneacuteho naacutestroje
Materiaacutely kartoacutenovaacute krabice hliniacutekovaacute foacutelie (může to byacutet kuchyňskyacute alobal) skleněnaacute tabule nebo
deska čireacuteho polykarbonaacutetu struna samolepiciacute paacuteska teploměr
Pomůcky teploměry miska vařič lze zhotovit z dostupnyacutech materiaacutelů (krabice alobal sklo) lze jej
takeacute zakoupit
Postup
1 Opatřete si kartoacutenovou krabici o rozměrech asi 30x30x30 cm
2 Vystelte vnitřek krabice hliniacutekovou foacuteliiacute
4 Na viacuteko upevněte zevnitř dalšiacute kus foacutelie nebo zrcadlo
5 Upevněte paacuteskou viacuteko tak abyste je mohli sklopit do různyacutech poloh
6 Položte čireacute sklopolykarbonaacutetovou desku na otevřenou krabici a vařič umiacutestěte na slunce
7 Naklopte viacuteko tak aby se co nejviacutece slunečniacuteho zaacuteřeniacute odraacuteželo do vařiče
Straacutenka1
4
8 Vložte dovnitř vařiče teploměry tmavou misku s vodou a sledujte stoupaacuteniacute teploty vzduchu
uvnitř a vody v misce
Vyhodnoceniacute
Jak vysoko teplota stoupne za 5 10 15 minut Jak lze zvyacutešit uacutečinnost vařiče Projednejte jak byste
mohli zkraacutetit čas na přiacutepravu horkeacute vody Kolik stojiacute vyacuteroba takoveacuteho solaacuterniacuteho vařiče Kolik by staacutelo
kdybyste museli vařit jiacutedlo pro celou rodinu a použiacutet k tomu dřevo
Aktivita 5 Jak ochladit planetu hellip Albedo
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 40 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity zaveacutest pojem albedo měřeniacute odrazivosti povrchu
Teplota na povrchu našiacute planety je vyacutesledniciacute procesů ktereacute vyrovnaacutevajiacute bilanci mezi energiikterou
Země dostaacutevaacute od Slunce a energii kterou sama planeta vyzařuje zpět do kosmu
Albedo planety je naacutezev pro poměr mezi slunečniacutem zaacuteřeniacutem odraženyacutem planetou a slunečniacutem
zaacuteřeniacutem vstupujiacuteciacutem shora do atmosfeacutery Albedo povrchu sloužiacute jako miacutera odrazivosti (pro všechny
spektraacutelniacute složky) zaacuteřeniacute od povrchu obvykle se vyjadřuje procentuaacutelně od 0 do 100 čiacutem většiacute
albedo - odrazivost danyacute povrch maacute tiacutem meacuteně slunečniacute energie přijiacutemaacute tiacutem meacuteně se prohřiacutevaacute Na
zaacutekladě měřeniacute pomociacute satelitů a sond je průměrneacute albedo Země na 30 Množstviacute absorbovaneacuteho
zaacuteřeniacute ovlivňuje lokaacutelniacute podmiacutenky miacutest Nepřirozenyacutemi hodnotami albeda se vyznačujiacute městskeacute
oblastiprotože budovy absorbujiacute zaacuteřeniacute obvykle viacutece než přiacuterodniacute krajina města miacutevajiacute albedo kolem
8-12
Albeda sněhu mohou byacutet 90 pro čerstvyacute hlubokyacute sniacuteh Pokud sniacuteh začne taacutet vodniacute povrch je tmavaacute
tiacutem se vyacuterazně se sniacutežiacute albedo ndash voda 8 což vede k dalšiacutemu taacuteniacute ( kladnaacute zpětnaacute vazba albeda
ledu) Teplotniacute vlivy albeda jsou znaacutemeacute v chladnyacutech oblastech jelikož zde padaacute viacutece sněhu ve
skutečnosti jsou mnohem tyto uacutečinky silnějšiacute v tropickyacutech oblastech protože v tropech je celkově viacutece
slunečniacuteho světla Když brazilštiacute farmaacuteři pokaacutecejiacute tmavyacute tropickyacute deštnyacute prales a nahradiacute jej tmavšiacutemi
poli na nichž pěstujiacute plodiny průměrnaacute ročniacute teplota oblasti stoupne v průměru o 2 až 3degC
Různeacute typy oblak majiacute různaacute albeda - mezi 1 (tmavaacute oblaka) až 70 (biacutelaacute oblaka) Uvaacutediacute se že
očekaacutevanyacute naacuterůst teploty způsobenyacute zvětšeniacutem skleniacutekoveacuteho efektu by se dal kompenzovat
zastiacuteněniacutem biacutelyacutemi oblaky
Pomůcky
luxmetr fotometr teploměry různobarevneacute rovinneacute vzorky
Ukaacutezky hodnot albeda asfalt 004 jehličnatyacute les 010 listnateacute stromy 016 půda 017 piacutesek 040
beton 055 ledovec 065 sniacuteh 080 lesklaacute kovovaacute plocha 099
Straacutenka1
4
Postup
Vezměte si luxmetr držte přiacutestroj ve vyacutešce asi 20 cm kolmo nad povrchem vybranyacutech rovinnyacutech ploch
nestiňte se zapisujte hodnoty odraženeacuteho zaacuteřeniacute a hodnoty dopadajiacuteciacuteho zaacuteřeniacute z podiacutelu určete
velikost albeda
Hodiacute se např tmavyacute a biacutelyacute ručniacutek
Pokud maacutete možnost vyjiacutet ven pak je naacutezorneacute vziacutet si dva bdquostejně vychlazeneacuteldquo ručniacuteky rozprostřiacutet je
vedle sebe a pod ně vložit teploměry Po 5 minutaacutech na plneacutem slunci bude patrnyacute rozdiacutel v uacutedajiacutech
teploměrů
Diskuse vliv biacutelyacutech střech zatravněnyacutech ploch lesů daacutelnic barvy automobilů apod
Aktivita 6 Slunečniacute kolektor a stratifikace vody v zaacutesobniacuteku
Použiteacute metody a formy montaacutež přiacutepadně jen demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 45 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutel mezi chovaacuteniacutem tepleacute a studeneacute vody ukaacutezat že aplikace
jednoducheacuteho fyzikaacutelniacuteho principu vyacuteznamně ovlivniacute komfort odběru tepleacute vody
Pomůcky malyacute sveacutepomocně udělanyacute solaacuterniacute kolektor naacutedoba na ohřaacutetou vodu trychtyacuteř T-spojky
průchodky těsněniacute hadičky lze takeacute zakoupit jako stavebnici
Postup Sestaviacuteme aparaturu solaacuterniacuteho kolektoru podobně jako na obraacutezku Snažiacuteme se zbavit
vzduchovyacutech bublin a tak vyacuteška ve ktereacute trychtyacuteř udržujeme je nad horniacutem okrajem sběrneacute naacutedoby
(zaacutesobniacutečku tepleacute vody) Důležiteacute je takeacute vhodneacute umiacutestěniacute trubičky k přiacutevodniacute hadičce (3) do
zaacutesobniacuteku Systeacutem solaacuterniacuteho ohřevu se doplňuje zaacutesobniacutekem kteryacute sloužiacute v uklaacutedaacuteniacute přebytečneacute
energie teplaacute voda je pak k dispozici i když nesviacutetiacute slunce
Způsob užitiacute
Přiacutevodniacute trubička do sběrneacute naacutedoby (zaacutesobniacutečku) sloužiacute k tomu aby zajistila dodaacuteniacute ohřaacuteteacute vody do
vrchniacute čaacutesti naacutedoby Pokud bychom přivaacuteděli vodu ke dnu naacutedoby ohřaacutetaacute voda by stoupala (ohřaacutetaacute
voda maacute menšiacute hustotu než voda chladnaacute) a způsobila by promiacutechaacutevaacuteniacute vody Chceme aby se voda
ohřiacutevala od vrchu naacutedoby a tak byla praacutevě ta nejteplejšiacute vždy nachystanaacute pro odběr hadiciacute
Rozdiacutel mezi vrstevnatyacutem (stratifikovanyacutem) a promiacutechanyacutem zaacutesobniacutekem z hlediska využitelneacute energie
je patrnyacute dotekem
Vyacutesledkem je samočinneacute rozvrstveniacute zaacutesobniacuteku kde v horniacute čaacutesti je teplota vyššiacute než ve spodniacute čaacutesti
Stratifikačniacute zaacutesobniacuteky umožňujiacute dodaacutevat teplo o požadovaneacute teplotě do okruhu spotřeby již během
naacuteběhu což zvyšuje pokrytiacute potřeby tepla solaacuterniacute soustavou Naviacutec spodniacute čaacutest zaacutesobniacuteku zůstaacutevaacute
Straacutenka1
4
chladnaacute až do uacuteplneacuteho nabitiacute zaacutesobniacuteku na vstupu do solaacuterniacutech kolektorů se udržuje během nabiacutejeniacute
zaacutesobniacuteku niacutezkaacute teplota což zaručuje vysokou uacutečinnost
Vyhodnoceniacute
Zkuste zakreslit jednoducheacute scheacutema přiacutetoku vody do zaacutesobniacuteku
z kolektoru v přiacutepadě kdy slunce sviacutetiacute silně a kdy je zataženo
Aktivita 7 Zaacuteřeniacute ze slunce lze soustředit do maleacute plochy
Použiteacute metody pokusy přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si princip koncentrace zaacuteřeniacute
Pomůcky teploměr vosk odraznaacute foacutelie nebo kuloveacute zrcadlo spojnaacute čočka
Zaacuteřeniacute lze čočkami a zrcadly soustředit do velmi maleacute plochy a tiacutem ziacuteskat uacutečinnyacute zdroj tepla
Spojitaacute čočka s ohniskovou vzdaacutelenostiacute 25 cm shromažďuje veškereacute zaacuteřeniacute ktereacute svou plochou
zachytiacute do jedineacuteho miacutesta Maacute-li napřiacuteklad použitaacute čočka povrch 300mm^2 zachytaacutevaacute na zaostřenou
plochu 1mm^2 300-kraacutet viacutece energie Odhadem lze řiacuteci že v maleacute ploše v ohnisku je tolikraacutet viacutece
energie kolikraacutet je většiacute plocha koncentraacutetoru
Postup Nechte teploměr přiacutemo na slunci (světle žaacuterovky) nyniacute umiacutestěte čidlo teploměru do ohniska
zrcaacutetka vytvořeneacuteho prohnutiacutem odrazneacute foacutelie toteacutež opakujte (po ochlazeniacute teploměru) se spojnou
optickou čočkou Podobneacute chovaacuteniacute lze pozorovat s několika stejně velkyacutemi kousky vosku
Vyhodnoceniacute
Koncentraacutetor zvyšuje v ohnisku teplotu ačkoliv se celkovyacute přiacutesun energie nezvyacutešil je uacutečinek
lokalizovaacuten což vede ke zvyacutešeniacute teploty v daneacutem miacutestě Uacutečinek zaacutevisiacute na velikosti povrchu
koncentraacutetoru a jeho odrazivosti (propustnosti u čoček)
Zkuste přemyacutešlet proč praacutevě parabolickaacute zrcadla patřiacute mezi nejpoužiacutevanějšiacute koncentraacutetory
Aktivita 8 Vliv salinity na hustotu vody a viskozitu vody
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky miacutestnost
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutely mezi slanou a sladkou vodou miacutet představu o salinitě různyacutech vod
Straacutenka1
4
Pomůcky naacutedoby zkumavky sůl kapaacutetko barviva odměrnyacute vaacutelec lžička voda
Salinita označuje koncentraci mineraacutelniacutech laacutetek ve vodě obvykle v mořiacutech oceaacutenech a ve velkyacutech
jezerech (např Kaspickeacute moře) Největšiacute podiacutel mezi laacutetkami rozpuštěnyacutemi ve vodě maacute obvykle chlorid
sodnyacute ndash sůl kamennaacute Je-li salinita mořskeacute vody 36 znamenaacute to že v každeacutem litru je rozpuštěno
36 gramů soli To je 220x viacutece nežli u sladkyacutech vod na pevnině
Hustota vody zaacutevisiacute předevšiacutem na jejiacute teplotě a salinitě Pokles teploty nebo růst salinity vede zaacuteroveň
ke zvyšovaacuteniacute hustoty vody (s vyacutejimkou oblasti anomaacutelie vody) Procesy ktereacute způsobujiacute změny v
hustotě mořskeacute vody vedou k tomu že danaacute voda buď vystupuje k povrchu nebo klesaacute což
představuje hnaciacute popud pro cirkulaci mezi hladinou a hloubkou
Postup
1 Připravte vodneacute roztoky chloridu sodneacuteho 36 a 15
2 Označte zkumavky sladkaacute mořskaacute a superslanaacute voda
3 Přidejte trošku modreacuteho barviva do zkumavky se sladkou vodou žluteacuteho do oceaacutenu a červeneacuteho do
zkumavky superslanaacute
4 Naplňte zkumavky přiacuteslušnyacutemi roztoky a promiacutechejte
5 Do odměrneacuteho vaacutelce odlijte trochu nejslanějšiacuteho roztoku
6 Oplaacutechněte kapaacutetko
7 Naplňte Odměrnyacute vaacutelec dalšiacutem roztokem tentokraacutet opatrně aby nedochaacutezelo k promiacutechaacutevaacuteniacute s
předchoziacutem
8 Nakonec přidejte sladkou vodu Opět velmi opatrně aby se zabraacutenilo smiacutechaacuteniacute
Vyhodnoceniacute V experimentu vidiacuteme že roztoky majiacute různeacute hustoty podle koncentrace soli Je
zajiacutemaveacute si všimnout že objem vody se soliacute a vody bez soli se lišiacute jen nepatrně
Rozšiřujiacuteciacute uacutekol
Uacutevodniacute informace teorie tzv solaacuterniacuteho jeziacuterka v roli akumulaacutetoru
Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute zaacuteřeniacute pronikaacute vodou jen
do malyacutech hloubek Nejvyššiacute teplotu miacutevaacute vrstva vody těsně u hladiny směrem do hloubky teplota
klesaacute Voda o vyššiacute teplotě maacute menšiacute hustotu a za normaacutelniacutech okolnostiacute stoupaacute v objemu vzhůru
cestou se ochlazuje a chladnaacute se vraciacute dolů Toto prouděniacute-konvekce vyrovnaacutevaacute teplotu v objemu
vody Šikovnyacutem uspořaacutedaacuteniacutem lze dosaacutehnout toho že teplota vody u dna bude viacutece než 70degC
Slunečniacute slaneacute jeziacuterko je plytkaacute vodniacute naacutedrž jejiacutež tmaveacute dno vytvaacuteřiacute rovinnyacute kolektor využiacutevajiacuteciacute
absorpci slunečniacuteho zaacuteřeniacute Ve tomto jeziacuterku je prouděniacute vody hnaneacute teplotniacutem rozdiacutelem ve středniacute
vrstvě potlačeno vhodnyacutem spaacutedem hustoty vody přidaacuteniacutem soli Ve spodniacute vrstvě vody je koncentrace
soli ještě většiacute a tak tento bdquoslanyacute roztokldquo zůstaacutevaacute u dna přestože jeho teplota převyšuje teplotu vrstev
nad niacute
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Pomůcky přiacutepojka pro upevněniacute trubic ke kohoutu odměrnaacute naacutedoba teploměr 2 kusy barevnyacutech
trubic (zahradniacute hadice) asi 1-2m zaacutetky teploměr pokud neniacute slunečniacute světlo niacute k dispozici užijte
100W žaacuterovku nebo infračervenou lampu
Pohlcovaacuteniacute slunečniacuteho zaacuteřeniacute zaacutevisiacute na barvě sběrneacute plochy černaacute barva je pro absorbeacuter ideaacutelniacute
Jineacute barvy sběrneacute plochy světlo pohlcujiacute jen čaacutestečně a čaacutestečně odraacutežejiacute
Postup
1 připojte černou trubku ke kohoutku a naplňte ji vodou Nechte na ni působit světlo jednu
minutu dvě minuty a pět minut Po každeacutem intervalu vodu vypusťte do kaacutedinky a změřte jejiacute teplotu
2 opakujte pokus s trubkou jineacute barvy
3 uspořaacutedejte pozorovaneacute hodnoty do grafu zaacutevislosti teploty a času
4 diskutujte nad vyacutesledky ziacuteskaneacuteho grafu
Vyhodnoceniacute
Uvědomte si jakou teplotu vyžadujete pro ohřaacutetiacute vody aby se dala použiacutet k osprchovaacuteniacute
Jak dlouho by to u každeacute trubky trvalo
Jakou deacutelku trubky byste si museli koupit kdybyste potřebovali 20 litrů vody k osprchovaacuteniacute
Jak dlouho byste na ohřaacutetiacute museli čekat
Aktivita 4 Vařeniacute se slunečniacute energiiacute
Na mnoha miacutestech světa se použiacutevajiacute sporaacuteky spotřebovaacutevajiacuteciacute elektrickou energii dřevo lehkyacute topnyacute
olej nebo jinaacute vzaacutecnaacute paliva V krajině se suchomilnou vegetaciacute je velkyacute nedostatek paliv ale zato je k
dispozici velkyacute objem slunečniacute energie Proto lideacute žijiacuteciacute v teacuteto oblasti využiacutevajiacute
slunečniacute energii k vařeniacute protože to je levnyacute a uacutečinnyacute způsob jak vyřešit tuto lidskou potřebu
Pomociacute vhodneacuteho solaacuterniacuteho vařiče můžete ohřaacutet litr vody na teplotu varu za jednu hodinu
Ciacutele Porozumět jak mohou alternativniacute technologie zlepšit životniacute styl lidiacute bez toho že by bylo nutneacute
ohrozit životniacute prostřediacute manuaacutelniacute praacutece při vytvaacuteřeniacute užitečneacuteho naacutestroje
Materiaacutely kartoacutenovaacute krabice hliniacutekovaacute foacutelie (může to byacutet kuchyňskyacute alobal) skleněnaacute tabule nebo
deska čireacuteho polykarbonaacutetu struna samolepiciacute paacuteska teploměr
Pomůcky teploměry miska vařič lze zhotovit z dostupnyacutech materiaacutelů (krabice alobal sklo) lze jej
takeacute zakoupit
Postup
1 Opatřete si kartoacutenovou krabici o rozměrech asi 30x30x30 cm
2 Vystelte vnitřek krabice hliniacutekovou foacuteliiacute
4 Na viacuteko upevněte zevnitř dalšiacute kus foacutelie nebo zrcadlo
5 Upevněte paacuteskou viacuteko tak abyste je mohli sklopit do různyacutech poloh
6 Položte čireacute sklopolykarbonaacutetovou desku na otevřenou krabici a vařič umiacutestěte na slunce
7 Naklopte viacuteko tak aby se co nejviacutece slunečniacuteho zaacuteřeniacute odraacuteželo do vařiče
Straacutenka1
4
8 Vložte dovnitř vařiče teploměry tmavou misku s vodou a sledujte stoupaacuteniacute teploty vzduchu
uvnitř a vody v misce
Vyhodnoceniacute
Jak vysoko teplota stoupne za 5 10 15 minut Jak lze zvyacutešit uacutečinnost vařiče Projednejte jak byste
mohli zkraacutetit čas na přiacutepravu horkeacute vody Kolik stojiacute vyacuteroba takoveacuteho solaacuterniacuteho vařiče Kolik by staacutelo
kdybyste museli vařit jiacutedlo pro celou rodinu a použiacutet k tomu dřevo
Aktivita 5 Jak ochladit planetu hellip Albedo
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 40 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity zaveacutest pojem albedo měřeniacute odrazivosti povrchu
Teplota na povrchu našiacute planety je vyacutesledniciacute procesů ktereacute vyrovnaacutevajiacute bilanci mezi energiikterou
Země dostaacutevaacute od Slunce a energii kterou sama planeta vyzařuje zpět do kosmu
Albedo planety je naacutezev pro poměr mezi slunečniacutem zaacuteřeniacutem odraženyacutem planetou a slunečniacutem
zaacuteřeniacutem vstupujiacuteciacutem shora do atmosfeacutery Albedo povrchu sloužiacute jako miacutera odrazivosti (pro všechny
spektraacutelniacute složky) zaacuteřeniacute od povrchu obvykle se vyjadřuje procentuaacutelně od 0 do 100 čiacutem většiacute
albedo - odrazivost danyacute povrch maacute tiacutem meacuteně slunečniacute energie přijiacutemaacute tiacutem meacuteně se prohřiacutevaacute Na
zaacutekladě měřeniacute pomociacute satelitů a sond je průměrneacute albedo Země na 30 Množstviacute absorbovaneacuteho
zaacuteřeniacute ovlivňuje lokaacutelniacute podmiacutenky miacutest Nepřirozenyacutemi hodnotami albeda se vyznačujiacute městskeacute
oblastiprotože budovy absorbujiacute zaacuteřeniacute obvykle viacutece než přiacuterodniacute krajina města miacutevajiacute albedo kolem
8-12
Albeda sněhu mohou byacutet 90 pro čerstvyacute hlubokyacute sniacuteh Pokud sniacuteh začne taacutet vodniacute povrch je tmavaacute
tiacutem se vyacuterazně se sniacutežiacute albedo ndash voda 8 což vede k dalšiacutemu taacuteniacute ( kladnaacute zpětnaacute vazba albeda
ledu) Teplotniacute vlivy albeda jsou znaacutemeacute v chladnyacutech oblastech jelikož zde padaacute viacutece sněhu ve
skutečnosti jsou mnohem tyto uacutečinky silnějšiacute v tropickyacutech oblastech protože v tropech je celkově viacutece
slunečniacuteho světla Když brazilštiacute farmaacuteři pokaacutecejiacute tmavyacute tropickyacute deštnyacute prales a nahradiacute jej tmavšiacutemi
poli na nichž pěstujiacute plodiny průměrnaacute ročniacute teplota oblasti stoupne v průměru o 2 až 3degC
Různeacute typy oblak majiacute různaacute albeda - mezi 1 (tmavaacute oblaka) až 70 (biacutelaacute oblaka) Uvaacutediacute se že
očekaacutevanyacute naacuterůst teploty způsobenyacute zvětšeniacutem skleniacutekoveacuteho efektu by se dal kompenzovat
zastiacuteněniacutem biacutelyacutemi oblaky
Pomůcky
luxmetr fotometr teploměry různobarevneacute rovinneacute vzorky
Ukaacutezky hodnot albeda asfalt 004 jehličnatyacute les 010 listnateacute stromy 016 půda 017 piacutesek 040
beton 055 ledovec 065 sniacuteh 080 lesklaacute kovovaacute plocha 099
Straacutenka1
4
Postup
Vezměte si luxmetr držte přiacutestroj ve vyacutešce asi 20 cm kolmo nad povrchem vybranyacutech rovinnyacutech ploch
nestiňte se zapisujte hodnoty odraženeacuteho zaacuteřeniacute a hodnoty dopadajiacuteciacuteho zaacuteřeniacute z podiacutelu určete
velikost albeda
Hodiacute se např tmavyacute a biacutelyacute ručniacutek
Pokud maacutete možnost vyjiacutet ven pak je naacutezorneacute vziacutet si dva bdquostejně vychlazeneacuteldquo ručniacuteky rozprostřiacutet je
vedle sebe a pod ně vložit teploměry Po 5 minutaacutech na plneacutem slunci bude patrnyacute rozdiacutel v uacutedajiacutech
teploměrů
Diskuse vliv biacutelyacutech střech zatravněnyacutech ploch lesů daacutelnic barvy automobilů apod
Aktivita 6 Slunečniacute kolektor a stratifikace vody v zaacutesobniacuteku
Použiteacute metody a formy montaacutež přiacutepadně jen demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 45 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutel mezi chovaacuteniacutem tepleacute a studeneacute vody ukaacutezat že aplikace
jednoducheacuteho fyzikaacutelniacuteho principu vyacuteznamně ovlivniacute komfort odběru tepleacute vody
Pomůcky malyacute sveacutepomocně udělanyacute solaacuterniacute kolektor naacutedoba na ohřaacutetou vodu trychtyacuteř T-spojky
průchodky těsněniacute hadičky lze takeacute zakoupit jako stavebnici
Postup Sestaviacuteme aparaturu solaacuterniacuteho kolektoru podobně jako na obraacutezku Snažiacuteme se zbavit
vzduchovyacutech bublin a tak vyacuteška ve ktereacute trychtyacuteř udržujeme je nad horniacutem okrajem sběrneacute naacutedoby
(zaacutesobniacutečku tepleacute vody) Důležiteacute je takeacute vhodneacute umiacutestěniacute trubičky k přiacutevodniacute hadičce (3) do
zaacutesobniacuteku Systeacutem solaacuterniacuteho ohřevu se doplňuje zaacutesobniacutekem kteryacute sloužiacute v uklaacutedaacuteniacute přebytečneacute
energie teplaacute voda je pak k dispozici i když nesviacutetiacute slunce
Způsob užitiacute
Přiacutevodniacute trubička do sběrneacute naacutedoby (zaacutesobniacutečku) sloužiacute k tomu aby zajistila dodaacuteniacute ohřaacuteteacute vody do
vrchniacute čaacutesti naacutedoby Pokud bychom přivaacuteděli vodu ke dnu naacutedoby ohřaacutetaacute voda by stoupala (ohřaacutetaacute
voda maacute menšiacute hustotu než voda chladnaacute) a způsobila by promiacutechaacutevaacuteniacute vody Chceme aby se voda
ohřiacutevala od vrchu naacutedoby a tak byla praacutevě ta nejteplejšiacute vždy nachystanaacute pro odběr hadiciacute
Rozdiacutel mezi vrstevnatyacutem (stratifikovanyacutem) a promiacutechanyacutem zaacutesobniacutekem z hlediska využitelneacute energie
je patrnyacute dotekem
Vyacutesledkem je samočinneacute rozvrstveniacute zaacutesobniacuteku kde v horniacute čaacutesti je teplota vyššiacute než ve spodniacute čaacutesti
Stratifikačniacute zaacutesobniacuteky umožňujiacute dodaacutevat teplo o požadovaneacute teplotě do okruhu spotřeby již během
naacuteběhu což zvyšuje pokrytiacute potřeby tepla solaacuterniacute soustavou Naviacutec spodniacute čaacutest zaacutesobniacuteku zůstaacutevaacute
Straacutenka1
4
chladnaacute až do uacuteplneacuteho nabitiacute zaacutesobniacuteku na vstupu do solaacuterniacutech kolektorů se udržuje během nabiacutejeniacute
zaacutesobniacuteku niacutezkaacute teplota což zaručuje vysokou uacutečinnost
Vyhodnoceniacute
Zkuste zakreslit jednoducheacute scheacutema přiacutetoku vody do zaacutesobniacuteku
z kolektoru v přiacutepadě kdy slunce sviacutetiacute silně a kdy je zataženo
Aktivita 7 Zaacuteřeniacute ze slunce lze soustředit do maleacute plochy
Použiteacute metody pokusy přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si princip koncentrace zaacuteřeniacute
Pomůcky teploměr vosk odraznaacute foacutelie nebo kuloveacute zrcadlo spojnaacute čočka
Zaacuteřeniacute lze čočkami a zrcadly soustředit do velmi maleacute plochy a tiacutem ziacuteskat uacutečinnyacute zdroj tepla
Spojitaacute čočka s ohniskovou vzdaacutelenostiacute 25 cm shromažďuje veškereacute zaacuteřeniacute ktereacute svou plochou
zachytiacute do jedineacuteho miacutesta Maacute-li napřiacuteklad použitaacute čočka povrch 300mm^2 zachytaacutevaacute na zaostřenou
plochu 1mm^2 300-kraacutet viacutece energie Odhadem lze řiacuteci že v maleacute ploše v ohnisku je tolikraacutet viacutece
energie kolikraacutet je většiacute plocha koncentraacutetoru
Postup Nechte teploměr přiacutemo na slunci (světle žaacuterovky) nyniacute umiacutestěte čidlo teploměru do ohniska
zrcaacutetka vytvořeneacuteho prohnutiacutem odrazneacute foacutelie toteacutež opakujte (po ochlazeniacute teploměru) se spojnou
optickou čočkou Podobneacute chovaacuteniacute lze pozorovat s několika stejně velkyacutemi kousky vosku
Vyhodnoceniacute
Koncentraacutetor zvyšuje v ohnisku teplotu ačkoliv se celkovyacute přiacutesun energie nezvyacutešil je uacutečinek
lokalizovaacuten což vede ke zvyacutešeniacute teploty v daneacutem miacutestě Uacutečinek zaacutevisiacute na velikosti povrchu
koncentraacutetoru a jeho odrazivosti (propustnosti u čoček)
Zkuste přemyacutešlet proč praacutevě parabolickaacute zrcadla patřiacute mezi nejpoužiacutevanějšiacute koncentraacutetory
Aktivita 8 Vliv salinity na hustotu vody a viskozitu vody
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky miacutestnost
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutely mezi slanou a sladkou vodou miacutet představu o salinitě různyacutech vod
Straacutenka1
4
Pomůcky naacutedoby zkumavky sůl kapaacutetko barviva odměrnyacute vaacutelec lžička voda
Salinita označuje koncentraci mineraacutelniacutech laacutetek ve vodě obvykle v mořiacutech oceaacutenech a ve velkyacutech
jezerech (např Kaspickeacute moře) Největšiacute podiacutel mezi laacutetkami rozpuštěnyacutemi ve vodě maacute obvykle chlorid
sodnyacute ndash sůl kamennaacute Je-li salinita mořskeacute vody 36 znamenaacute to že v každeacutem litru je rozpuštěno
36 gramů soli To je 220x viacutece nežli u sladkyacutech vod na pevnině
Hustota vody zaacutevisiacute předevšiacutem na jejiacute teplotě a salinitě Pokles teploty nebo růst salinity vede zaacuteroveň
ke zvyšovaacuteniacute hustoty vody (s vyacutejimkou oblasti anomaacutelie vody) Procesy ktereacute způsobujiacute změny v
hustotě mořskeacute vody vedou k tomu že danaacute voda buď vystupuje k povrchu nebo klesaacute což
představuje hnaciacute popud pro cirkulaci mezi hladinou a hloubkou
Postup
1 Připravte vodneacute roztoky chloridu sodneacuteho 36 a 15
2 Označte zkumavky sladkaacute mořskaacute a superslanaacute voda
3 Přidejte trošku modreacuteho barviva do zkumavky se sladkou vodou žluteacuteho do oceaacutenu a červeneacuteho do
zkumavky superslanaacute
4 Naplňte zkumavky přiacuteslušnyacutemi roztoky a promiacutechejte
5 Do odměrneacuteho vaacutelce odlijte trochu nejslanějšiacuteho roztoku
6 Oplaacutechněte kapaacutetko
7 Naplňte Odměrnyacute vaacutelec dalšiacutem roztokem tentokraacutet opatrně aby nedochaacutezelo k promiacutechaacutevaacuteniacute s
předchoziacutem
8 Nakonec přidejte sladkou vodu Opět velmi opatrně aby se zabraacutenilo smiacutechaacuteniacute
Vyhodnoceniacute V experimentu vidiacuteme že roztoky majiacute různeacute hustoty podle koncentrace soli Je
zajiacutemaveacute si všimnout že objem vody se soliacute a vody bez soli se lišiacute jen nepatrně
Rozšiřujiacuteciacute uacutekol
Uacutevodniacute informace teorie tzv solaacuterniacuteho jeziacuterka v roli akumulaacutetoru
Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute zaacuteřeniacute pronikaacute vodou jen
do malyacutech hloubek Nejvyššiacute teplotu miacutevaacute vrstva vody těsně u hladiny směrem do hloubky teplota
klesaacute Voda o vyššiacute teplotě maacute menšiacute hustotu a za normaacutelniacutech okolnostiacute stoupaacute v objemu vzhůru
cestou se ochlazuje a chladnaacute se vraciacute dolů Toto prouděniacute-konvekce vyrovnaacutevaacute teplotu v objemu
vody Šikovnyacutem uspořaacutedaacuteniacutem lze dosaacutehnout toho že teplota vody u dna bude viacutece než 70degC
Slunečniacute slaneacute jeziacuterko je plytkaacute vodniacute naacutedrž jejiacutež tmaveacute dno vytvaacuteřiacute rovinnyacute kolektor využiacutevajiacuteciacute
absorpci slunečniacuteho zaacuteřeniacute Ve tomto jeziacuterku je prouděniacute vody hnaneacute teplotniacutem rozdiacutelem ve středniacute
vrstvě potlačeno vhodnyacutem spaacutedem hustoty vody přidaacuteniacutem soli Ve spodniacute vrstvě vody je koncentrace
soli ještě většiacute a tak tento bdquoslanyacute roztokldquo zůstaacutevaacute u dna přestože jeho teplota převyšuje teplotu vrstev
nad niacute
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
8 Vložte dovnitř vařiče teploměry tmavou misku s vodou a sledujte stoupaacuteniacute teploty vzduchu
uvnitř a vody v misce
Vyhodnoceniacute
Jak vysoko teplota stoupne za 5 10 15 minut Jak lze zvyacutešit uacutečinnost vařiče Projednejte jak byste
mohli zkraacutetit čas na přiacutepravu horkeacute vody Kolik stojiacute vyacuteroba takoveacuteho solaacuterniacuteho vařiče Kolik by staacutelo
kdybyste museli vařit jiacutedlo pro celou rodinu a použiacutet k tomu dřevo
Aktivita 5 Jak ochladit planetu hellip Albedo
Použiteacute metody a formy demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 40 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity zaveacutest pojem albedo měřeniacute odrazivosti povrchu
Teplota na povrchu našiacute planety je vyacutesledniciacute procesů ktereacute vyrovnaacutevajiacute bilanci mezi energiikterou
Země dostaacutevaacute od Slunce a energii kterou sama planeta vyzařuje zpět do kosmu
Albedo planety je naacutezev pro poměr mezi slunečniacutem zaacuteřeniacutem odraženyacutem planetou a slunečniacutem
zaacuteřeniacutem vstupujiacuteciacutem shora do atmosfeacutery Albedo povrchu sloužiacute jako miacutera odrazivosti (pro všechny
spektraacutelniacute složky) zaacuteřeniacute od povrchu obvykle se vyjadřuje procentuaacutelně od 0 do 100 čiacutem většiacute
albedo - odrazivost danyacute povrch maacute tiacutem meacuteně slunečniacute energie přijiacutemaacute tiacutem meacuteně se prohřiacutevaacute Na
zaacutekladě měřeniacute pomociacute satelitů a sond je průměrneacute albedo Země na 30 Množstviacute absorbovaneacuteho
zaacuteřeniacute ovlivňuje lokaacutelniacute podmiacutenky miacutest Nepřirozenyacutemi hodnotami albeda se vyznačujiacute městskeacute
oblastiprotože budovy absorbujiacute zaacuteřeniacute obvykle viacutece než přiacuterodniacute krajina města miacutevajiacute albedo kolem
8-12
Albeda sněhu mohou byacutet 90 pro čerstvyacute hlubokyacute sniacuteh Pokud sniacuteh začne taacutet vodniacute povrch je tmavaacute
tiacutem se vyacuterazně se sniacutežiacute albedo ndash voda 8 což vede k dalšiacutemu taacuteniacute ( kladnaacute zpětnaacute vazba albeda
ledu) Teplotniacute vlivy albeda jsou znaacutemeacute v chladnyacutech oblastech jelikož zde padaacute viacutece sněhu ve
skutečnosti jsou mnohem tyto uacutečinky silnějšiacute v tropickyacutech oblastech protože v tropech je celkově viacutece
slunečniacuteho světla Když brazilštiacute farmaacuteři pokaacutecejiacute tmavyacute tropickyacute deštnyacute prales a nahradiacute jej tmavšiacutemi
poli na nichž pěstujiacute plodiny průměrnaacute ročniacute teplota oblasti stoupne v průměru o 2 až 3degC
Různeacute typy oblak majiacute různaacute albeda - mezi 1 (tmavaacute oblaka) až 70 (biacutelaacute oblaka) Uvaacutediacute se že
očekaacutevanyacute naacuterůst teploty způsobenyacute zvětšeniacutem skleniacutekoveacuteho efektu by se dal kompenzovat
zastiacuteněniacutem biacutelyacutemi oblaky
Pomůcky
luxmetr fotometr teploměry různobarevneacute rovinneacute vzorky
Ukaacutezky hodnot albeda asfalt 004 jehličnatyacute les 010 listnateacute stromy 016 půda 017 piacutesek 040
beton 055 ledovec 065 sniacuteh 080 lesklaacute kovovaacute plocha 099
Straacutenka1
4
Postup
Vezměte si luxmetr držte přiacutestroj ve vyacutešce asi 20 cm kolmo nad povrchem vybranyacutech rovinnyacutech ploch
nestiňte se zapisujte hodnoty odraženeacuteho zaacuteřeniacute a hodnoty dopadajiacuteciacuteho zaacuteřeniacute z podiacutelu určete
velikost albeda
Hodiacute se např tmavyacute a biacutelyacute ručniacutek
Pokud maacutete možnost vyjiacutet ven pak je naacutezorneacute vziacutet si dva bdquostejně vychlazeneacuteldquo ručniacuteky rozprostřiacutet je
vedle sebe a pod ně vložit teploměry Po 5 minutaacutech na plneacutem slunci bude patrnyacute rozdiacutel v uacutedajiacutech
teploměrů
Diskuse vliv biacutelyacutech střech zatravněnyacutech ploch lesů daacutelnic barvy automobilů apod
Aktivita 6 Slunečniacute kolektor a stratifikace vody v zaacutesobniacuteku
Použiteacute metody a formy montaacutež přiacutepadně jen demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 45 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutel mezi chovaacuteniacutem tepleacute a studeneacute vody ukaacutezat že aplikace
jednoducheacuteho fyzikaacutelniacuteho principu vyacuteznamně ovlivniacute komfort odběru tepleacute vody
Pomůcky malyacute sveacutepomocně udělanyacute solaacuterniacute kolektor naacutedoba na ohřaacutetou vodu trychtyacuteř T-spojky
průchodky těsněniacute hadičky lze takeacute zakoupit jako stavebnici
Postup Sestaviacuteme aparaturu solaacuterniacuteho kolektoru podobně jako na obraacutezku Snažiacuteme se zbavit
vzduchovyacutech bublin a tak vyacuteška ve ktereacute trychtyacuteř udržujeme je nad horniacutem okrajem sběrneacute naacutedoby
(zaacutesobniacutečku tepleacute vody) Důležiteacute je takeacute vhodneacute umiacutestěniacute trubičky k přiacutevodniacute hadičce (3) do
zaacutesobniacuteku Systeacutem solaacuterniacuteho ohřevu se doplňuje zaacutesobniacutekem kteryacute sloužiacute v uklaacutedaacuteniacute přebytečneacute
energie teplaacute voda je pak k dispozici i když nesviacutetiacute slunce
Způsob užitiacute
Přiacutevodniacute trubička do sběrneacute naacutedoby (zaacutesobniacutečku) sloužiacute k tomu aby zajistila dodaacuteniacute ohřaacuteteacute vody do
vrchniacute čaacutesti naacutedoby Pokud bychom přivaacuteděli vodu ke dnu naacutedoby ohřaacutetaacute voda by stoupala (ohřaacutetaacute
voda maacute menšiacute hustotu než voda chladnaacute) a způsobila by promiacutechaacutevaacuteniacute vody Chceme aby se voda
ohřiacutevala od vrchu naacutedoby a tak byla praacutevě ta nejteplejšiacute vždy nachystanaacute pro odběr hadiciacute
Rozdiacutel mezi vrstevnatyacutem (stratifikovanyacutem) a promiacutechanyacutem zaacutesobniacutekem z hlediska využitelneacute energie
je patrnyacute dotekem
Vyacutesledkem je samočinneacute rozvrstveniacute zaacutesobniacuteku kde v horniacute čaacutesti je teplota vyššiacute než ve spodniacute čaacutesti
Stratifikačniacute zaacutesobniacuteky umožňujiacute dodaacutevat teplo o požadovaneacute teplotě do okruhu spotřeby již během
naacuteběhu což zvyšuje pokrytiacute potřeby tepla solaacuterniacute soustavou Naviacutec spodniacute čaacutest zaacutesobniacuteku zůstaacutevaacute
Straacutenka1
4
chladnaacute až do uacuteplneacuteho nabitiacute zaacutesobniacuteku na vstupu do solaacuterniacutech kolektorů se udržuje během nabiacutejeniacute
zaacutesobniacuteku niacutezkaacute teplota což zaručuje vysokou uacutečinnost
Vyhodnoceniacute
Zkuste zakreslit jednoducheacute scheacutema přiacutetoku vody do zaacutesobniacuteku
z kolektoru v přiacutepadě kdy slunce sviacutetiacute silně a kdy je zataženo
Aktivita 7 Zaacuteřeniacute ze slunce lze soustředit do maleacute plochy
Použiteacute metody pokusy přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si princip koncentrace zaacuteřeniacute
Pomůcky teploměr vosk odraznaacute foacutelie nebo kuloveacute zrcadlo spojnaacute čočka
Zaacuteřeniacute lze čočkami a zrcadly soustředit do velmi maleacute plochy a tiacutem ziacuteskat uacutečinnyacute zdroj tepla
Spojitaacute čočka s ohniskovou vzdaacutelenostiacute 25 cm shromažďuje veškereacute zaacuteřeniacute ktereacute svou plochou
zachytiacute do jedineacuteho miacutesta Maacute-li napřiacuteklad použitaacute čočka povrch 300mm^2 zachytaacutevaacute na zaostřenou
plochu 1mm^2 300-kraacutet viacutece energie Odhadem lze řiacuteci že v maleacute ploše v ohnisku je tolikraacutet viacutece
energie kolikraacutet je většiacute plocha koncentraacutetoru
Postup Nechte teploměr přiacutemo na slunci (světle žaacuterovky) nyniacute umiacutestěte čidlo teploměru do ohniska
zrcaacutetka vytvořeneacuteho prohnutiacutem odrazneacute foacutelie toteacutež opakujte (po ochlazeniacute teploměru) se spojnou
optickou čočkou Podobneacute chovaacuteniacute lze pozorovat s několika stejně velkyacutemi kousky vosku
Vyhodnoceniacute
Koncentraacutetor zvyšuje v ohnisku teplotu ačkoliv se celkovyacute přiacutesun energie nezvyacutešil je uacutečinek
lokalizovaacuten což vede ke zvyacutešeniacute teploty v daneacutem miacutestě Uacutečinek zaacutevisiacute na velikosti povrchu
koncentraacutetoru a jeho odrazivosti (propustnosti u čoček)
Zkuste přemyacutešlet proč praacutevě parabolickaacute zrcadla patřiacute mezi nejpoužiacutevanějšiacute koncentraacutetory
Aktivita 8 Vliv salinity na hustotu vody a viskozitu vody
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky miacutestnost
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutely mezi slanou a sladkou vodou miacutet představu o salinitě různyacutech vod
Straacutenka1
4
Pomůcky naacutedoby zkumavky sůl kapaacutetko barviva odměrnyacute vaacutelec lžička voda
Salinita označuje koncentraci mineraacutelniacutech laacutetek ve vodě obvykle v mořiacutech oceaacutenech a ve velkyacutech
jezerech (např Kaspickeacute moře) Největšiacute podiacutel mezi laacutetkami rozpuštěnyacutemi ve vodě maacute obvykle chlorid
sodnyacute ndash sůl kamennaacute Je-li salinita mořskeacute vody 36 znamenaacute to že v každeacutem litru je rozpuštěno
36 gramů soli To je 220x viacutece nežli u sladkyacutech vod na pevnině
Hustota vody zaacutevisiacute předevšiacutem na jejiacute teplotě a salinitě Pokles teploty nebo růst salinity vede zaacuteroveň
ke zvyšovaacuteniacute hustoty vody (s vyacutejimkou oblasti anomaacutelie vody) Procesy ktereacute způsobujiacute změny v
hustotě mořskeacute vody vedou k tomu že danaacute voda buď vystupuje k povrchu nebo klesaacute což
představuje hnaciacute popud pro cirkulaci mezi hladinou a hloubkou
Postup
1 Připravte vodneacute roztoky chloridu sodneacuteho 36 a 15
2 Označte zkumavky sladkaacute mořskaacute a superslanaacute voda
3 Přidejte trošku modreacuteho barviva do zkumavky se sladkou vodou žluteacuteho do oceaacutenu a červeneacuteho do
zkumavky superslanaacute
4 Naplňte zkumavky přiacuteslušnyacutemi roztoky a promiacutechejte
5 Do odměrneacuteho vaacutelce odlijte trochu nejslanějšiacuteho roztoku
6 Oplaacutechněte kapaacutetko
7 Naplňte Odměrnyacute vaacutelec dalšiacutem roztokem tentokraacutet opatrně aby nedochaacutezelo k promiacutechaacutevaacuteniacute s
předchoziacutem
8 Nakonec přidejte sladkou vodu Opět velmi opatrně aby se zabraacutenilo smiacutechaacuteniacute
Vyhodnoceniacute V experimentu vidiacuteme že roztoky majiacute různeacute hustoty podle koncentrace soli Je
zajiacutemaveacute si všimnout že objem vody se soliacute a vody bez soli se lišiacute jen nepatrně
Rozšiřujiacuteciacute uacutekol
Uacutevodniacute informace teorie tzv solaacuterniacuteho jeziacuterka v roli akumulaacutetoru
Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute zaacuteřeniacute pronikaacute vodou jen
do malyacutech hloubek Nejvyššiacute teplotu miacutevaacute vrstva vody těsně u hladiny směrem do hloubky teplota
klesaacute Voda o vyššiacute teplotě maacute menšiacute hustotu a za normaacutelniacutech okolnostiacute stoupaacute v objemu vzhůru
cestou se ochlazuje a chladnaacute se vraciacute dolů Toto prouděniacute-konvekce vyrovnaacutevaacute teplotu v objemu
vody Šikovnyacutem uspořaacutedaacuteniacutem lze dosaacutehnout toho že teplota vody u dna bude viacutece než 70degC
Slunečniacute slaneacute jeziacuterko je plytkaacute vodniacute naacutedrž jejiacutež tmaveacute dno vytvaacuteřiacute rovinnyacute kolektor využiacutevajiacuteciacute
absorpci slunečniacuteho zaacuteřeniacute Ve tomto jeziacuterku je prouděniacute vody hnaneacute teplotniacutem rozdiacutelem ve středniacute
vrstvě potlačeno vhodnyacutem spaacutedem hustoty vody přidaacuteniacutem soli Ve spodniacute vrstvě vody je koncentrace
soli ještě většiacute a tak tento bdquoslanyacute roztokldquo zůstaacutevaacute u dna přestože jeho teplota převyšuje teplotu vrstev
nad niacute
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Postup
Vezměte si luxmetr držte přiacutestroj ve vyacutešce asi 20 cm kolmo nad povrchem vybranyacutech rovinnyacutech ploch
nestiňte se zapisujte hodnoty odraženeacuteho zaacuteřeniacute a hodnoty dopadajiacuteciacuteho zaacuteřeniacute z podiacutelu určete
velikost albeda
Hodiacute se např tmavyacute a biacutelyacute ručniacutek
Pokud maacutete možnost vyjiacutet ven pak je naacutezorneacute vziacutet si dva bdquostejně vychlazeneacuteldquo ručniacuteky rozprostřiacutet je
vedle sebe a pod ně vložit teploměry Po 5 minutaacutech na plneacutem slunci bude patrnyacute rozdiacutel v uacutedajiacutech
teploměrů
Diskuse vliv biacutelyacutech střech zatravněnyacutech ploch lesů daacutelnic barvy automobilů apod
Aktivita 6 Slunečniacute kolektor a stratifikace vody v zaacutesobniacuteku
Použiteacute metody a formy montaacutež přiacutepadně jen demonstračniacute ukaacutezky diskuse
Časovaacute naacuteročnost 45 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutel mezi chovaacuteniacutem tepleacute a studeneacute vody ukaacutezat že aplikace
jednoducheacuteho fyzikaacutelniacuteho principu vyacuteznamně ovlivniacute komfort odběru tepleacute vody
Pomůcky malyacute sveacutepomocně udělanyacute solaacuterniacute kolektor naacutedoba na ohřaacutetou vodu trychtyacuteř T-spojky
průchodky těsněniacute hadičky lze takeacute zakoupit jako stavebnici
Postup Sestaviacuteme aparaturu solaacuterniacuteho kolektoru podobně jako na obraacutezku Snažiacuteme se zbavit
vzduchovyacutech bublin a tak vyacuteška ve ktereacute trychtyacuteř udržujeme je nad horniacutem okrajem sběrneacute naacutedoby
(zaacutesobniacutečku tepleacute vody) Důležiteacute je takeacute vhodneacute umiacutestěniacute trubičky k přiacutevodniacute hadičce (3) do
zaacutesobniacuteku Systeacutem solaacuterniacuteho ohřevu se doplňuje zaacutesobniacutekem kteryacute sloužiacute v uklaacutedaacuteniacute přebytečneacute
energie teplaacute voda je pak k dispozici i když nesviacutetiacute slunce
Způsob užitiacute
Přiacutevodniacute trubička do sběrneacute naacutedoby (zaacutesobniacutečku) sloužiacute k tomu aby zajistila dodaacuteniacute ohřaacuteteacute vody do
vrchniacute čaacutesti naacutedoby Pokud bychom přivaacuteděli vodu ke dnu naacutedoby ohřaacutetaacute voda by stoupala (ohřaacutetaacute
voda maacute menšiacute hustotu než voda chladnaacute) a způsobila by promiacutechaacutevaacuteniacute vody Chceme aby se voda
ohřiacutevala od vrchu naacutedoby a tak byla praacutevě ta nejteplejšiacute vždy nachystanaacute pro odběr hadiciacute
Rozdiacutel mezi vrstevnatyacutem (stratifikovanyacutem) a promiacutechanyacutem zaacutesobniacutekem z hlediska využitelneacute energie
je patrnyacute dotekem
Vyacutesledkem je samočinneacute rozvrstveniacute zaacutesobniacuteku kde v horniacute čaacutesti je teplota vyššiacute než ve spodniacute čaacutesti
Stratifikačniacute zaacutesobniacuteky umožňujiacute dodaacutevat teplo o požadovaneacute teplotě do okruhu spotřeby již během
naacuteběhu což zvyšuje pokrytiacute potřeby tepla solaacuterniacute soustavou Naviacutec spodniacute čaacutest zaacutesobniacuteku zůstaacutevaacute
Straacutenka1
4
chladnaacute až do uacuteplneacuteho nabitiacute zaacutesobniacuteku na vstupu do solaacuterniacutech kolektorů se udržuje během nabiacutejeniacute
zaacutesobniacuteku niacutezkaacute teplota což zaručuje vysokou uacutečinnost
Vyhodnoceniacute
Zkuste zakreslit jednoducheacute scheacutema přiacutetoku vody do zaacutesobniacuteku
z kolektoru v přiacutepadě kdy slunce sviacutetiacute silně a kdy je zataženo
Aktivita 7 Zaacuteřeniacute ze slunce lze soustředit do maleacute plochy
Použiteacute metody pokusy přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si princip koncentrace zaacuteřeniacute
Pomůcky teploměr vosk odraznaacute foacutelie nebo kuloveacute zrcadlo spojnaacute čočka
Zaacuteřeniacute lze čočkami a zrcadly soustředit do velmi maleacute plochy a tiacutem ziacuteskat uacutečinnyacute zdroj tepla
Spojitaacute čočka s ohniskovou vzdaacutelenostiacute 25 cm shromažďuje veškereacute zaacuteřeniacute ktereacute svou plochou
zachytiacute do jedineacuteho miacutesta Maacute-li napřiacuteklad použitaacute čočka povrch 300mm^2 zachytaacutevaacute na zaostřenou
plochu 1mm^2 300-kraacutet viacutece energie Odhadem lze řiacuteci že v maleacute ploše v ohnisku je tolikraacutet viacutece
energie kolikraacutet je většiacute plocha koncentraacutetoru
Postup Nechte teploměr přiacutemo na slunci (světle žaacuterovky) nyniacute umiacutestěte čidlo teploměru do ohniska
zrcaacutetka vytvořeneacuteho prohnutiacutem odrazneacute foacutelie toteacutež opakujte (po ochlazeniacute teploměru) se spojnou
optickou čočkou Podobneacute chovaacuteniacute lze pozorovat s několika stejně velkyacutemi kousky vosku
Vyhodnoceniacute
Koncentraacutetor zvyšuje v ohnisku teplotu ačkoliv se celkovyacute přiacutesun energie nezvyacutešil je uacutečinek
lokalizovaacuten což vede ke zvyacutešeniacute teploty v daneacutem miacutestě Uacutečinek zaacutevisiacute na velikosti povrchu
koncentraacutetoru a jeho odrazivosti (propustnosti u čoček)
Zkuste přemyacutešlet proč praacutevě parabolickaacute zrcadla patřiacute mezi nejpoužiacutevanějšiacute koncentraacutetory
Aktivita 8 Vliv salinity na hustotu vody a viskozitu vody
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky miacutestnost
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutely mezi slanou a sladkou vodou miacutet představu o salinitě různyacutech vod
Straacutenka1
4
Pomůcky naacutedoby zkumavky sůl kapaacutetko barviva odměrnyacute vaacutelec lžička voda
Salinita označuje koncentraci mineraacutelniacutech laacutetek ve vodě obvykle v mořiacutech oceaacutenech a ve velkyacutech
jezerech (např Kaspickeacute moře) Největšiacute podiacutel mezi laacutetkami rozpuštěnyacutemi ve vodě maacute obvykle chlorid
sodnyacute ndash sůl kamennaacute Je-li salinita mořskeacute vody 36 znamenaacute to že v každeacutem litru je rozpuštěno
36 gramů soli To je 220x viacutece nežli u sladkyacutech vod na pevnině
Hustota vody zaacutevisiacute předevšiacutem na jejiacute teplotě a salinitě Pokles teploty nebo růst salinity vede zaacuteroveň
ke zvyšovaacuteniacute hustoty vody (s vyacutejimkou oblasti anomaacutelie vody) Procesy ktereacute způsobujiacute změny v
hustotě mořskeacute vody vedou k tomu že danaacute voda buď vystupuje k povrchu nebo klesaacute což
představuje hnaciacute popud pro cirkulaci mezi hladinou a hloubkou
Postup
1 Připravte vodneacute roztoky chloridu sodneacuteho 36 a 15
2 Označte zkumavky sladkaacute mořskaacute a superslanaacute voda
3 Přidejte trošku modreacuteho barviva do zkumavky se sladkou vodou žluteacuteho do oceaacutenu a červeneacuteho do
zkumavky superslanaacute
4 Naplňte zkumavky přiacuteslušnyacutemi roztoky a promiacutechejte
5 Do odměrneacuteho vaacutelce odlijte trochu nejslanějšiacuteho roztoku
6 Oplaacutechněte kapaacutetko
7 Naplňte Odměrnyacute vaacutelec dalšiacutem roztokem tentokraacutet opatrně aby nedochaacutezelo k promiacutechaacutevaacuteniacute s
předchoziacutem
8 Nakonec přidejte sladkou vodu Opět velmi opatrně aby se zabraacutenilo smiacutechaacuteniacute
Vyhodnoceniacute V experimentu vidiacuteme že roztoky majiacute různeacute hustoty podle koncentrace soli Je
zajiacutemaveacute si všimnout že objem vody se soliacute a vody bez soli se lišiacute jen nepatrně
Rozšiřujiacuteciacute uacutekol
Uacutevodniacute informace teorie tzv solaacuterniacuteho jeziacuterka v roli akumulaacutetoru
Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute zaacuteřeniacute pronikaacute vodou jen
do malyacutech hloubek Nejvyššiacute teplotu miacutevaacute vrstva vody těsně u hladiny směrem do hloubky teplota
klesaacute Voda o vyššiacute teplotě maacute menšiacute hustotu a za normaacutelniacutech okolnostiacute stoupaacute v objemu vzhůru
cestou se ochlazuje a chladnaacute se vraciacute dolů Toto prouděniacute-konvekce vyrovnaacutevaacute teplotu v objemu
vody Šikovnyacutem uspořaacutedaacuteniacutem lze dosaacutehnout toho že teplota vody u dna bude viacutece než 70degC
Slunečniacute slaneacute jeziacuterko je plytkaacute vodniacute naacutedrž jejiacutež tmaveacute dno vytvaacuteřiacute rovinnyacute kolektor využiacutevajiacuteciacute
absorpci slunečniacuteho zaacuteřeniacute Ve tomto jeziacuterku je prouděniacute vody hnaneacute teplotniacutem rozdiacutelem ve středniacute
vrstvě potlačeno vhodnyacutem spaacutedem hustoty vody přidaacuteniacutem soli Ve spodniacute vrstvě vody je koncentrace
soli ještě většiacute a tak tento bdquoslanyacute roztokldquo zůstaacutevaacute u dna přestože jeho teplota převyšuje teplotu vrstev
nad niacute
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
chladnaacute až do uacuteplneacuteho nabitiacute zaacutesobniacuteku na vstupu do solaacuterniacutech kolektorů se udržuje během nabiacutejeniacute
zaacutesobniacuteku niacutezkaacute teplota což zaručuje vysokou uacutečinnost
Vyhodnoceniacute
Zkuste zakreslit jednoducheacute scheacutema přiacutetoku vody do zaacutesobniacuteku
z kolektoru v přiacutepadě kdy slunce sviacutetiacute silně a kdy je zataženo
Aktivita 7 Zaacuteřeniacute ze slunce lze soustředit do maleacute plochy
Použiteacute metody pokusy přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity uvědomit si princip koncentrace zaacuteřeniacute
Pomůcky teploměr vosk odraznaacute foacutelie nebo kuloveacute zrcadlo spojnaacute čočka
Zaacuteřeniacute lze čočkami a zrcadly soustředit do velmi maleacute plochy a tiacutem ziacuteskat uacutečinnyacute zdroj tepla
Spojitaacute čočka s ohniskovou vzdaacutelenostiacute 25 cm shromažďuje veškereacute zaacuteřeniacute ktereacute svou plochou
zachytiacute do jedineacuteho miacutesta Maacute-li napřiacuteklad použitaacute čočka povrch 300mm^2 zachytaacutevaacute na zaostřenou
plochu 1mm^2 300-kraacutet viacutece energie Odhadem lze řiacuteci že v maleacute ploše v ohnisku je tolikraacutet viacutece
energie kolikraacutet je většiacute plocha koncentraacutetoru
Postup Nechte teploměr přiacutemo na slunci (světle žaacuterovky) nyniacute umiacutestěte čidlo teploměru do ohniska
zrcaacutetka vytvořeneacuteho prohnutiacutem odrazneacute foacutelie toteacutež opakujte (po ochlazeniacute teploměru) se spojnou
optickou čočkou Podobneacute chovaacuteniacute lze pozorovat s několika stejně velkyacutemi kousky vosku
Vyhodnoceniacute
Koncentraacutetor zvyšuje v ohnisku teplotu ačkoliv se celkovyacute přiacutesun energie nezvyacutešil je uacutečinek
lokalizovaacuten což vede ke zvyacutešeniacute teploty v daneacutem miacutestě Uacutečinek zaacutevisiacute na velikosti povrchu
koncentraacutetoru a jeho odrazivosti (propustnosti u čoček)
Zkuste přemyacutešlet proč praacutevě parabolickaacute zrcadla patřiacute mezi nejpoužiacutevanějšiacute koncentraacutetory
Aktivita 8 Vliv salinity na hustotu vody a viskozitu vody
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky miacutestnost
Ciacutele aktivity uvědomit si rozdiacutely mezi slanou a sladkou vodou miacutet představu o salinitě různyacutech vod
Straacutenka1
4
Pomůcky naacutedoby zkumavky sůl kapaacutetko barviva odměrnyacute vaacutelec lžička voda
Salinita označuje koncentraci mineraacutelniacutech laacutetek ve vodě obvykle v mořiacutech oceaacutenech a ve velkyacutech
jezerech (např Kaspickeacute moře) Největšiacute podiacutel mezi laacutetkami rozpuštěnyacutemi ve vodě maacute obvykle chlorid
sodnyacute ndash sůl kamennaacute Je-li salinita mořskeacute vody 36 znamenaacute to že v každeacutem litru je rozpuštěno
36 gramů soli To je 220x viacutece nežli u sladkyacutech vod na pevnině
Hustota vody zaacutevisiacute předevšiacutem na jejiacute teplotě a salinitě Pokles teploty nebo růst salinity vede zaacuteroveň
ke zvyšovaacuteniacute hustoty vody (s vyacutejimkou oblasti anomaacutelie vody) Procesy ktereacute způsobujiacute změny v
hustotě mořskeacute vody vedou k tomu že danaacute voda buď vystupuje k povrchu nebo klesaacute což
představuje hnaciacute popud pro cirkulaci mezi hladinou a hloubkou
Postup
1 Připravte vodneacute roztoky chloridu sodneacuteho 36 a 15
2 Označte zkumavky sladkaacute mořskaacute a superslanaacute voda
3 Přidejte trošku modreacuteho barviva do zkumavky se sladkou vodou žluteacuteho do oceaacutenu a červeneacuteho do
zkumavky superslanaacute
4 Naplňte zkumavky přiacuteslušnyacutemi roztoky a promiacutechejte
5 Do odměrneacuteho vaacutelce odlijte trochu nejslanějšiacuteho roztoku
6 Oplaacutechněte kapaacutetko
7 Naplňte Odměrnyacute vaacutelec dalšiacutem roztokem tentokraacutet opatrně aby nedochaacutezelo k promiacutechaacutevaacuteniacute s
předchoziacutem
8 Nakonec přidejte sladkou vodu Opět velmi opatrně aby se zabraacutenilo smiacutechaacuteniacute
Vyhodnoceniacute V experimentu vidiacuteme že roztoky majiacute různeacute hustoty podle koncentrace soli Je
zajiacutemaveacute si všimnout že objem vody se soliacute a vody bez soli se lišiacute jen nepatrně
Rozšiřujiacuteciacute uacutekol
Uacutevodniacute informace teorie tzv solaacuterniacuteho jeziacuterka v roli akumulaacutetoru
Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute zaacuteřeniacute pronikaacute vodou jen
do malyacutech hloubek Nejvyššiacute teplotu miacutevaacute vrstva vody těsně u hladiny směrem do hloubky teplota
klesaacute Voda o vyššiacute teplotě maacute menšiacute hustotu a za normaacutelniacutech okolnostiacute stoupaacute v objemu vzhůru
cestou se ochlazuje a chladnaacute se vraciacute dolů Toto prouděniacute-konvekce vyrovnaacutevaacute teplotu v objemu
vody Šikovnyacutem uspořaacutedaacuteniacutem lze dosaacutehnout toho že teplota vody u dna bude viacutece než 70degC
Slunečniacute slaneacute jeziacuterko je plytkaacute vodniacute naacutedrž jejiacutež tmaveacute dno vytvaacuteřiacute rovinnyacute kolektor využiacutevajiacuteciacute
absorpci slunečniacuteho zaacuteřeniacute Ve tomto jeziacuterku je prouděniacute vody hnaneacute teplotniacutem rozdiacutelem ve středniacute
vrstvě potlačeno vhodnyacutem spaacutedem hustoty vody přidaacuteniacutem soli Ve spodniacute vrstvě vody je koncentrace
soli ještě většiacute a tak tento bdquoslanyacute roztokldquo zůstaacutevaacute u dna přestože jeho teplota převyšuje teplotu vrstev
nad niacute
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Pomůcky naacutedoby zkumavky sůl kapaacutetko barviva odměrnyacute vaacutelec lžička voda
Salinita označuje koncentraci mineraacutelniacutech laacutetek ve vodě obvykle v mořiacutech oceaacutenech a ve velkyacutech
jezerech (např Kaspickeacute moře) Největšiacute podiacutel mezi laacutetkami rozpuštěnyacutemi ve vodě maacute obvykle chlorid
sodnyacute ndash sůl kamennaacute Je-li salinita mořskeacute vody 36 znamenaacute to že v každeacutem litru je rozpuštěno
36 gramů soli To je 220x viacutece nežli u sladkyacutech vod na pevnině
Hustota vody zaacutevisiacute předevšiacutem na jejiacute teplotě a salinitě Pokles teploty nebo růst salinity vede zaacuteroveň
ke zvyšovaacuteniacute hustoty vody (s vyacutejimkou oblasti anomaacutelie vody) Procesy ktereacute způsobujiacute změny v
hustotě mořskeacute vody vedou k tomu že danaacute voda buď vystupuje k povrchu nebo klesaacute což
představuje hnaciacute popud pro cirkulaci mezi hladinou a hloubkou
Postup
1 Připravte vodneacute roztoky chloridu sodneacuteho 36 a 15
2 Označte zkumavky sladkaacute mořskaacute a superslanaacute voda
3 Přidejte trošku modreacuteho barviva do zkumavky se sladkou vodou žluteacuteho do oceaacutenu a červeneacuteho do
zkumavky superslanaacute
4 Naplňte zkumavky přiacuteslušnyacutemi roztoky a promiacutechejte
5 Do odměrneacuteho vaacutelce odlijte trochu nejslanějšiacuteho roztoku
6 Oplaacutechněte kapaacutetko
7 Naplňte Odměrnyacute vaacutelec dalšiacutem roztokem tentokraacutet opatrně aby nedochaacutezelo k promiacutechaacutevaacuteniacute s
předchoziacutem
8 Nakonec přidejte sladkou vodu Opět velmi opatrně aby se zabraacutenilo smiacutechaacuteniacute
Vyhodnoceniacute V experimentu vidiacuteme že roztoky majiacute různeacute hustoty podle koncentrace soli Je
zajiacutemaveacute si všimnout že objem vody se soliacute a vody bez soli se lišiacute jen nepatrně
Rozšiřujiacuteciacute uacutekol
Uacutevodniacute informace teorie tzv solaacuterniacuteho jeziacuterka v roli akumulaacutetoru
Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute zaacuteřeniacute pronikaacute vodou jen
do malyacutech hloubek Nejvyššiacute teplotu miacutevaacute vrstva vody těsně u hladiny směrem do hloubky teplota
klesaacute Voda o vyššiacute teplotě maacute menšiacute hustotu a za normaacutelniacutech okolnostiacute stoupaacute v objemu vzhůru
cestou se ochlazuje a chladnaacute se vraciacute dolů Toto prouděniacute-konvekce vyrovnaacutevaacute teplotu v objemu
vody Šikovnyacutem uspořaacutedaacuteniacutem lze dosaacutehnout toho že teplota vody u dna bude viacutece než 70degC
Slunečniacute slaneacute jeziacuterko je plytkaacute vodniacute naacutedrž jejiacutež tmaveacute dno vytvaacuteřiacute rovinnyacute kolektor využiacutevajiacuteciacute
absorpci slunečniacuteho zaacuteřeniacute Ve tomto jeziacuterku je prouděniacute vody hnaneacute teplotniacutem rozdiacutelem ve středniacute
vrstvě potlačeno vhodnyacutem spaacutedem hustoty vody přidaacuteniacutem soli Ve spodniacute vrstvě vody je koncentrace
soli ještě většiacute a tak tento bdquoslanyacute roztokldquo zůstaacutevaacute u dna přestože jeho teplota převyšuje teplotu vrstev
nad niacute
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Slunečniacute světlo dopadaacute do vody přechod od sladkeacute průhledneacute vody nahoře ke slaneacute dole funguje
trochu jako čočka a koncentruje světlo na tmaveacute dno O to viacutece se hustyacute slanyacute roztok na dně zahřiacutevaacute
Ztraacutety tepla jsou středniacute vrstvou potlačeny tak se dole ustaacuteliacute poměrně vysokaacute teplota
V jeziacuterku lze rozeznat tři vrstvy vody Horniacute vrstva je studenaacute a maacute relativně malyacute obsah soli
Spodniacute vrstva vody maacute až 90degC a je velmi slanaacute Pro odděleniacute těchto dvou vrstev je podstatnyacute spaacuted
hustoty vody ve středniacute vrstvě takovyacute aby se obsah soli ve vodě zvyšoval s hloubkou Pak voda ve
středniacute vrstvě nemůže stoupat protože voda nad niacute maacute menšiacute obsah soli a je lehčiacute Voda pod niacute maacute
vyššiacute obsah soli a je těžšiacute Udržiacuteme-li stabilniacute hustotniacute spaacuted potlačiacuteme prouděniacute a středniacute vrstva
tepelně zaizoluje spodniacute velmi slanou vodu
Světlo prostoupiacute horniacutemi meacuteně slanyacutemi vrstvami a asi 30 pohlceneacute energie se akumuluje v
nejspodnějšiacute vrstvě odkud je v přiacutepadě potřeby odebiacuteraacuteno
Největšiacute slunečniacute bazeacuten zřiacutezenyacute k vyhřiacutevaacuteniacute městskeacuteho plaveckeacuteho bazeacutenu byl zřiacutezen v Miamisburgu
u Ohia (USA) Zaujiacutemaacute plochu půl hektaru a v 12 milionech litrů vody maacute rozpuštěny dva tisiacutece tun
soli
Aktivita 9 Energetickeacute slunečniacute slaneacute jeziacuterko
Použiteacute metody pokus přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 60 minut
Prostřediacute vyacuteuky venku třiacuteda (je třeba nahradit slunce žaacuterovkou)
Ciacutele aktivity pracovat s pojmy hustota salinita teplota prouděniacute
Pomůcky teploměr sůl sklenice vanička potravinaacuteřskaacute barva
Anotace Jednoduchyacutem akumulaacutetorem tepla mohou byacutet tzv slunečniacute jeziacuterka Slunečniacute bdquojeziacuterkaldquo existujiacute
i v přiacuterodě a to v miacutestech kde se sladkaacute voda vleacutevaacute do moře a profil salinity vody postupně ode dna
nahoru klesaacute Napřv Dunajskeacute deltě v Izraeli apod
Postup
Připravte si menšiacute sklenici s tmavyacutem dnem Daacutele připravte v jinyacutech naacutedobaacutech vodniacute roztoky soli
nasycenyacute (27g soli na 250ml vody) druhyacute meacuteně např 40 (10g soli na 250ml vody) a čistou vodu
Opatrně vytvořte pomalu ve sklenici solnyacute sloupec vody tak aby dole byl nasycenyacute roztok a nahoře
čistaacute voda Umiacutestěte sklenici na slunce nebo pod silnějšiacute žaacuterovku Po několika minutaacutech změřte
teplotu na dně a na povrchu sklenice
Vyhodnoceniacute
Využitiacutem změny hustoty vody diacuteky přidaacuteniacute soli se potlačilo prouděniacute vody ve sklenici a u dna se
akumulovala teplaacute voda
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Diskuse Jakaacute technickaacute opatřeniacute je třeba během provozu solaacuterniacutech jeziacuterek průběžně provaacutedět
(odp doplňovat sladkou vodu na hladinu udržovat hustotniacute spaacuted ndash koncentrace soli maacute tendenci se
difuacuteziacute vyrovnaacutevat odstraňovat krystaly soli apod)
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Teacutema Obnovitelneacute zdroje a PEM člaacutenky
V současneacute době se rozbiacutehajiacute pilotniacute projekty tzv hybridniacutech elektraacuteren ktereacute by několika možnyacutemi
způsoby diacuteky vodiacutekovyacutem technologiiacutem umožnily spolehlivě zapojit zejmeacutena větrnou a slunečniacute energii
nebo i bioplyn do staacutevajiacuteciacuteho energetickeacuteho bdquomixuldquo Nicmeacuteně vodiacutek se stal již daacutevno atraktivniacute
komoditou Důležitost sektoru velkovyacuteroby energie z vodiacuteku je spatřovaacutena v možnosti přispiacutevaacuteniacute ke
koliacutesaveacute vyacuterobě elektrickeacute energie z obnovitelnyacutech zdrojů dosahujiacuteciacute takoveacute velikosti že dodaacutevka a
požadavky na elektrickou energii využiacutevajiacute pomoci uskladňovaciacutech mechanismů vodiacuteku Vodiacutek je
ekologicky čistyacute
Palivoveacute člaacutenky jsou vlastně elektrochemickeacute generaacutetory člaacutenek přeměňuje přiacutemo chemickou energii
paliva a okysličovadla na elektřinu Palivoveacute člaacutenky typu PEM se řadiacute do kategorie niacutezkoteplotniacutech (do
200degC) člaacutenků Vyznačujiacuteciacute se dobrou dynamikou regulace vyacutekonu bezhlučnyacutem chodem či niacutezkyacutemi
emisemi škodlivin Nachaacutezejiacute většiacute uplatněniacute u přenosnyacutech a
mobilniacutech aplikaciacute Meacuteně frekventovaneacute jsou u aplikaciacute stacionaacuterniacutech Diacuteky niacutezkeacute teplotě nejsou
vhodneacute pro spolupraacuteci napřiacuteklad s kogeneračniacutemi jednotkami
Stručneacute informace k principu na ktereacutem je založen PEM člaacutenek
Palivovyacute člaacutenek maacute dvě elektrody katodu a anodu Termiacutenem katoda označujeme elektrodu na ktereacute
se odehraacutevaacute redukčniacute reakce (naacuterůst zaacuteporneacuteho naacuteboje chemickyacutech prvků a sloučenin) a termiacutenem
anoda označujeme elektrodu na ktereacute probiacutehaacute oxidačniacute reakce (naacuterůst kladneacuteho naacuteboje chemickyacutech
prvků a sloučenin) Při reakci v palivoveacutem člaacutenku je katoda nabita kladně a anoda zaacuteporně Při zpětneacute
reakci elektrolyacuteze je katoda elektricky zaacutepornaacute a anoda elektricky kladnaacute Elektrony proteacutekajiacute
samovolně od elektricky zaacuteporneacuteho poacutelu k poacutelu elektricky kladneacutemu
Na anodě jsou vodiacutekoveacute molekuly rozloženy na kladně nabiteacute vodiacutekoveacute ionty a volneacute elektrony
Vodiacutekoveacute ionty jsou rozptyacuteleny přes membraacutenu (elektrolyt) na katodu Na katodě tyto ionty reagujiacute s
kysliacutekem a volnyacutemi elektrony ktereacute prošly přes vnějšiacute zaacutetěž a vykonaly praacuteci a vznikaacute voda Při použitiacute
reverzibilniacuteho člaacutenku je při nabiacutejeniacute přesně opačnyacute princip Je to vlastně elektrolyacuteza vody V palivoveacutem
člaacutenku zaacutesobujiacute palivovyacute a oxidačniacute plyn přiacutemo anodu a katodu a to v tomto pořadiacute Fyzickaacute struktura
palivoveacuteho člaacutenku je tedy takovaacute že plyny proteacutekajiacute kanaacutelky po obou stranaacutech elektrolytu Elektrolyt je
zaacutekladem pro rozděleniacute palivovyacutech člaacutenků na jednotliveacute druhy Různeacute elektrolyty vedou různeacute druhy
iontů
V ideaacutelniacutem přiacutepadě by na elektrickeacutem vyacutestupu palivoveacuteho člaacutenku bylo při jakeacutemkoliv provozniacutem proudu
ideaacutelniacute stanoveneacute napětiacute tedy 118 V Ve skutečnosti dosahujiacute palivoveacute člaacutenky sveacuteho nejvyššiacuteho
vyacutestupniacuteho napětiacute při stavu napraacutezdno (bez zatiacuteženiacute) S rostouciacutem proudem prochaacutezejiacuteciacutem člaacutenkem
napětiacute člaacutenku klesaacute Tento jev je znaacutem jako polarizace člaacutenku a je popsaacuten polarizačniacute křivkou
Polarizačniacute křivka znaacutezorňuje zaacutevislost napětiacute člaacutenku na jeho proudu Velikost proudu je zaacutevislaacute na
velikosti elektrickeacute zaacutetěže kteraacute je připojenaacute k palivoveacutemu člaacutenku
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Polarizačniacute křivka ve sveacute podstatě ukazuje elektrochemickou uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku při jeho
zatiacuteženiacute přiacuteslušnyacutem provozniacutem proudem pokud budeme uvažovat že uacutečinnost je rovna podiacutelu
skutečneacuteho napětiacute člaacutenku k teoreticky stanoveneacutemu maximu napětiacute člaacutenku tedy 118 V
Elektrickyacute vyacutekon je vyacutesledkem existence napětiacute a proudu v jednom obvodu P = U bull I Protože
polarizačniacute křivka palivoveacuteho člaacutenku vykazuje vztah mezi napětiacutem a proudem člaacutenku za všech
provozniacutech stavů můžeme ji použiacutet pro sestrojeniacute odpoviacutedajiacuteciacute vyacutekonoveacute křivky Okamžitaacute hodnota
vyacutekonu člaacutenku je v jakeacutemkoliv bodě křivky graficky charakterizovaacutena jako plocha obdeacutelniacuteku jehož
jeden roh se dotyacutekaacute křivky a druhyacute je umiacutestěn v počaacutetku soustavy souřadnic
Maximaacutelniacute vyacutekon je u skutečneacuteho palivoveacuteho člaacutenku dosahovaacuten při velikosti napětiacute mezi 05 a 06 V
což odpoviacutedaacute relativně vysokeacutemu proudu 700 až 800 mA cm-2 Nejvyššiacute hodnotu křivka dosaacutehne v
okamžiku kdy vnitřniacute rezistence člaacutenku je rovna elektrickeacute rezistenci vnějšiacuteho obvodu Protože
uacutečinnost člaacutenku klesaacute s narůstajiacuteciacutem napětiacutem musiacute dojiacutet ke kompromisu mezi vysokyacutem vyacutekonem a
vysokou uacutečinnostiacute
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 Charakteristika a uacutečinnost palivoveacuteho člaacutenku PEM a PEM elektrolyzeacuteru
Užitneacute vlastnosti elektrolyzeacuteru a palivoveacuteho člaacutenku jsou zkoumaacuteny pomociacute zařiacutezeniacute Phywe
Zaznamenaacutevaacuteniacutem volt-ampeacuteroveacute charakteristiky člaacutenku je možneacute určit polarizačniacute napětiacute Celeacute
sestaveniacute experimentu je popsaacuteno a znaacutezorněno v naacutevodu Phywe LEP 4111
Aktivity
Aktivita 1
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity uvědomit si princip akumulace vyrobit vodiacutek
Pomůcky PEM člaacutenek zdroj nebo solaacuterniacute panelinjekčniacute střiacutekačka hadička voltmetr a
ampeacutermetr rezistor špejle zaacutepalky
Postup
Zkontrolujte zda jsou zaacutesobniacuteky naplněny destilovanou vodou až po okraj Nastavte napaacutejeciacute zdroj
nebo solaacuterniacute panel na hodnotu 15V 200mA a připojte jej k palivoveacutemu člaacutenku Palivovyacute člaacutenek
nabiacutejejte určitou dobu kterou zaznamenejte Z plynoveacuteho zaacutesobniacuteku odeberte trochu vodiacuteku Zdaacutelky
opatrně zapalte Zapište pozorovaacuteniacute
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Aktivita 2
Do obvodu se zdrojem a elektrolyzeacuterem připojiacuteme ampeacutermetr a voltmetr tak abychom mohli měřit
napětiacute na elektrolyzeacuteru a proud kteryacute obvodem proteacutekaacute
Měřiacuteme zaacutevislost proudu na napětiacute v rozsahu 1Vndash2V Při zvyšovaacuteniacute napětiacute nejprve elektrolyzeacuterem
proud neproteacutekaacute Teprve až po dosaženiacute hodnoty tzv
rozkladneacuteho napětiacute začne elektrolytickyacute rozklad molekul vody a elektrolyzeacuterem proteacutekaacute proud
Současně pozorujeme unikaacuteniacute plynů do zaacutesobniacuteků Nad rozkladnyacutem napětiacutem roste proud v zaacutevislosti
na napětiacute přibližně lineaacuterně Zakresliacuteme graf Hodnotu rozkladneacuteho napětiacute určiacuteme jako průnik
prodlouženeacute lineaacuterniacute zaacutevislosti s osou napětiacute
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Teacutema Ultrazvuk
Ultrazvukoveacute metody čištěniacute nachaacutezejiacute dnes širokeacute uplatněniacute v průmyslu např při čištěniacute a
odmašťovaacuteniacute po třiacuteskoveacutem obraacuteběniacute před naacutesledujiacuteciacutemi povrchovyacutemi uacutepravami Zde je možneacute
aplikovat moderniacute čisticiacute prostředky na baacutezi vodniacutech roztoků ktereacute se dajiacute ekologicky likvidovat po
jejich použitiacute Metody sloužiacute jako naacutehrada za již nevyhovujiacuteciacute chlorovaneacute uhlovodiacuteky ktereacute
poškozovaly životniacute prostřediacute
Ultrazvukem v průmyslu je možneacute čistit složiteacute tvaroveacute formy před jejich uskladněniacutem Ultrazvukoveacute
čištěniacute se z uacutespěchem daacutele použiacutevaacute v různyacutech servisniacutech středisciacutech zdravotnictviacute optickyacutech
aplikaciacutech zubniacute ordinaciacutech pro zvyacutešeniacute uacutečinnosti při čištěniacute a naacutesledneacute desinfekci naacutestrojů a
pomůcek
Je to velmi efektivniacute metoda čištěniacute tvarově složityacutech forem (tvary kanaacutelky ultrazvuk čistiacute i za rohem
)
V našem experimentu užijeme měřiacuteciacute aparaturuve ktereacute se ultrazvuk šiacuteřiacute v kapalneacutem prostřediacutem
Rychlost šiacuteřeniacute ultrazvukoveacuteho vlněniacute v čistyacutech kapalinaacutech zaacutevisiacute na tlaku a hustotě prostřediacute Ve
většině přiacutepadů nekladou kapaliny žaacutednyacute odpor smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute proto se v nich šiacuteřiacute pouze
podeacutelneacute vlny Vyacutejimku tvořiacute jen skutečně velmi viskoacutezniacute kapaliny
V našich experimentech zvukoveacute vlny v kapalině vyvolaacutevaacuteme ultrazvukovyacutem generaacutetorem a jsou
detekovaacuteny piezoelektrickyacutem ultrazvukovyacutem přijiacutemačem Signaacutely z vysiacutelače a přijiacutemače sledujeme
pomociacute osciloskopu Signaacutely z generaacutetoru ultrazvuku a přijiacutemače ultrazvuku zaznamenaacutevaacuteme pomociacute
osciloskopu
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute z naacutevodu Phywe LEP 1511 bdquoRychlost ultrazvuku v kapalinaacutechldquo Sniacutemaacute se
ultrazvukoveacute echo v měřeneacute kapalině Ciacutelem je ověřit velikost faacutezoveacute a grupoveacute rychlosti vlněniacute
v kapalinaacutech
Etanol (25degC) 1207 ms voda destilovanaacute (20degC) 1481 ms voda destilovanaacute (25degC) 1497 ms
voda slanaacute (20degC) 1500 ms
Aktivity
Aktivita 1 Sonar - simulace průzkumu mořskeacute dna
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute sonaru
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Pomůcky hlubšiacute naacutedoba ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku
Nechaacuteme ultrazvuk dopadat na dno hlubokeacute naacutedrže a sniacutemaacuteme odraženyacute Na zaacutekladě časoveacuteho
intervalu kteryacute uplyne mezi vyslaacuteniacutem signaacutelu v čase jeho přijetiacutem v čase a znaacutemeacutevelikosti rychlosti v
šiacuteřeniacute ultrazvuku ve vodě lze určit vzdaacutelenost l kterou ultrazvuk urazil čili hloubku naacutedrže
Aktivita 2 Ultrazvuk ndash jako užitečnyacute pomocniacutek
Použiteacute metody přiacutepadně demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 30 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Ciacutele aktivity užitiacute ultrazvuku
Pomůcky ultrazvukovyacute měnič detektor ultrazvuku sycenyacute naacutepoj maacuteslo mleacuteko voda vejce bryacutele gel
Postup
V teacuteto aktivitě ukaacutežeme možnaacute využitiacute vibraciacute způsobenyacutech šiacuteřeniacutem ultrazvuku v kapalině napřiacuteklad k
vypuzovaacuteniacute plynů z kapalin (vypuzeniacute oxidu uhličiteacuteho z kofoly) k vytvaacuteřeniacute emulziacute (rozmiacutechaacuteniacute tuk ve
vodě vaječneacute majoneacuteze) k čistěniacute drobnyacutech součaacutestek a čoček bryacuteliacute
Teacutema Viskozita a tekutost
Viskozita je vědeckyacute termiacuten kteryacute souvisiacute s konzistenciacute kapaliny Tekutiny jsou považovaacuteny za velmi
viskoacutezniacute jestliže vykazujiacute velkeacute vnitřniacute třeniacute při pohybu mezi jejich čaacutesticemi Viskozita je miacuterou třeniacute v
proudiacuteciacute tekutině chaacutepeme ji jako miacuteru odporu při posouvaacuteniacute rovnoběžnyacutech vrstev kapaliny - vnitřniacute
třeniacute mezi těmito vrstvami Viskozita je měřiacutetkem tekutosti kapalin projeviacute se při pohybu v kapalině i
při pohybu kapaliny samotneacute
Ekologickeacute souvislosti toho zda kapalina maacute niacutezkou či vysokou viskozitu souvisiacute se způsobem použitiacute
kapaliny nejčastěji jako maziva v pohyblivyacutech čaacutestech strojů či jako oběhoveacute kapaliny pro přenos tepla
apod U strojů je potřeba dostatečnaacute viskozita maziva a přiměřenaacute teplotniacute zaacutevislost kapaliny pro
udrženiacute patřičneacute vrstvy oleje ale na druheacute straně nepřiacuteliš vysokaacute Např viskozitniacute označeniacute např 5W-
30 umožňuje rozpoznat kvalitu olejů Prvniacute tzv bdquozimniacuteldquo čiacuteslo čiacutem je menšiacute tiacutem maacute olej lepšiacute
niacutezkoteplotniacute vlastnosti Olej se po nastartovaacuteniacute dostane daleko rychleji tam kde maacute byacutet Maacute tedy
rychlyacute naacuteběh mazaacuteniacute čiacutemž se sniacutežiacute opotřebeniacute motoru Nižšiacute viskozita oleje zajistiacute i menšiacute spotřebu
paliva Tiacutem takeacute zvyšujeme vyacutekon motoru Druheacute čiacuteslo charakterizuje olej za vyššiacutech teplot Dnes i
velmi tenkaacute mazaciacute vrstva syntetickeacuteho oleje dokaacuteže motor dokonale chraacutenit Jak při niacutezkyacutech
teplotaacutech tak i za teplot vysokyacutech vnitřniacute třeniacute kapaliny spotřebovaacutevaacute energii paliva Pokud bude miacutera
vnitřniacuteho třeniacute tzn viskozita minimaacutelniacute nedojde k takovyacutem ztraacutetaacutem energie
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Ideaacutelniacute teplonosnaacute kapalina maacute niacutezkou viskozitu nezatěžuje životniacute prostřediacute a je termicky dlouhodobě
staacutelaacute aby při vyššiacutech teplotaacutech i nižšiacutech nedochaacutezelo k nepřiacuteznivyacutem jevům třeba degradaci složek
kapalneacute směsi
Experimenty v měrneacutem praktiku
Experiment 1 vychaacuteziacute naacutevodu uacutelohy Phywe LEP 1404 Viskozimetrie v niacutež se rotačniacute viskozimetr
použiacutevaacute k určeniacute viskozity olejů i nenewtonovskyacutech kapalin Přiacutemo měřitelnyacutemi veličinami u rotačniacutech
viskozimetrů je uacutehlovaacute rychlost přiacutep počet otaacuteček za čas ustaacuteleneacuteho pohybu jednoho z vaacutelců a daacutele
uacutedaje o odporu kapaliny proti smykoveacutemu namaacutehaacuteniacute v důsledku vzniku gradientu rychlosti Tento
odpor se projevuje jako kroutiacuteciacute moment kteryacutem se jeden z vaacutelců přiacutestroje braacuteniacute proti pohybu
přenaacutešeneacuteho kapalinou z druheacuteho vaacutelce Užijte zařiacutezeniacute Phywe podle přiloženeacuteho naacutevodu
Aktivity
Aktivita č 1
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda odměrneacute vaacutelcehodinky
Postup Vyplňte dva průhledneacute odměrneacute vaacutelce stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin
Pozorujte paacuted kuličky v obou kapalinaacutech Zaznamenejte jak dlouho to trvaacute každeacute z kuliček než
dosaacutehne na dno vaacutelce Tekutina v niacutež se pohybuje kulička pomaleji je viacutece viskoacutezniacute
Aktivita č 2
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece přiacutep demonstrace diskuse
Časovaacute naacuteročnost 15 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů voda odměrneacute vaacutelce birety hodinky
Postup Naplňte dvě birety stejnyacutem objemem dvou různě viskoacutezniacutech kapalin zaacuteroveň nechte vyteacutekat
obě kapaliny plnyacutem proudem po kraacutetkeacute době (10 sekund) vyacutetok zastavte Kapalina kteraacute ztratila viacutece
objemu je meacuteně viskoacutezniacute Podobně pozorujte vyacutetok kapaliny otvorem napřiacuteklad ve stěně dna
polystyreacutenoveacuteho šaacutelku na naacutepoje
Aktivita č 3
Použiteacute metody samostatnaacute praacutece diskuse
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Časovaacute naacuteročnost 20 minut
Prostřediacute vyacuteuky třiacuteda
Pomůcky dva typy olejů kečup med voda kapaacutetko hodinky
Postup Nechte steacutekat kapky obou zkoumanyacutech kapalin po svisleacute hladkeacute desce naznačte horizontaacutelniacute
startovniacute a konečneacute čaacutery sledujte dobu nutnou k překonaacuteniacute teacuteto vzdaacutelenosti pro obě kapaliny
Teacutema Měřeniacute spalin
Kvalita ovzdušiacute je důležitou součaacutestiacute životniacuteho prostřediacute kteraacute ovlivňuje zdraviacute lidiacute proto je důležiteacute jiacute
věnovat naacuteležitou pozornost V rozvojoveacutem světě se v domaacutecnostech obvykle vařiacute na otevřeneacutem
ohništi kde se spaluje palivoveacute dřiacuteviacute Tzv bdquočerneacute kuchyněldquo kde ženy traacuteviacute při vařeniacute několik hodin
denně většinou nemajiacute komiacuten ani okna Podle Světoveacute zdravotnickeacute organizace ve světě každyacute rok
zemře 15 milionu lidiacute na naacutesledky chorob způsobenyacutech vdechovaacuteniacutem kouře z biomasy Ve městech
rozvinuteacuteho světa (včetně ČR) byacutevaacute často využito centraacutelniacute vytaacutepěniacute domaacutecnostiacute se zdrojem tepla v
bliacutezkeacute teplaacuterně kde je možneacute zajistit uacutečinneacute spalovaacuteniacute paliva za vysokyacutech teplot I vesnice mohou miacutet
vlastniacute centraacutelniacute spalovnu s kotlem na biomasu a rozvody tepla do rodinnyacutech domů (např Hostětiacuten)
Kvalitu ovzdušiacute na vesniciacutech zhoršujiacute hlavně exhalace z komiacutenů rodinnyacutech domů Špatneacute rozptyloveacute
podmiacutenky nastaacutevajiacute v přiacutepadě atmosfeacuterickeacute inverze Situaci lze zlepšovat vyacuteměnou staryacutech kamen za
moderniacute a uacutečinnějšiacute zařiacutezeniacute a volbou vhodneacuteho paliva Ve městech je kvalita ovzdušiacute silně ovlivněna
vyacutefukovyacutemi plyny z automobiloveacute dopravy Složeniacute vyacutefukovyacutech plynů zaacutevisiacute na druhu paliva a uacutečinnosti
spalovaciacuteho procesu ve spalovaciacutem motoru automobilu
Experimenty v měrneacutem praktiku
V environmentaacutelniacute laboratoři studenti učitelstviacute provaacutedějiacute měřeniacute s využitiacutem analyzaacutetoru spalin
HORIBA PG-250C kteryacute umožňuje měřit koncentrace pěti složek spalin NOx SO2 CO CO2 O2
Byly připraveny 2 uacutelohy jejichž zadaacuteniacute a pracovniacute postup majiacute studenti k dispozici na internetoveacute
straacutence projektu FRVŠ bdquoZřiacutezeniacute laboratoře pro integrovanou environmentaacutelniacute vyacuteukuldquo Prvniacute uacuteloha je
zaměřena na měřeniacute složeniacute vyacutefukovyacutech plynů automobilu a 2 uacuteloha je měřeniacute složeniacute dřevoplynu
Aktivity
Aktivita č 1
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv
Straacutenka1
4
Ve školniacute diacutelně mohou žaacuteci ZŠ vyrobit jednoduchaacute dřevoplynovaacute kamna z plechovek podle naacutevodu
dostupneacuteho zde lthttpgooglgDr3sgt
Aktivita č 2
V dřevoplynovyacutech kamnech probiacutehaacute pyrolyacuteza při niacutež se z biomasy uvolňuje dřevoplyn kteryacute je pak
spalovaacuten Struktura původniacute biomasy však zůstane zachovaacutena ve formě uhlu Žaacuteci tak mohou připravit
vzorky zuhelnatělyacutech skořaacutepek šišek apod jež jsou snadno rozpoznatelneacute Tuto aktivitu si připravili
žaacuteci ZŠ pro festival GLOBE Games 2010 jako uacutekol pro veřejnost Naacutevštěvniacuteci měli přiřadit spraacutevnyacute
popis původniacute biomasy ke vzorkům uhlu Fotografie z akce jsou zde httpgooglHNAvv