Archivní obsah
Tento materiál pochází ze staršího archivu rvp.cz a už není součástí aktuální nabídky. Uchováváme ho, aby na něj dál vedly původní odkazy.
Odborný článek
Archivní obsah
Tento materiál pochází ze staršího archivu rvp.cz a už není součástí aktuální nabídky. Uchováváme ho, aby na něj dál vedly původní odkazy.
Vzhledem ke stále klesajícímu zájmu o přírodovědné předměty je nutné neustále zvyšovat přitažlivost metod a forem výuky i na vysokoškolské úrovni. Posledních několik desetiletí patří právě nerovnovážná termodynamika k nově se rozvíjejícím, dynamickým oblastem fyziky. Jedním ze způsobů jak zvýšit přitažlivost moderní termodynamiky a jak umožnit studentům fyziky seznámit se s nejmodernějšími výzkumy v této oblasti je vytvoření multimediálních materiálů. Nejefektivnějším univerzálním prostředkem se jeví vytvoření internetových stránek. Výhodou jsou široké možnosti využití grafiky, videa a animací, rychlá aktualizace a snadná dostupnost.
Cílem našeho příspěvku je zviditelnit projekt, který je umístěn na internetových stránkách oddělení fyziky KMT FPE Západočeské univerzity v Plzni: http://nelterm.kof.zcu.cz/ .
Vytvořené internetové stránky slouží jako studijní materiál pro prezenční i distanční studium předmětu termodynamika. Formou multimediálního textu je zde zpracována problematika nerovnovážné termodynamiky a jejích aplikací v hydrodynamice, chemii a biologii.
V rámci projektu byly provedeny pokusy demonstrující vznik disipativních struktur v těchto systémech a pořízeny jejich digitální videozáznamy a fotografie.
Motivací autorů bylo pomocí multimediální textu umožnit inovaci výuky termodynamiky především na vysokých školách a také obeznámit širokou veřejnost s problematikou, která není doposud příliš známá, nicméně přesto velmi zajímavá. Vzhledem k interdisciplinárnímu charakteru může být text využit ve výuce fyzikálních, biologických a chemických oborů nebo oborů hraničních. Studium vzniku a vlastností nerovnovážných struktur na úrovni hydrodynamiky a chemie přispěje též k lepšímu pochopení vzniku a projevů živých systémů. Dále text přispěje k rozvoji mezioborových vztahů a k fyzikální interpretaci živých systémů. Prostřednictvím internetu je text dlouhodobě přístupný studentům i akademickým pracovníkům všech českých středních a zejména vysokých škol.
Části multimediálního textu
1. Nerovnovážná termodynamika
Krátký úvod do problematiky seznamuje se základy termodynamiky, dělením na lineární nerovnovážnou termodynamiku, která je dále prakticky využita zejména v aplikaci (optimální režimy v biologických systémech v části Aplikace v biologii), a nelineární nerovnovážnou termodynamiku, objasňující především pojmy jako disipativní struktury, fluktuace, bifurkace.
2. Aplikace v hydrodynamice
V této části jsou prezentovány tzv. hydrodynamické nestability a v nich vznikající nerovnovážné struktury, jako konvekční válce Bénardovy buňky, Taylorovy víry, Strouhalovy víry aj. Na stránce věnované tepelné konvekci je podrobněji zmíněn Lorenzův model. V rámci této části byl prováděn experiment demonstrující vznik Bénardových buněk s příslušnou videonahrávkou. Není zde zmíněn kvantitativní popis problémů pomocí termodynamiky kontinua, protože to autoři pokládají za problematiku přesahující záměr stránek.
3. Aplikace v chemii
V této části jsou prezentovány chemické experimenty demonstrující vznik nerovnovážných struktur – chemické oscilace a chemické vlny. Většina experimentů prováděných v rámci projektu je prezentována právě v této části www stránek. Součástí jsou také fotografie a videonahrávky prováděných experimentů. Hlubší teoretický rozbor chemických oscilačních reakcí je k dispozici na přiloženém souboru v programu Microsoft Word.
4. Aplikace v biologii
Zde se jedná spíše o teoretickou část, navazující na aplikace v chemii. Ukazuje děje analogické chemickým oscilacím a vlnám jako biochemické oscilace, které jsou podstatou biologických rytmů, reakčně-difúzní systémy, na jejichž principu dochází k uspořádávání diferenciací jednobuněčných stadií hlenky do mnohobuněčného organizmu, ke vzniku barevných vzorů na schránkách měkkýšů, či srdečním arytmiím.
Závěrem
Ověřováním projektu zatím zjišťujeme, že forma multimediálního textu na internetových stránkách je dobře přístupným způsobem, vedoucím ke zkvalitnění výuky moderní termodynamiky. Text přispívá také k rozvoji mezioborových vztahů a k fyzikální interpretaci živých systémů.
Tento materiál je publikován pod licencí Creative Commons – Uveďte původ – Neužívejte komerčně – Nezpracovávejte 3.0 ČR.