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
Pokusy s
3,0 (2 hodnocení)
V článku jsou uvedeny ukázky zajímavých pokusů vztahujících se k měření elektrického odporu vodiče (rezistoru) a zjišťování závislosti odporu na vlastnostech vodiče prováděných pomocí jednoduchých a snadno dostupných pomůcek.
Málokdo ví, že uhlíkový rezistor je možné prakticky s nulovými náklady vyrobit. Stačí nakreslit obyčejnou tužkou čáru na kvalitní papír. Této skutečnosti je možno s výhodou užít při procvičování několika témat z elektřiny. Každý žák přitom potřebuje jen měkkou tužku (tvrdost 0 nebo 1) a čtverečkovanou čtvrtku. V každé pracovní skupině se pak používá jeden ohmmetr, případně plochá baterie s miliampérmetrem. V následujícím přehledu jsou rozebrány některé jevy a zákonitosti, které je možno pomocí "kreslených" rezistorů demonstrovat.
1. Závislost odporu vodiče na jeho délce
Každý žák si pečlivě vykreslí tužkou obdélník o stranách například "1 x 3 čtverečky" a změří jeho odpor tak, že vývody ohmmetru přitiskne na kraje obdélníku. Nemáme-li ohmmetr, lze odpor vypočítat z Ohmova zákona (známé napětí - například 4,5 V - z ploché baterie dělíme proudem změřeným miliampérmetrem). Pak žáci prodlouží nakreslený vodič tím, že přikreslí k již hotovému obdélníku další část (např. opět 1 × 3 čtverečky). Opět změří odpor a naměřenou hodnotu srovnají s hodnotou předešlou. Postup lze několikrát opakovat, až je možné usoudit, že odpor vodiče roste s jeho délkou. Postup je patrný z obr. 1.
Obrázek
2. Závislost odporu vodiče na jeho průřezu
Výška "nakreslených" vodičů je nepatrná a nelze ji měřitelně zvětšovat. Proto plošný obsah zvyšujeme zvětšením šířky vykresleného obdélníku. Postup kreslení a měření je patrný z obr. 2. Použijí-li se ke kreslení tužky různých tvrdostí, je možné se přesvědčit i o závislosti odporu na materiálu vodiče: čím vyšší stupeň tvrdosti má tužka, tím je odpor obdélníku stejných rozměrů vyšší.
Měkká tužka, čtverečkovaný papír, plochá baterie a miliampérmetr (resp. místo ploché baterie a miliampérmetru ohmmetr).
Obrázek
3. Spojování rezistorů za sebou
Žáci vykreslí několik obdélníků, jejichž rozměry jsou stejné (např. jeden čtvereček), a sice tak, že se téměř dotýkají kratšími stranami. Změří odpory jednotlivých "rezistorů", hodnoty si zapíší a pečlivě zakreslí mezery mezi obdélníky. Pak změří celkový odpor a výsledek porovnají s odpory původních obdélníků. Ověří tak vztah, podle kterého se výsledný odpor sériové kombinace rezistorů rovná součtu jednotlivých odporů. Postup je zřejmý z obr. 3.
Obrázek
4. Spojování rezistorů vedle sebe
Postup je obdobou předchozího pokusu. Rozdíl je v tom, že původní obdélníky mají stejnou délku a kreslí se těsně u sebe, a to delšími stranami. Postup je zcela zřejmý z obr. 4. Z měření je patrné, že výsledný odpor rezistorů zapojených vedle sebe (paralelně) je menší než nejmenší z původních odporů.
Obrázek
5. Reostat
Funkci reostatu je možné ověřit miliampérmetrem v zapojení podle obr. 5. Pevně zařazený rezistor o odporu R zabraňuje překročení rozsahu miliampérmetru při náhodném dotyku měřícími hroty. Přitiskne-li žák jeden měřicí hrot ke kraji dlouhého, pečlivě vykresleného obdélníku může pozorovat závislost proudu při regulaci posouváním druhého hrotu "po délce". Je dobře vidět, že proud v takto regulovaném obvodu neklesá na nulu. Pro optické zdůraznění průběhu regulace je vhodné zapojit do obvodu svítivou diodu.
Obrázek
6. Regulace děličem napětí (potenciometrem)
Jsou-li v měřicí skupině alespoň dva žáci, je možné s trochou šikovnosti vyzkoušet činnost děliče napětí. Postupujeme přitom podle obr. 6, na kterém je vlevo schéma obvodu, vpravo skutečná realizace. Z měření je zřejmé, že na rozdíl od předchozího zapojení, můžeme proud snížit až na nulu.
Obrázek
7. Nelineární potenciometr
Pro zájemce je možné ukázat "kreslenými" rezistory i funkci nelineárního potenciometru. Odporovou "dráhu" takového potenciometru realizujeme například tím, že vykreslíme rovnoramenný trojúhelník s krátkou základnou - obr. 7. Je možné i zapisovat změřené odpory při posouvání měřicího hrotu vždy o jeden čtvereček. Zvolíme-li pevný bod na základně trojúhelníku, je průběh odporu podobný potenciometru s exponenciálním průběhem, je-li nepohyblivý hrot na vrcholu trojúhelníku, odpovídá průběh odporu potenciometru logaritmickému.
Obrázek
8. Závislost odporu uhlíkového rezistoru na teplotě, zatížitelnost
S použitím zdroje o vyšším napětí - alespoň 20 V (například zdroj BK 127 0-20 V nebo BK 125±15 V) - lze ukázat i teplotní závislost odporu uhlíkového rezistoru, případně i důsledky nedodržení zatížitelnosti. Vhodné zapojení je na obr. 8.
Obrázek
Hroty přitiskneme na pečlivě vykreslenou plochu do vzdálenosti asi 2 - 3 mm. Protékajícím proudem se uhlíková vrstva na papíře zahřívá a její odpor klesá, což lze pozorovat na vzrůstu proudu. Protože napětí zdroje je konstantní, roste i výkon a v určitém okamžiku se uhlíková vrstva mezi hroty přepálí. Děj je možné dobře pozorovat: vrstva mezi hroty se rozžhaví a uhlík se spálí zřetelným plaménkem. Výkon je přitom tak malý, že nedojde k zapálení papíru. Pro blízkost měřicích hrotů je nutné, aby použitý zdroj měl nadproudovou pojistku, která zabrání důsledkům náhodného zkratu mezi měřicími hroty. I když se papír nezapálí, je nutné vložit mezi něj a lavici podložku, která zabrání zhnědnutí. Podložka může být z tvrdého papíru, umakartu, sololitu apod.
Autor článku užíval popsané metody (jejíž možnosti nejsou v tomto článku zdaleka vyčerpány) v elektronickém kroužku pro děti ve věku 10 až 14 let. Navržená metoda byla pro děti velmi poutavá, velmi oblíbené bylo měření odporu vlastního podpisu a zjišťování, kdo je z kolektivu "nejodpornější". Jinou atraktivní aplikací bylo použití "kreslených" potenciometrů v obvodech astabilních multivibrátorů se sluchátkem, kde bylo možno dosahovat plynulé změny frekvence a vytvořit tak jakýsi jednoduchý syntetizér.
Obrázek
Nejjednodušší zapojení "hudebního nástroje" s kresleným potenciometrem je na obr. 9. Toto zapojení pracuje jako relaxační generátor, při jehož činnosti se využívá nedestruktivního průrazu inverzně zapojeného tranzistoru. Uvedené hodnoty nejsou kritické, tranzistor může být prakticky libovolný (u typu pnp se změní polarita zdroje), k funkci je však nutné, aby zdroj měl napětí vyšší, než je průrazné napětí tranzistoru (zpravidla více než 10 V). Užitý reproduktor může mít i 8Ω, může být nahrazen i telefonním sluchátkem. Intenzivnější zvuk lze dosáhnout zapojením podle obr. 10. Astabilní obvod je tvořen integrovaným časovačem NE 555, jako zdroj je možné použít i plochou baterii, reproduktor je opět možné nahradit sluchátkem, pak je možno vynechat rezistor 22Ω.
Obrázek
