Foglio di lavoro elettrico di base

IMPIANTO ELETTRICO SENZA ROMPERE I MURI? - Next Tape il Nastro Elettrico Adesivo (Aprile 2019).

Anonim

Foglio di lavoro elettrico di base

Elettricità di base


Domanda 1

Qual è lo scopo dell'interruttore mostrato in questo schema schematico "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00013x01.png">

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Questo dispositivo è noto come interruttore e il suo scopo in questo circuito è quello di stabilire o interrompere la continuità elettrica del circuito per controllare la lampadina.

Gli appunti:

Gli studenti principianti spesso trovano la terminologia per gli interruttori confusa, perché le parole aperte e chiuse suonano in modo simile alla terminologia utilizzata per le porte, ma non significano la stessa cosa se usate in riferimento a un interruttore! Per evitare confusione, chiedi agli studenti come potrebbero pensare a questi termini in modo coerente con il loro significato nel contesto di un interruttore elettrico.

Un'analogia da usare per la funzione dell'interruttore che ha senso con lo schema è un ponte levatoio: quando il ponte è abbassato (chiuso), le auto possono attraversare; quando il ponte è aperto (aperto), le auto non possono.

Domanda 2

Che differenza farà se l'interruttore si trova in una di queste due posizioni alternative nel circuito?

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La scelta delle posizioni dei commutatori mostrata nei due diagrammi alternativi non fa alcuna differenza. In entrambi i casi, l'interruttore esercita lo stesso controllo sulla lampadina.

Gli appunti:

Questo è un concetto difficile per alcuni studenti da padroneggiare. Assicurati che tutti comprendano la natura della corrente elettrica e l'importanza della continuità lungo l'intero circuito. Forse il modo migliore per gli studenti di padroneggiare questo concetto è quello di costruire effettivamente circuiti funzionanti con interruttore a batteria. Ricorda loro che la loro "ricerca" di queste domande sul foglio di lavoro non si limita alla lettura del libro. Non è solo valido, ma preferibile per loro sperimentare da soli, a patto che le tensioni siano sufficientemente basse da non creare scosse elettriche.

Un'analogia da usare per la funzione dell'interruttore che ha senso con lo schema è un ponte levatoio: quando il ponte è abbassato (chiuso), le auto possono attraversare; quando il ponte è aperto (aperto), le auto non possono.

Domanda 3

Questo interruttore (nello stato chiuso) ha una bassa resistenza o un'alta resistenza tra i suoi terminali "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00027x01.png">

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Si suppone che un interruttore chiuso abbia una bassa resistenza tra i suoi terminali.

Gli appunti:

Chiedi agli studenti cosa significherebbe se un interruttore chiuso misurasse effettivamente un'elevata resistenza tra i suoi terminali. Sapere quali dovrebbero essere le misure di qualsiasi componente elettrico è un'abilità molto importante per la risoluzione dei problemi.

Domanda 4

Come si può utilizzare un misuratore (o un tester di conducibilità / continuità) per determinare se questo interruttore elettrico si trova nello stato aperto o chiuso ?

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La maggior parte dei multimetri ha un campo di misura "resistenza" ("scala Ohm") che può essere utilizzato per controllare la continuità. Utilizzando un misuratore o un tester di conducibilità / continuità, misurare tra i due terminali a vite di questo interruttore: se la resistenza è bassa (buona conduttività), l'interruttore è chiuso . Se la resistenza misurata è infinita (assenza di conduttività), l'interruttore è aperto .

Gli appunti:

Questa è un'altra domanda che si presta bene alla sperimentazione. Un'abilità di vitale importanza per lo sviluppo degli studenti è come utilizzare le apparecchiature di prova per diagnosticare gli stati dei singoli componenti.

Una fonte economica di semplici switch (SPST) è un negozio di ferramenta: usa lo stesso tipo di interruttore che viene usato nel controllo della luce domestica. Questi interruttori sono molto economici, robusti e dotati di morsetti a vite per il fissaggio dei cavi. Se utilizzati in piccoli progetti alimentati a batteria, sono quasi indistruttibili!

Domanda 5

Determina se la lampadina si disecciterà per ciascuna delle seguenti interruzioni nel circuito. Considera solo una pausa alla volta:

Scegli un'opzione per ogni punto:
• A: diseccitazione / nessun effetto
• B: diseccitazione / nessun effetto
• C: diseccitazione / nessun effetto
• D: diseccitazione / nessun effetto
• E: diseccitazione / nessun effetto
• F: diseccitazione / nessun effetto
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• A: diseccitazione
• B: nessun effetto
• C: nessun effetto
• D: nessun effetto
• E: diseccitazione
• F: nessun effetto

Gli appunti:

Questa domanda è importante nel processo di risoluzione dei problemi degli studenti. Sottolinea l'importanza del pensiero induttivo: derivare i principi generali da istanze specifiche. Che cosa ci dice il comportamento di questo circuito sulla continuità elettrica "itemsheet pannello predefinito pannello" itemscope>

Domanda 6

Qui viene mostrata una rappresentazione semplificata di un atomo : la più piccola divisione della materia che può essere isolata attraverso metodi fisici o chimici.

All'interno di ogni atomo ci sono diversi piccoli frammenti di materia chiamati particelle . Identificare i tre diversi tipi di particelle "elementari" all'interno di un atomo, le loro proprietà elettriche e le loro rispettive posizioni all'interno dell'atomo.

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I neutroni risiedono nel centro ("nucleo") dell'atomo, come fanno i protoni. I neutroni sono elettricamente neutri (senza carica), mentre i protoni hanno una carica elettrica positiva. Gli elettroni, che risiedono al di fuori del nucleo, hanno cariche elettriche negative.

Gli appunti:

La maggior parte, se non tutti, gli studenti conosceranno il modello del "sistema solare" di un atomo, dall'educazione scientifica primaria e secondaria. In realtà, tuttavia, questo modello di struttura atomica non è così preciso. Per quanto ne sappiamo, il layout fisico reale di un atomo è molto, molto più strano di questo!

Una domanda che potrebbe venire in discussione è la definizione di "accusa". Non sono sicuro se sia possibile definire fondamentalmente cosa sia "carica". Certo, potremmo discutere di addebiti "positivi" e "negativi" in termini operativi: che come le spese si respingono e le cariche opposte si attraggono. Tuttavia, questo in realtà non ci dice che cosa è in realtà la carica. Questo dilemma filosofico è comune nella scienza: essere in grado di descrivere ciò che qualcosa è in termini di comportamento, ma non la sua identità o natura.

Domanda 7

Diversi tipi di atomi sono distinti da diversi numeri di particelle elementari al loro interno. Determina il numero di particelle elementari all'interno di ciascuno di questi tipi di atomi:

• Carbonio
• Idrogeno
• Elio
• Alluminio

Suggerimento: cerca ciascuno di questi elementi su una tavola periodica .

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Ogni atomo di carbonio è garantito per contenere 6 protoni. A meno che l'atomo sia elettricamente carico, conterrà anche 6 elettroni per bilanciare la carica dei protoni. La maggior parte degli atomi di carbonio contiene 6 neutroni, ma alcuni possono contenere più o meno di 6.

Ogni atomo di idrogeno è garantito per contenere 1 protone. A meno che l'atomo sia elettricamente carico, conterrà anche 1 elettrone per bilanciare la carica di un protone. La maggior parte degli atomi di idrogeno non contiene neutroni, ma alcuni contengono uno o due neutroni.

Ogni atomo di elio è garantito per contenere 2 protoni. A meno che l'atomo sia elettricamente carico, conterrà anche 2 elettroni per bilanciare la carica dei protoni. La maggior parte degli atomi di elio contiene 2 neutroni, ma alcuni possono contenere più o meno di 2.

Ogni atomo di alluminio è garantito per contenere 13 protoni. A meno che l'atomo sia elettricamente carico, conterrà anche 13 elettroni per bilanciare la carica dei protoni. La maggior parte degli atomi di alluminio contiene 14 neutroni, ma alcuni possono contenere più o meno di 14.

Mentre stai ricercando il numero di particelle all'interno di ciascuno di questi tipi di atomi, potresti imbatterti in questi termini: numero atomico e massa atomica (a volte chiamata peso atomico ). Siate pronti a discutere di cosa significano questi due termini.

Gli appunti:

Assicurati di chiedere ai tuoi studenti quali definizioni hanno trovato per "numero atomico" e "massa atomica".

Si consiglia vivamente agli studenti di cercare tabelle periodiche per aiutarli nella ricerca su questa domanda. L'ordinamento di elementi in una tavola periodica può provocare alcune domande aggiuntive come "Perché i diversi elementi sono organizzati in questo modo" worksheetpanel panel panel-default "itemscope>

Domanda 8

Dei tre tipi di "particelle elementari" che costituiscono gli atomi, determina quale tipo (i) influenza le seguenti proprietà di un elemento:

• L'identità chimica degli atomi (che si tratti di un atomo di azoto, ferro, argento o qualche altro elemento).
• La massa dell'atomo.
• La carica elettrica dell'atomo.
• Se sia o meno radioattivo (disintegrazione spontanea del nucleo).
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• L'identità chimica degli atomi: protoni .
• La massa dell'atomo: neutroni e protoni e, in misura molto minore, elettroni .
• La carica elettrica dell'atomo: elettroni e protoni (indipendentemente dal fatto che i numeri siano uguali o meno).
• Che sia radioattivo o meno: i neutroni, anche se in alcuni casi si potrebbe anche dire protoni, poiché non ci sono isotopi "stabili" (non radioattivi) noti di alcuni elementi, l'identità di un elemento è determinata strettamente dal numero di protoni.

Gli appunti:

Non smette mai di affascinarmi come molte delle proprietà di base degli elementi siano determinate da un semplice numero intero di particelle all'interno del nucleo di ogni atomo.

Nella risposta, presento la parola isotopo . Fai studiare agli studenti cosa significa questo termine. Non dirlo semplicemente!

Domanda 9

La parola greca per ambra (resina fossilizzata) è elektron . Spiega come questa sia la parola che descrive un certo tipo di particella subatomica (elettrone).

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Quando un pezzo di ambra viene strofinato con un panno, si sviluppa una carica elettrica statica su entrambi gli oggetti. I primi sperimentatori hanno postulato l'esistenza di un fluido invisibile che è stato trasferito tra l'ambra e il tessuto. Più tardi, si scoprì che minuscole particelle subatomiche costituivano questo "fluido" e gli veniva dato il nome di elettrone .

Gli appunti:

Questa domanda offre una buona opportunità per discutere della storia dell'elettricità e di come la sua comprensione e maestria abbia cambiato drasticamente la vita delle persone. Assicurati di porre domande su Benjamin Franklin e sulla modellizzazione dell'elettricità come fluido . La scoperta scientifica è spesso assistita da modelli, ma può anche essere ostacolata da loro. Il modello di elettricità di Franklin come fluido ha fatto entrambi (notazione convenzionale rispetto al flusso di elettroni)!

Domanda 10

Cosa significa per un oggetto avere una carica elettrica? Fornisci un esempio di oggetto che riceve una carica elettrica e descrivi come potrebbe comportarsi l'oggetto caricato.

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Perché un oggetto sia elettricamente carico, deve avere o un surplus o un deficit di elettroni tra i suoi atomi.

Un esempio comune di oggetti che si caricano elettricamente è sfregare palloncini di lattice contro indumenti di lana o spazzolare i capelli con un pettine di plastica. Le conseguenze di queste cariche elettriche sono molto facili da percepire!

Gli appunti:

Questa domanda porta naturalmente a una discussione sulla teoria atomica. Incoraggia i tuoi studenti a discutere ed esplorare semplici modelli dell'atomo e come servono a spiegare l'elettricità in termini di posizionamento e movimento degli elettroni.

Domanda 11

Quanti elettroni sono contenuti in un coulomb di carica?

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Ci sono 6, 25 × 10 18 elettroni in un coulomb di carica. Cosa apparirebbe senza l'uso della notazione scientifica? Scrivi questa stessa figura usando il prefisso metrico più appropriato.

Gli appunti:

Una piccola rassegna di matematica qui: usare la notazione scientifica per indicare numeri molto grandi (o molto piccoli).

Domanda 12

Cosa succede quando due oggetti vengono strofinati insieme e l'elettricità statica risulta?

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Quando determinate combinazioni di materiali vengono strofinate insieme, l'azione di sfregamento trasferisce gli elettroni dagli atomi di un materiale agli atomi dell'altro. Questo squilibrio di elettroni lascia il materiale precedente con una carica positiva e il secondo con una carica negativa .

Gli appunti:

I termini "positivo" e "negativo" sembrano arretrati rispetto al concetto moderno di elettroni come portatori di carica. Assicurati di discutere l'aspetto storico di questa terminologia (congettura di Benjamin Franklin) e la designazione successiva della carica individuale di un elettrone come "negativa".

Domanda 13

È molto più facile "caricare" elettricamente un atomo piuttosto che alterarne l'identità chimica (per esempio, dal piombo all'oro). Cosa indica questo fatto della mobilità relativa delle particelle elementari all'interno di un atomo?

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Gli elettroni sono molto più facili da rimuovere o aggiungere ad un atomo rispetto ai protoni. La ragione di ciò è anche la soluzione al paradosso del perché i protoni si uniscono strettamente nel nucleo di un atomo nonostante le loro identiche cariche elettriche.

Gli appunti:

Parla con i tuoi studenti dell'importanza di questo fatto: che gli elettroni possono essere aggiunti o prelevati da un atomo piuttosto facilmente, ma che i protoni (e i neutroni per quella materia) sono strettamente "legati" all'interno di un atomo. Cosa potrebbero comportarsi gli atomi se i loro protoni non fossero così strettamente legati come sono?

Sappiamo cosa succede agli elettroni di alcuni atomi quando le sostanze vengono strofinate insieme. Cosa potrebbe accadere a quelle sostanze se i protoni non fossero così strettamente legati insieme come sono?

Domanda 14

Spiega cosa significano i termini elettrici di tensione, corrente e resistenza, usando le tue parole.

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Voltaggio: "pressione" elettrica tra due diversi punti o posizioni.

Corrente: il flusso di elettroni.

Resistenza: opposizione, o "attrito", al flusso di elettroni.

Tensione, corrente e resistenza sono collegate attraverso la legge di Ohm.

Gli appunti:

Mentre è abbastanza facile per gli studenti cercare le definizioni di queste parole da qualsiasi numero di riferimenti, è importante che siano in grado di esprimerle con le proprie parole. Ricordare una definizione non equivale a comprenderla veramente, e se uno studente non è in grado di descrivere il significato di un termine usando le proprie parole, sicuramente non lo capisce! È anche utile incoraggiare gli studenti a fornire esempi reali di questi termini.

Domanda 15

Descrivi cosa sia "elettricità", secondo le tue stesse parole.

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Se hai difficoltà a formulare una definizione di "elettricità", basterà una semplice definizione di "corrente elettrica". Quello che sto cercando qui è una descrizione di come può esistere una corrente elettrica all'interno di un materiale solido come un filo metallico.

Gli appunti:

Questa domanda non è così facile da rispondere come potrebbe apparire prima. Certamente, la corrente elettrica è definita come il "flusso" di elettroni, ma come fanno gli "elettroni" a scorrere attraverso un materiale solido come il rame? Come fluisce qualcosa attraverso un materiale solido, del resto?

Molte discipline scientifiche mettono in discussione le nostre idee di "buon senso" della realtà, compresa la natura apparentemente solida di certe sostanze. Uno degli aspetti liberatori dell'indagine scientifica è che ci libera dai limiti della percezione sensoriale diretta. Attraverso una sperimentazione strutturata e un pensiero rigoroso, siamo in grado di "vedere" cose che altrimenti sarebbero impossibili da vedere. Di certo non possiamo vedere gli elettroni con gli occhi, ma possiamo rilevare la loro presenza con attrezzature speciali, misurare il loro movimento per deduzione da altri effetti e provare empiricamente che in realtà esistono.

A questo proposito, il metodo scientifico è uno strumento per l'espansione delle capacità umane. I tuoi studenti cominceranno a provare il brivido di "lavorare con l'invisibile" mentre esplorano i circuiti elettrici ed elettrici. È tuo compito come istruttore incoraggiare e incoraggiare questo senso di meraviglia nel lavoro dei tuoi studenti.

Domanda 16

Qual è la differenza tra materiali classificati come conduttori rispetto a quelli classificati come isolanti, nel senso elettrico di queste parole?

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I "conduttori" elettrici offrono un facile passaggio della corrente elettrica attraverso di essi, mentre gli "isolanti" elettrici non lo fanno. La differenza fondamentale tra un "conduttore" elettrico e un "isolante" elettrico è la facilità con cui gli elettroni possono allontanarsi dai rispettivi atomi.

Per un'illustrazione della mobilità elettronica all'interno di una sostanza metallica, ricercate i termini gas di elettroni e "Mare di elettroni" in un libro di riferimento di chimica.

Gli appunti:

È importante rendersi conto che i "conduttori" elettrici e gli "isolanti" non sono gli stessi "conduttori" e "isolanti" termici. I materiali che sono isolanti nel senso elettrico possono essere conduttori di calore equi (alcuni gel di silicone usati come trasferire fluidi per dissipatori di calore, ad esempio). I materiali che sono conduttori nel senso elettrico possono essere isolanti discreti nel senso termico (plastica conduttiva, per esempio).

Domanda 17

Identificare diverse sostanze che sono buoni conduttori di energia elettrica e diverse sostanze che sono buoni isolanti di elettricità.

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È molto facile ricercare (e testare!) Se varie sostanze sono o conduttori o isolanti di elettricità. Lascio questo compito nelle tue mani molto capaci.

Gli appunti:

Se gli studenti hanno accesso a semplici multimetri, possono eseguire test di conducibilità su varie sostanze con loro. Questa è un'aula divertente e interessante!

Domanda 18

Nei termini più semplici a cui puoi pensare, definisci cos'è un circuito elettrico.

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Un circuito elettrico è un percorso continuo per il flusso di elettroni da una fonte di potenziale elettrico (tensione) e viceversa.

Gli appunti:

Sebbene le definizioni siano abbastanza facili da ricercare e ripetere, è importante che gli studenti imparino a trasmettere questi concetti nelle loro stesse parole. Chiedere agli studenti di fornire esempi pratici di "circuiti" e "non circuiti" è un modo per garantire una più approfondita analisi dei concetti rispetto alla semplice memorizzazione a termine.

La parola "circuito", nell'uso volgare, si riferisce spesso a qualsiasi cosa di elettrico. Naturalmente, questo non è vero nel senso tecnico del termine. Gli studenti giungeranno a rendersi conto che molti termini che apprendono e usano in un corso di elettricità o elettronica sono in realtà utilizzati in modo errato nel linguaggio comune. La parola "breve" è un altro esempio: tecnicamente si riferisce a un tipo specifico di guasto del circuito. Comunemente, però, le persone lo usano per riferirsi a qualsiasi tipo di problema elettrico.

Domanda 19

Qual è la differenza tra corrente continua e corrente alternata? Identificare alcune fonti comuni di ciascun tipo di elettricità.

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DC è un acronimo che significa corrente diretta : cioè corrente elettrica che si muove solo in una direzione. AC è un acronimo che indica la corrente alternata : cioè corrente elettrica che inverte periodicamente la direzione ("si alterna").

Le batterie elettrochimiche generano DC, così come le celle solari. I microfoni generano corrente alternata quando percepiscono le onde sonore (vibrazioni delle molecole d'aria). Ci sono molte, molte altre fonti di elettricità DC e AC di quelle che ho menzionato qui!

Gli appunti:

Discutere un po 'della storia di AC versus DC nei primi sistemi di alimentazione. Nei primi giorni di energia elettrica negli Stati Uniti d'America, ci fu un acceso dibattito tra l'uso della DC contro l'AC. Thomas Edison difese la DC, mentre George Westinghouse e Nikola Tesla difesero l'AC.

Potrebbe valere la pena menzionare che quasi tutta la potenza elettrica del mondo è generata e distribuita come AC (Alternating Current), e non come DC (in altre parole, Thomas Edison ha perso la battaglia AC / DC!). A seconda del livello della classe che stai insegnando, questo può o non può essere un buon momento per spiegare perché la maggior parte dei sistemi di alimentazione usa AC. In entrambi i casi, i tuoi studenti probabilmente ti chiederanno il perché, quindi dovresti essere pronto a rispondere a questa domanda in qualche modo (o fare in modo che riportino i loro risultati!).

Domanda 20

Supponiamo che tu stia costruendo una cabina lontana dal servizio di energia elettrica, ma desideri avere l'elettricità disponibile per energizzare lampadine, radio, un computer e altri dispositivi utili. Determina almeno tre diversi modi in cui è possibile generare energia elettrica per soddisfare le esigenze di energia elettrica in questa cabina.

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Esistono diversi dispositivi in ​​grado di produrre energia elettrica per questa cabina:

• Generatore azionato dal motore
• Celle a energia solare
• Termopila
• Mulino a vento

Per ciascuno di questi dispositivi, qual è il suo principio di funzionamento e da dove ottiene la sua energia?

Gli appunti:

Per ciascuna di queste "fonti" di energia elettrica, esiste una fonte di energia più fondamentale. Spesso le persone pensano erroneamente ai dispositivi generatori come a fonti di energia magiche, dove non sono altro che convertitori di energia: trasformare l'energia da una forma all'altra.

Domanda 21

Da dove viene l'elettricità che alimenta la tua casa, o la tua scuola, o i lampioni lungo le strade, o le numerose strutture commerciali della tua città? Troverete che ci sono molte diverse fonti e tipi di fonti di energia elettrica. In ogni caso, cerca di determinare dove si trova la fonte ultima di quell'energia.

Ad esempio, in una diga idroelettrica, l'elettricità viene generata quando l'acqua che precipita fa girare una turbina, che trasforma un generatore elettromeccanico. Ma cosa porta continuamente l'acqua alla sua posizione "in salita" in modo che il processo sia continuo? Qual è l' ultima fonte di energia che viene sfruttata dalla diga?

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Alcune fonti di energia elettrica:

• dighe idroelettriche
• Centrali elettriche nucleari
• Centrali a carbone e olio combustibile
• Centrali a gas naturale
• Centrali a legna
• Centrali geotermiche
• Centrali solari
• Centrali di marea / onde
• Mulini a vento

Gli appunti:

Un grande punto di conversazione qui è che quasi tutte le "fonti" di energia hanno un'origine comune. Le diverse "fonti" sono semplicemente espressioni varianti della stessa vera fonte (con eccezioni, ovviamente!).

Domanda 22

Data una batteria e una lampadina, mostra come collegare questi due dispositivi insieme al filo in modo da energizzare la lampadina:

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Questa è l'opzione più semplice, ma non l'unica.

Gli appunti:

Questa domanda offre agli studenti una buona opportunità per discutere il concetto di base di un circuito. È molto facile da costruire, sicuro e dovrebbe essere assemblato da ogni studente individualmente in classe. Inoltre, sottolinea come circuiti semplici come questo possano essere assemblati a casa come parte della parte "ricerca" del foglio di lavoro. Cercare le risposte per le domande del foglio di lavoro non significa necessariamente che le informazioni devono provenire da un libro! Incoraggia la sperimentazione quando le condizioni sono note per essere sicure.

Chiedi agli studenti di fare un brainstorming di tutti i concetti importanti appresi nel fare questo semplice circuito. Quali principi generali possono essere derivati ​​da questo particolare esercizio "itemsheet panel panel-default" itemscope>

Domanda 23

Disegna uno schema elettrico di un circuito in cui una batteria fornisce energia elettrica a una lampadina.

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Questo diagramma schematico non è l'unico modo valido per mostrare una batteria che alimenta una lampadina:

Sono ammessi altri orientamenti dei componenti all'interno dello schema. Ciò che conta, tuttavia, è che ci sia un unico, continuo percorso per la corrente elettrica dalla batteria, alla lampadina e di nuovo all'altro terminale della batteria.

Gli appunti:

Stupisci gli studenti dell'importanza di imparare a "comunicare" nella lingua dei diagrammi schematici. I simboli e le convenzioni apprese qui sono internazionali e non limitati all'uso negli Stati Uniti.

Domanda 24

La maggior parte del filo elettrico è ricoperto da un rivestimento in gomma o plastica chiamato isolamento . Qual è lo scopo di avere questo "isolamento" che copre il filo metallico "# 24"> Rivela risposta Nascondi risposta

Lo scopo dell'isolamento che copre la parte metallica di un cavo elettrico è quello di impedire il contatto accidentale con altri conduttori di elettricità, che potrebbe causare una corrente elettrica involontaria attraverso gli altri conduttori.

Gli appunti:

Non solo questa domanda è pratica dal punto di vista della comprensione della funzione del circuito, ma anche dal punto di vista della sicurezza elettrica. Perché è importante che i fili siano isolati? Le linee elettriche aeree sono isolate come i cavi utilizzati nei progetti di classe? Perché o perché no? Come sono stati isolati i cavi elettrici prima dell'avvento della moderna tecnologia delle materie plastiche?

Domanda 25

Nei primi giorni del cablaggio elettrico, i cavi venivano isolati con cotone . Questa non è più una pratica accettata. Spiega perchè.

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Il cotone, come molte fibre naturali, è un isolante elettrico. . . finché non si bagna!

Gli appunti:

Questa domanda offre l'opportunità di discutere della sicurezza elettrica per quanto riguarda gli indumenti (spesso fatti di cotone). L'abbigliamento asciutto offre isolamento all'elettricità come l'isolamento in filo di cotone vecchio stile? Ci si può fidare dell'abbigliamento in cotone per isolare in sicurezza da tensioni pericolose?

Domanda 26

Come si può usare una batteria, una lampadina e alcune lunghezze di filo metallico come tester di conducibilità per testare la capacità di diversi oggetti di condurre l'elettricità?

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Il seguente circuito funzionerebbe come un semplice tester di continuità. Basta posizionare le estremità del cavo aperto a contatto con l'oggetto da testare e la lampadina indicherà se l'oggetto conduce o meno elettricità in modo sostanziale:

Gli appunti:

Questa domanda non è solo un'opportunità per risolvere un problema, ma si presta bene a una sperimentazione semplice e sicura. Incoraggia gli studenti a costruire i propri tester di conducibilità e testare varie sostanze con loro.

Domanda 27

Supponiamo di avere un cavo elettrico di lunga durata (tubo flessibile contenente più fili) che sospettavamo avesse dei fili spezzati. Progettare un circuito di test semplice che potrebbe essere utilizzato per controllare singolarmente ciascuno dei fili del cavo.

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Gli appunti:

Una parte significativa dei problemi dei circuiti elettrici / elettronici non è causata da niente di più complesso dei collegamenti dei fili rotti o dei guasti lungo la lunghezza dei fili. Testare i cavi per le interruzioni di filo è un esercizio molto pratico.

La stessa tecnica può essere utilizzata per "mappare" i fili da un'estremità di un cavo all'altro, nel caso in cui i fili non siano codificati a colori o altrimenti resi identificabili.

Domanda 28

Quanto tempo impiegherà la lampadina per ricevere energia elettrica una volta collegata la batteria al resto del circuito "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00116x01.png" >

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Circa 11 millisecondi (0, 0107 secondi).

Gli appunti:

L'elettricità è veloce: gli effetti del movimento degli elettroni viaggiano all'incirca alla velocità della luce (186.000 miglia al secondo). La velocità media effettiva degli elettroni, d'altra parte, è molto, molto lenta. Una comoda analogia che ho usato per illustrare come gli elettroni possono muoversi lentamente, ma avere un effetto rapido è quello di un sistema idraulico a circuito chiuso. Quando la valvola viene aperta, il movimento del fluido in tutto il sistema è immediato (in realtà, il movimento procede alla velocità del suono attraverso il fluido - molto velocemente!), Tuttavia la velocità effettiva del movimento del fluido è molto più lenta.

Per inciso, i simboli a doppio gallone indicano una coppia di connettori elettrici (spina e jack, maschio e femmina).

Domanda 29

Un filo metallico di 22 piedi di tre piedi di lunghezza contiene circa 28, 96 × 10 21 elettroni "liberi" nel suo volume. Supponiamo che questo filo sia posto in un circuito elettrico che conduce una corrente pari a 6, 25 × 10 18 elettroni al secondo. Cioè, se tu fossi in grado di scegliere un punto lungo la lunghezza di questo filo e fossero in grado di contare gli elettroni mentre andavano alla deriva in quel punto, dovresti calcolare tra 6.250.000.000.000.000.000 di elettroni che passano ogni secondo. (Questa è una percentuale ragionevole per la corrente elettrica in un filo di queste dimensioni).

Calcola la velocità media degli elettroni attraverso questo filo.

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Velocità media dell'elettrone = 0, 000647 piedi al secondo, o 6, 47 × 10 -4 piedi / s. Questo è molto lento: solo 0, 00777 pollici al secondo o 0, 197 millimetri al secondo!

Gli appunti:

Nonostante la rapida progressione degli effetti del movimento degli elettroni lungo tutto il circuito (ovvero circa la velocità della luce), la velocità effettiva dell'elettrone è estremamente lenta rispetto al confronto.

Le figure di base utilizzate in questo calcolo sono le seguenti:

• Numero di elettroni liberi per metro cubo di metallo (un esempio preso dalla 15a edizione, 1983, volume 6, pagina 551) = 10 29 elettroni per m 3 . Il tipo di metallo non è stato specificato.
• Il filo da 22 gauge ha un diametro di 0, 025 pollici.

Domande come questa potrebbero essere difficili per gli studenti senza un forte background matematico o scientifico. Una strategia per la risoluzione di problemi che ho trovato molto utile è quella di semplificare i termini di un problema fino a quando una soluzione diventa ovvia, quindi usare quell'esempio semplificato per stabilire un modello (equazione) per ottenere una soluzione dati eventuali parametri iniziali. Ad esempio, quale sarebbe la velocità media degli elettroni se la corrente fosse 28, 96 × 10 21 elettroni al secondo, la stessa cifra del numero di elettroni liberi che risiedono nel filo? Ovviamente, la velocità del flusso sarebbe una lunghezza del filo al secondo o 3 piedi al secondo. Ora, modifica la velocità attuale in modo che sia qualcosa di più vicino a quella data nel problema (6, 25 × 10 18 ), ma ancora abbastanza semplice da calcolare mentalmente. Dì, metà della prima frequenza: 14, 48 × 10 21 elettroni al secondo. Ovviamente, con una velocità di flusso pari a metà, la velocità sarà la metà: 1, 5 piedi al secondo invece di 3 piedi al secondo. Alcune iterazioni di questa tecnica dovrebbero rivelare un modello di soluzione:

v = 3 io


Q

Dove,

v = velocità media dell'elettrone (piedi al secondo)

I = corrente elettrica (elettroni al secondo)

Q = Numero di elettroni contenuti nel filo

È anche molto utile avere studenti esperti che dimostrano le loro tecniche di soluzione di fronte alla classe in modo che altri possano apprendere nuovi metodi di risoluzione dei problemi.

Domanda 30

A cosa si riferiscono i simboli con i punti interrogativi accanto a loro? Nel circuito mostrato, la lampadina si accenderebbe?

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Si tratta di simboli di terra e possono fare riferimento a collegamenti effettuati a un conduttore comune (come il telaio metallico di un'automobile o un recinto di circuito) o alla terra reale (di solito tramite barre metalliche spinte nella sporcizia).

Gli appunti:

Chiedi agli studenti le conduttività relative del telaio metallico rispetto allo sporco (terra). È un percorso corrente formato da due basi di chassis in metallo equivalenti a un percorso corrente formato da due punti di terra "worksheetpanel panel panel-default" itemscope>

Domanda 31

Qui viene mostrata una rappresentazione semplificata di una centrale elettrica e di una casa, con la fonte di elettricità mostrata come una batteria, e l'unico "carico" elettrico nella casa è una singola lampadina:

Perché qualcuno dovrebbe usare due fili per condurre l'elettricità da una centrale elettrica a una casa, come mostrato, quando potevano semplicemente usare un filo e un paio di connessioni di terra, come questo "// www.beautycrew.com.au//sub". allaboutcircuits.com/images/quiz/00075x02.png ">

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Questa non è una soluzione pratica, anche se richiederebbe solo la metà del numero di cavi per distribuire l'energia elettrica dalla centrale elettrica a ogni casa! La ragione per cui questo non è pratico è perché la terra (terra) non è un buon conduttore di elettricità. I fili realizzati in metallo conducono l'elettricità in modo molto più efficiente, il che si traduce in una maggiore erogazione di energia elettrica all'utente finale.

Gli appunti:

Discutere del fatto che, sebbene la terra (terra) sia un cattivo conduttore di elettricità, potrebbe ancora essere in grado di condurre livelli di mortalità attuali per il corpo umano! La quantità di corrente necessaria per accendere una lampadina domestica è in genere di gran lunga superiore ai valori letali per il corpo umano.

Domanda 32

Cos'è, esattamente, un cortocircuito ? Che cosa significa se un circuito diventa in cortocircuito ? Come si differenzia da un circuito aperto ?

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Un cortocircuito è un circuito con una resistenza molto bassa, che consente grandi quantità di corrente. Se un circuito diventa in cortocircuito, significa che un percorso per la corrente che precedentemente possedeva una sostanziale resistenza è stato bypassato da un percorso con resistenza trascurabile (quasi zero).

Viceversa, un circuito aperto è uno dove c'è una rottura che impedisce a qualsiasi corrente di passare attraverso affatto.

Gli appunti:

Discutere con gli studenti alcuni dei potenziali rischi dei cortocircuiti. Sarà quindi evidente il motivo per cui un "cortocircuito" è una cosa negativa. Chiedi agli studenti se riescono a pensare a qualsiasi circostanza realistica che potrebbe portare a uno sviluppo di cortocircuito.

Ho notato in diversi anni di insegnamento dell'elettronica che i termini "corto" o "cortocircuito" sono spesso usati dai nuovi studenti come etichette generiche per qualsiasi tipo di guasto del circuito, piuttosto che la condizione specifica appena descritta. Questa è un'abitudine che deve essere corretta, se gli studenti devono comunicare in modo intelligente con gli altri nella professione. Dire che un componente "è in cortocircuito" significa una cosa ben definita: non è un termine generico per qualsiasi tipo di guasto del circuito.

Domanda 33

Cosa dovrebbe accadere in questo circuito per farlo diventare corto ? In altre parole, determina come creare un cortocircuito usando i componenti mostrati qui:

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Gli appunti:

Nella vita reale, naturalmente, i cortocircuiti sono di solito cose da evitare. Discutete con i vostri studenti perché i cortocircuiti sono generalmente indesiderabili e quale ruolo gioca l'isolamento dei cavi nel prevenirli.

Domanda 34

Quando i fulmini colpiscono, gli aghi delle bussole magnetiche nelle vicinanze possono essere visti sobbalzare in risposta alla scarica elettrica. Nessuna deflessione dell'ago della bussola risulta durante l'accumulo di carica elettrostatica precedente al fulmine, ma solo quando il bullone effettivamente colpisce. Che cosa indica questo fenomeno su tensione, corrente e magnetismo "# 34"> Rivela risposta Nascondi risposta

La presenza di una corrente elettrica produrrà un campo magnetico, ma la sola presenza di una tensione non lo farà. Per maggiori dettagli sul background storico di questa scoperta scientifica, ricercate l'opera di Hans Christian Oersted nei primi anni del 1820.

Gli appunti:

La scoperta dell'elettromagnetismo fu a dir poco rivoluzionaria ai tempi di Oersted. Ha aperto la strada allo sviluppo di motori elettrici, tra gli altri dispositivi elettrici utili.

Domanda 35

Proprio come l'elettricità può essere imbrigliata per produrre magnetismo, il magnetismo può anche essere imbrigliato per produrre elettricità. Quest'ultimo processo è noto come induzione elettromagnetica . Progetta un semplice esperimento per esplorare il fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

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Forse il modo più semplice per dimostrare l'induzione elettromagnetica è quello di costruire un circuito semplice formato da una bobina di filo e un misuratore elettrico sensibile (un metro digitale è preferito per questo esperimento), quindi spostare un magnete oltre la bobina del filo. Dovresti notare una correlazione diretta tra la posizione del magnete rispetto alla bobina nel tempo e la quantità di tensione o corrente indicata dal misuratore.

Gli appunti:

Molti studenti ritengono erroneamente che l'induzione elettromagnetica possa avvenire in presenza di campi magnetici statici . Questo non è vero. La semplice configurazione sperimentale descritta nella sezione "Rispondi" per questa domanda è sufficiente per dissipare quel mito e per illuminare la comprensione da parte degli studenti di questo principio. Per inciso, questa attività è un ottimo modo per convincere gli studenti a pensare in termini di calcolo: correlare una variabile al tasso di variazione nel tempo di un'altra variabile.

Domanda 36

Un grande diffusore audio può servire a dimostrare sia i principi dell'elettromagnetismo che dell'induzione elettromagnetica . Spiega come questo può essere fatto.

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Non ti dirò come configurare o fare l'esperimento, ma ti mostrerò l'illustrazione di un tipico diffusore audio:

Il "voice coil" è collegato al cono dell'altoparlante flessibile ed è libero di muoversi lungo l'asse lungo del magnete. Il magnete è fisso, essendo saldamente ancorato al telaio metallico dell'altoparlante ed è centrato nel mezzo della bobina mobile.

Questo esperimento è molto impressionante quando si usa un diffusore fisicamente grande (cioè "woofer").

Domanda successiva: identificare alcuni possibili punti di guasto in un altoparlante che potrebbero impedirne il corretto funzionamento.

Gli appunti:

Dal momento che non tutti hanno un facile accesso a un grande oratore per questo tipo di esperimenti, può essere utile avere uno o due altoparlanti "woofer" collocati in classe per consentire agli studenti di sperimentare durante questa fase della discussione. Ogni volta che puoi incoraggiare gli studenti a creare esperimenti improvvisati in classe allo scopo di esplorare i principi fondamentali, è una buona cosa.

Domanda 37

Cosa pensi che potrebbe succedere se qualcuno picchiettasse delicatamente sul cono di uno di questi altoparlanti "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00080x01.png">

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Prova tu stesso questo esperimento, usando una lunga coppia di cavi per separare i due altoparlanti l'uno dall'altro da una distanza significativa. Ascolta e senti l'oratore sulla tua parte mentre qualcun altro tocca l'altro oratore, quindi scambia i ruoli.

Gli appunti:

Questo esperimento non solo illustra i doppi principi dell'elettromagnetismo e dell'induzione elettromagnetica, ma dimostra anche quanto sia facile impostare un semplice sistema di telefonia audio alimentato dal suono.

Si consiglia vivamente di disporre di un identico paio di altoparlanti "woofer" situati in classe per questo esperimento, nonché di un cavo bifilare di lunga durata (un vecchio pezzo di cavo di prolunga funziona bene per questo scopo, con alligatore- clip "jumper" per effettuare i collegamenti).

Domanda 38

Supponiamo che qualcuno colleghi meccanicamente un motore elettrico a un generatore elettrico, quindi accoppia elettricamente i due dispositivi insieme nel tentativo di creare una macchina a moto perpetuo:

Perché questo assieme non girerà per sempre, una volta avviato "# 38"> Rivela risposta Nascondi risposta

Ciò non funzionerà perché né il motore né il generatore sono efficienti al 100%.

Gli appunti:

La facile risposta a questa domanda è "la legge di conservazione dell'energia (o la seconda legge della termodinamica) lo proibisce", ma la citazione di una tale "legge" non spiega realmente perché le macchine da moto perpetuo siano destinate al fallimento. È importante che gli studenti realizzino che la realtà non è legata alle leggi "fisiche" stabilite dagli scienziati; piuttosto, quelle che chiamiamo "Leggi" sono in realtà solo descrizioni di regolarità viste in natura. È importante enfatizzare il pensiero critico in una domanda come questa, poiché non è più intellettualmente maturo negare la possibilità di un evento basato sull'adesione dogmatica a una legge piuttosto che credere ingenuamente che tutto sia possibile.

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