Dielektrika

Fyzika normálních dielektrik

Vyhodnocení otázky 6 až 10 dotazníkového šetření

Následující text obsahuje vyhodnocení šesté až desáté otázky dotazníkového šetření.

Otázka 6
Znění:  Roztoky nebo taveniny, které vedou elektrický proud a obsahují velké množství iontů, nazýváme
a)    supravodiče                                                  b)    izolanty
c)    reaktoplasty                                                  c)    elektrolyty
Položka číslo 6 zkoumá znalost respondentů z oboru fyziky pevných látek. Uvedené tvrzení popisuje elektrolyty, ostatní možné odpovědi jsou do značné míry nesmyslné. Supravodiče definujeme odlišně [8], reaktoplasty jsou teplem tvarovatelné plasty dříve označované jako termosety. Izolanty jsou technickou aplikací dielektrických materiálů. Jedná se o dielektrika užitá k oddělení dvou míst rozdílného potenciálu. Z vyhodnocených odpovědí (Obr. 9) je zřejmé, že respondenti ve velké většině uvedli správnou odpověď. Zajímavý je vysoký podíl odpovědi a), kdy uvedenou definici spojili respondenti s vlastnostmi supravodičů. Tato spojitost pravděpodobně souvisí se zmínkou o elektrické vodivosti a vysokém obsahu iontů. V definici je ale explicitně uvedeno, že daný materiál je roztok či tavenina. Takové materiály supravodivost nevykazují.
polozka 6
Obr. 9 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 6

Otázka 7
Znění:    Po umístění vodiče do elektrického pole dojde k pohybu volných elektronů. Vznikají místa nabitá záporně a místa nabitá kladně. Tento jev se nazývá
a)    Zeemanův jev                                               b)    elektrostatická indukce
c)    měrná elektrická vodivost                               c)    Zenerův jev
Sedmá otázka je zaměřena na popis elektrostatické indukce, která úzce souvisí s mnoha jevy spojenými s dielektrickými materiály. Elektrostatická indukce patří mezi základní jevy nauky o elektřině a magnetismu. Její pochopení je základním předpokladem pro další studium této nauky, a proto je toto téma probíráno již na základní škole. Zeemanův jev souvisí s rozštěpením spektrálních čar atomů ve vnějším magnetickém poli, měrná elektrická vodivost je základní veličina popisující schopnost materiálu vést elektrický proud. Zenerův jev je charakteristickým jevem, který probíhá v polovodičích a jehož důsledkem je prudký nárůst volných elektronů v materiálu. Z vyplněných odpovědí (Obr. 10) můžeme usoudit, že elektrostatická indukce je pro respondenty jev známý a dobře pochopený. Opět můžeme uvažovat nad vysokým podílem odpovědi d), kdy popis elektrostatické indukce je zaměněn za popis Zenerova jevu. Jistá analogie mezi oběma jevy existuje, ale v položené otázce je uvedeno vložení vodiče do elektrického pole. Tím můžeme Zenerův jev vyloučit, protože tento jev souvisí s popisem polovodičů.
polozka 7
Obr. 10 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 7

Otázka 8
Znění:    Zdroj stejnosměrného napětí, který využívá energie uvolněné z chemické reakce, označujeme jako
a)    galvanický článek                                           b)    termoelektrický článek
c)    fotovoltaický článek                                        c)    dynamo
polozka 8
Obr. 11 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 8
Položka číslo 8 je zaměřena na rozlišení jednotlivých druhů zdrojů stejnosměrného napětí. Všechny možné odpovědi jsou zdroje stejnosměrného napětí lišící se způsobem, kterým je generována elektrická energie. Galvanický článek využívá chemické reakce, zatímco dynamo elektromagnetické indukce. Termoelektrický článek využívá odlišných potenciálů vznikajících ve spojích dvou různých kovů. Podstatou fotovoltaického článku je vyrážení elektronů z P-N přechodu fotony dopadajícího záření. Respondenti prokázali (Obr. 11) dobrou znalost o jednotlivých typech zdrojů stejnosměrného napětí, nesprávné odpovědi tvoří pouze malou část celkového počtu.

Otázka 9
Znění:   Velikost a směr silového působení elektrického pole udává veličina
a)    rezistivita                                                       b)    impedance
c)    intenzita elektrického pole                                c)    elektrická indukce
Devátá otázka zkoumá znalost fundamentální veličiny popisující elektrické pole. Správnou odpovědí je intenzita elektrického pole. Ostatní elektrické veličiny do značné míry s intenzitou elektrického pole souvisejí, ale uvedenou definici lze považovat za jednoznačnou. Definice všech veličin je uvedena v mnoha odborných publikacích [9].
polozka 9
Obr. 12 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 9
Značná část respondentů označila správnou odpověď. U odpovědí se projevila obvyklá záměna intenzity elektrického pole a elektrické indukce. Tyto dvě veličiny jsou svázány jednoduchým vztahem [9] a jejich zaměnění je častým jevem, se kterým se můžeme setkat při výuce nauky o elektřině a magnetismu.

Otázka 10
Znění:    Kondenzátor vyplněný dielektrikem se při průchodu proudu zahřívá. Příčinou vznikajícího tepla je
a)    Joule - Thomsonův jev                                     b)    Leidenfrostův jev
c)    ztráty v dielektriku                                           c)    rekombinace elektronů a děr
Účelem této otázky bylo určení správné příčiny zahřívání kondenzátoru, kterým prochází elektrický proud. Rekombinace elektronů a děr není proces spojovaný s dielektriky. Leidenfrostův jev souvisí s pohybem kapaliny na ploše o relativně vysoké teplotě vůči této kapalině (typicky kapalný dusík a stůl či voda a rozžhavená plotýnka). Joule - Thomsonův jev pak souvisí s ochlazením plynu při prudké expanzi a nemůže být rozhodně spojován s dějem popsaným v zadání položky 10. Zahřívání kondenzátoru způsobují ztráty, které vznikají v dielektriku.
polozka 10
Obr. 13 - Procentuální rozložení odpovědí u položky 10
Z procentuálního rozložení odpovědí (Obr. 13) lze určit, že tato otázka byla pro respondenty nastavena obtížně. Je zřejmé, že respondenti ztotožnili teplo vznikající v důsledku ztrát s jevem, který je charakteristický pro zcela odlišný proces. Vysoký podíl i ostatních chybných odpovědí ukazuje, že respondenti nedokáží určit příčinu zahřívání kondenzátoru při průchodu elektrického proudu.

[8] Sodomka, L.: Fyzika pevných látek II. Ústí nad Labem: Pedagogická fakulta v Ústí nad Labem, 1982. 132 s.
[9] Petržílka, V.,Šafrata, S.: Elektřina a magnetismus. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1956. 638 s.


Creative Commons License
Webová prezentace tématu o dielektrikách, jejímž autorem je PhDr. Martin Tomáš, podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 Česká republika.