Dielektrika

Fyzika normálních dielektrik

Dotazníkové šetření znalostí nauky o dielektrických materiálech u vysokoškolských studentů

    Problematika dielektrických materiálů není dostatečně zastoupena ve výuce na základních a středních školách. Dielektrika jsou opomíjena, přestože jejich teoretický popis je dostatečně přesně a detailně uveden v mnoha významných publikacích [1][2][3][4][5]. Různé školy danou problematiku probírají rozdílně, a proto není jasné, jaká je úroveň znalostí studentů vysokých škol. Cílem tohoto šetření bylo zjistit, do jaké míry ovládají studenti vysoké školy základní termíny nauky o dielektrických materiálech. Využitelnost výsledků šetření tkví v možnosti přesného koncipování výuky tohoto tématu v základním vysokoškolském kurzu. Zpracované výsledky jsou rovněž cennou zpětnou vazbou pro středoškolské i vysokoškolské učitele nauky o elektřině a magnetismu.
    Dotazníkové šetření bylo provedeno u 344 studentů Západočeské univerzity v Plzni. Jako respondenti byli vybráni studenti předmětů Astronomie pro každého, Fyzikální hrátky pro každého, Fyzika pro přírodní vědy. Tyto předměty byly vypsány katedrou obecné fyziky Fakulty pedagogické a měly vysokou účast na jednotlivých seminářích. U respondentů se tedy dal čekat kladný přístup k fyzice a technice. Šetření bylo provedeno v zimním a letním semestru akademického roku 2010/2011.
    Jednotlivé otázky dotazníku byly vytvořeny pro sledování zcela základních znalostí nauky o dielektrikách. Kromě těchto základních otázek byly zařazeny i otázky sledující fundamentální pojmy celé nauky o elektřině a magnetismu. V závěrečné části dotazníku pak studenti formou otevřené otázky uváděli badatele, jejichž dílo je spojeno s dielektriky. Poslední otázkou byl návrh prostředku, který by daného studenta nejvíce motivoval k detailnějšímu studiu tohoto tématu.
    Před vyplněním testu byli studenti informováni o anonymitě dotazníku a účelu jeho zpracování. Studenti rovněž byli upozorněni na nutnost zodpovězení všech otázek. Zdůrazněna byla otázka č.2, která pro úspěšné vyřešení předpokládá výběr negativního tvrzení. Pro vyplnění dotazníku nebyl určen časový limit, všichni respondenti vyplnili dotazník do 15 minut od rozdání. Před vlastním vyplněním byl ponechán prostor pro eventuální dotazy.
    Při vyhodnocování dotazníku byla zpracována závislost úspěšnosti vyřešení dotazníkových otázek na věku respondenta. Dále byla zpracována i závislost úspěšnosti řešení dotazníku vzhledem k pohlaví respondenta.
Jednotlivé otázky dotazníkového šetření


student - studentka                                    věk:
fakulta:
obor:
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1)    Mezi dielektrické materiály patří
a)    zlato                                                            b)    sklo
c)    měď                                                             d)    hliník

2)    Vyberte nesprávné tvrzení:
a)    Permanentně polarizovaná dielektrika označujeme jako elektrety.
b)    Relativní permitivita epsilon r (dielektrická konstanta) vakua je rovna eps r rovno nula.
c)    Polarizací dielektrika vzniká na jeho povrchu vázaný náboj.
d)    Veličina charakterizující nesymetrické rozložení náboje v molekula se nazývá elektrický dipólový moment.

3)    Mezi významná dielektrika patří voda. Odhadněte statickou relativní permitivitu vody za normálních podmínek
a)                                                       b)   
c)                                                         c)   

4)    Zajímavým obecně nastávajícím jevem je termodielektrický jev, který můžeme popsat jako
a)    polarizace dielektrika nehomogenní deformací
b)    polarizace dielektrika průchodem fázového rozhraní
c)    polarizace dielektrika infračerveným zářením
d)    polarizace dielektrika ionizujícím zářením

5)    Uspořádaný pohyb částic s elektrickým nábojem označujeme jako
a)    elektrické napětí                                           b)    elektrický proud
c)    Hallův jev                                                     d)    elektrický odpor

6)    Roztoky nebo taveniny, které vedou elektrický proud a obsahují velké množství iontů, nazýváme
a)    supravodiče                                                  b)    izolanty
c)    reaktoplasty                                                  c)    elektrolyty

7)    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

8)    Zdroj stejnosměrného napětí, který využívá energie uvolněné z chemické reakce, označujeme jako
a)    galvanický článek                                           b)    termoelektrický článek
c)    fotovoltaický článek                                        c)    dynamo

9)    Velikost a směr silového působení elektrického pole udává veličina
a)    rezistivita                                                       b)    impedance
c)    intenzita elektrického pole                                c)    elektrická indukce

10)    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

11)    Dielektrikem nemohou být
a)    plyny                                                              b)    kapaliny
c)    elektrolyty                                                       d)    pevné látky

12)    Která veličina charakterizuje stupeň polarizace dielektrika?
a)    vektor polarizace                                       b)    vektor elektrické indukce
b)    intenzita elektrického pole                          d)    permitivita vakua

13)    Jak se nazývá proces, který nastává v dielektrickém tělese, když je vloženo do elektrického pole?
a)    elektrický proud                                              b)    elektrostatická indukce
c)    polarizace dielektrika                                       d)    přenos vázaného náboje

14)    Co by Vás nejvíce motivovalo ke studiu nauky o elektřině (více experimentů, podrobnější matematický popis, více historických souvislostí, využití multimedií apod.)



15)    Uveď te badatele, jejichž odborná práce je spojena s teoretickým popisem či technickou aplikací dielektrických materiálů.


Vyhodnocení získaných údajů naleznete pod odkazy:

Osobní údaje respondentů

Jednotlivé položky dotazníku byly vyhodnoceny samostatně. U každé otázky je uvedeno přesné znění a graf, který ukazuje procentuální rozložení odpovědí. Otázky 1 až 13 byly formulovány jako uzavřené s jedinou správnou odpovědí. Respondent měl na výběr ze čtyř možných odpovědí.

Otázka 1 až 5
Otázka 6 až 10
Otázka 11 až 13
Otevřené otázky 14 a 15
Závěrečné vyhodnocení

[1] Van Vleck, J.H.: The Theory of Electric and Magnetic Susceptibilities. Oxford: Clarendon Press, 1932. 404 s.
[2] Petrenko, V.F., Whitworth, R.W.: Physics of Ice. Oxford: Oxford University Press, 2002. 392 s. ISBN 0-19-851895-1
[3] Onsager, L.: The Collected Work of Lars Onsager (with Commentary). Singapur: World Scientific Publishing, 1996. 1075 s. ISBN 978-981-02-2563-6
[4] Mentlík, V.: Dielektrické prvky a systémy. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2006. 240 s. ISBN 80-7300-189-6
[5]Hassdenteufel, J.: Izolanty. 1. vyd. Praha: SNTL, 1962. 192 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.