Dielektrika

Fyzika normálních dielektrik

Učební úlohy

    Učební úlohy hrají důležitou roli v procesu vzdělávání. Žáci si díky těmto úlohám osvojují strategii, algoritmus řešení, což může být výhodnější než prostá znalost fyzikálních procesů. Podle použití úloh můžeme ve výuce vysvětlovat nějaký objekt, diagnostikovat stupeň osvojení, určit dosažení výukového cíle apod. Učební úlohy je vhodné rozdělit. Utřídění učebních úloh poskytuje taxonomie učebních úloh podle D. Tollingerové z roku 1970. Toto rozdělení vychází z Bloomovy taxonomie kognitivních cílů a úlohy jsou řazeny vzestupně podle náročnosti. U každého typu učebních úloh je uveden příklad.

1. Úlohy vyžadující pamětní reprodukci poznatků

    1.1 Úlohy na znovupoznání
Lze přepólovat elektrolytický kondenzátor?
Který z uvedených vztahů ; ; , kde
p je dipólový moment, vyjadřuje závislost kapacity deskového kondenzátoru ve vakuu na ploše elektrod S a jejich vzdálenosti d.

    1.2 Úlohy na reprodukci jednotlivých faktů, čísel, pojmů apod.
Vyjmenujte mechanismy polarizace dielektrika v elektromagnetickém poli.
Uveďte alespoň 3 druhy kondenzátorů z hlediska geometrické konstrukce.


    1.3 Úlohy na reprodukci zákonů, definic, norem, pravidel apod.
Definujte dielektrickou konstantu.
Jak zní Ampérovo pravidlo pravé ruky?


    1.4 Úlohy na reprodukci větších textových celků
Popište chování rezistoru, cívky a kondenzátoru v obvodu střídavého napětí.
Vysvětlete princip implozní jaderné bomby.


2. Úlohy vyžadující jednoduché myšlenkové operace s poznatky

    2.1 Úlohy na zjišťování faktů (např. měření, vyhledávání v tabulkách, čtení grafů a schémat, provádění jednoduchých výpočtů apod.)
Vyhledejte v tabulkách hodnoty dielektrické konstanty vody, kyanidu draselného a lihu.
Nalezněte v literatuře zapojení Scheringova můstku a zjistěte, které prvky obsahuje.


    2.2 Úlohy na vyjmenování a popis faktů (výčet, soupis apod.)
Vypište druhy kondenzátorů podle použitého dielektrika.
Popište, z jakých částí se skládá elektroskop.


    2.3 Úlohy na vyjmenování a popis procesů a způsobů činností
Popište, jak nabijete elektroskop elektrostatickou indukcí.
Vyjmenujte metody měření elektrického odporu a charakterizujte je (schéma, prvky, rozbor, platné vztahy).


    2.4 Úlohy na rozbor a skladbu (analýza a syntéza)
Uveďte části, ze kterých se skládá jaderný reaktor. Jak spolu tyto části souvisejí?
Proveďte rozbor Coulombova zákona.


    2.5 Úlohy na porovnávání a rozlišování (komparaci a diskriminaci)
Z předložených materiálů rozlište materiály elektricky vodivé a nevodivé.
Určete společné znaky dielektrik a polovodičů.


    2.6 Úlohy na třídění (kategorizaci, klasifikaci)
Jaké materiály rozlišujeme z hlediska magnetických vlastností?
Předložené materiály roztřiďte z hlediska elektrické vodivosti.


    2.7 Úlohy na zjišťování vztahů mezi fakty (příčina, následek, cíl, prostředek, vliv, funkce, užitek, nástroj, způsob apod.)
Jako funkci plní hradlová vrstva v kapacitní diodě?
Co se stane s molekulou s dipólovým momentem, když se dostane do elektromagnetického pole?


    2.8 Úlohy na abstrakci, konkretizaci a zobecňování
Co mají společného ionty a elektrony?
Vztah pro výpočet celkové kapacity dvou kondenzátorů zapojených do série zobecněte pro zapojení
n kondenzátorů do série.

    2.9 Úlohy kvantitativní, rutinní (s neznámými veličinami)
Vypočítejte kapacitu deskového kondenzátoru, jestliže vzdálenost desek je a plocha desky je .

3. Úlohy vyžadující složitější myšlenkové operace s poznatky

    3.1 Úlohy na překlad (transformaci)
Uveďte vzorec pro výpočet kapacity válcového kondenzátoru.
Znázorněte graficky voltampérovou charakteristiku termistoru.

   
3.2 Úlohy na výklad (interpretaci), vysvětlení smyslu nebo významu, zdůvodnění apod.
Zdůvodněte využití kondenzátorů s velmi vysokou kapacitou ve výkonných audiosestavách v automobilech.
Vysvětlete, co znamená, že je dielektrikum polarizované.


    3.3 Úlohy na vyvozování (indukci)
Z naměřených hodnot závislosti dielektrické konstanty na koncentraci roztoku vyvoďte vztah pro tuto závislost.

    3.4 Úlohy na odvozování (dedukci)
Ze vztahu pro tlak ideálního plynu odvoďte různé tvary stavové rovnice ideálního plynu.

    3.5 Úlohy na dokazování a ověřování (verifikaci)
Pomocí vhodně sestavené aparatury ověřte existenci termoelektretů.
Dokažte, že výsledný odpor spotřebičů spojených za sebou je roven součtu odporů jednotlivých spotřebičů.


    3.6 Úlohy na hodnocení
Zhodnoťte přesnost měření kapacity kondenzátoru různými metodami.
Jaké jsou klady a zápory elektrolytických kondenzátorů a kapacitních diod?

4. Úlohy vyžadující sdělení poznatků

    4.1 Úlohy na vypracování přehledu, výtahu, obsahu, atd.
Vypracujte stručný přehled kondenzátorů z hlediska jejich geometrické stavby a použitého dielektrika. Přehled doplňte tabulkou s technicky standardizovaným značením kondenzátorů podle kapacity.
Zpracujte stručně, ale výstižně článek o termodielektrickém jevu na stránce
<http://dielektrika.kvalitne.cz/termojev.html>

    4.2 Úlohy na vypracování zprávy, pojednání, referátu, aj.
Na internetu či ve vhodné literatuře nalezněte hodnoty dielektrické konstanty vody, těžké vody a alespoň pěti různých fází ledu. Čím se tyto materiály liší a co mají společného? Problematiku zpracujte do krátkého referátu či prezentace a předneste před svými spolužáky.

    4.3 Samostatné písemné a grafické práce, výkresy, projekty apod.
S pomocí vhodné aparatury naměřte teplotní závislost dielektrické konstanty kompozitních dielektrik. Vypracujte protokol o měření a uveďte chyby, které ovlivnily měření, odhadněte velikost těchto chyb a navrhněte zlepšení, které by tyto chyby omezilo.

5. Úlohy vyžadující tvořivé myšlení

    5.1 Úlohy na řešení praktických situací
Námět na domácí činnost: Do plastových kelímků nalijte horkou a studenou vodu. S horkou vodou manipulujte opatrně! Kelímky umístěte do mrazáku a kontrolujte ve vhodných časových intervalech tvorbu ledu. Jaký kelímek dříve zamrzne? Celou proceduru několikrát opakujte.

    5.2 Úlohy na řešení problémových situací
Voda je materiál s vysokou hodnotou dielektrické konstanty. Proč není používána jako dielektrikum v kondenzátorech?
Proč se do skleněného pohárku po babičce nesmí lít vroucí voda?


    5.3 Kladení otázek a formulace úloh
Máme k dispozici tři kondenzátory o kapacitách , , . Nalezněte všechny možné způsoby zapojení těchto kondenzátorů a vypočítejte celkovou kapacitu.

Když plochou baterii o elektromotorickém napětí 4.5
V připojíme k žárovce, zmenší se její elektromotorické napětí o 0,3 V, přičemž obvodem prochází proud 0,2 A. Vytvořte k nastolené situaci co největší počet otázek a ty pak vyřešte.

    5.4 Úlohy na objevování na základě vlastního pozorování
Navrhněte a realizujte experiment, kterým by bylo možné měřit dielektrickou konstantu různých materiálů. Pomocí tohoto experimentu změřte dielektrickou konstantu běžných materiálů (líh, olej, plexisklo, bakelit apod.)

    5.5 Úlohy na objevování na základě vlastních úvah
Pružný míč byl v určité výšce nad vodorovnou podlahou vržen svisle dolů. Může dosáhnout po odrazu od podlahy větší výšky, než byla výška původní? Zvažte různé možnosti a své úvahy ověřte pokusem.

    Učební úlohy jsou podle této taxonomie rozděleny do 5 hlavních kategorií, které jsou dále členěny. Uvedené rozdělení je velice praktické při koncipování souborů úloh určených pro testování a hodnocení. Soubor by měl obsahovat úlohy ze všech pěti hlavních kategorií. S využitím taxonomie je možné zajistit pestrost souboru úloh a zamezit jednotvárnému, stereotypnímu způsobu myšlení. Vhodné je každý soubor koncipovat dostatečně otevřeně, aby bylo možné jej modifikovat podle výukového cíle a celkové úrovně třídy resp. žáka. Soubor učebních úloh musí dosahovat určité didaktické hodnoty, která je určena výukovým cílem. Například rozvoj samostatného a tvůrčího myšlení zajišťují především úlohy z 3., 4. a 5. kategorie. Pokud je výukovým cílem prosté znovuvybavení či porozumění, v souboru by se měly objevit úlohy z 1. a 2. kategorie.


Zpět na úvodní stránku                                                Zpět na Didaktika