Spletna stran je še v pripravi

FOTOGRAFIJE NEKATERIH UČIL TER OPISI POSKUSOV IZ FIZIKE V  9. RAZREDU OSNOVNE ŠOLE

Nikola Tesla

Gibanje
Glej N & T za 4 & 5.

Sestavljeno gibanje. Najpreprosteje je poriniti npr. gobo po mizi, da pade na tla. Gibanje gobe je sestavljeno iz enakomernega gibanja v vodoravni smeri in enakomerno pospešenega gibanja navpično navzdol. Podoben je poskus pri katerem lovec strelja na opico. S "topom" ustrelimo poševno navzgor v smeri proti kovinski ploščici, ki visi na elektromagnetu. Ko kroglica izleti iz "topa", pretrga tanek trak iz aluminijaste folije preko katerega je sklenjen električni krog. Ker preneha teči električni tok, elektromagnet ne deluje več in ploščica pade enakomerno pospešeno navpično navzdol. Ker tudi krogla hkrati ko leti enakomerno poševno pod kotom izstrelitve pada enakomerno pospešeno navzdol z enakim (težnim) pospeškom kot ploščica, jo zadane.   Študent je izdelal napravo - tekoči trak, ki ga lahko enakomerno poganjamo. Po njem lahko spuščamo električni voziček, ki se giblje enakomerno v isti ali nasprotni smeri kot tekoči trak, ali pa pravokotno na njega. Pri tem lahko opazujemo gibanje vozička glede na koordinatni sistem na tekočem traku ali pa ob njem. Še bolj zapleteno je gibanje vozička poševno glede na gibanje tekočega traku. Podobno kot če hočemo preplavati reko pravokotno do točke natančno na nasprotnem bregu.

Gibanje začnemo s klado, valjem, stožcem, vretenom in vozičkom na klancu.   Vreteno - dve kolesi na osi spustimo po širokem klancu, ki preide v ozkega (letev) in z letve na širok položen klanec.   Enakomerno pospešeno gibanje, prosto padanje.

Grafi gibanj

Kroženje in vrtenje

Gibanje po krožnici lahko bolj nazorno prikažemo s kroglico z daljšim pisanim "repom", ki opisuje tir gibanja. Če kroglico spustimo, bo odletela v smeri dotikalnice na krožnico in ne od središča kroženja navzven v smeri polmera.   Da je za kroženju potrebna sila, ki spreminja smer gibanja pokažemo z vozičkom na baterijski pogon, ki ga privežemo na vrvico z dinamometrom, ki kaže silo, ki je potrebna za spremembo smeri gibanja. Če vrvico spustimo, dinamometer ne kaže več sile in voziček se začne gibati enakomerno in premočrtno v smeri tangente na krog. Če izmerimo polmer krožnice, čas enega obhoda in maso vozička, lahko centripetalno silo tudi izračunamo. Meritve pokažejo večjo silo, ker je trenje pri spreminjanju smeri zelo veliko. Na drugi fotografiji je voziček na treh kolesih od katerih se vsaj eden lahko vrti tudi okoli navpične osi in so rezultati boljši.   Centripetalno silo lahko izmerimo tudi tako, da na vrvico pritrjen gumijast zamašek ali radirko vrtimo. Vrvico napeljemo skozi gladko cevko, ki jo držimo v eni roki, v drugi pa dinamometer. Dolžino vrvice lahko pred poskusom izmerimo in označimo s koščkom volne, ki ga privežemo na vrvico. Drugi učenec v paru laho s štoparico izmeri frekvenco oz. obhodni čas kroženja in centripetalno silo.

Astronomija
Glej terenske vaje
Planetarij (glej N&T za 4&5)

Gravitacija (glej teža v 8.r.)

Med telesi deluje vzajemna gravitacijska sila, ki je dvisna od mase enega in drugega telesa in njune medsebojne razdalje (Fg=k.m1.m2/r2). Gravitacijsko polje telesa z veliko maso, npr. Zemlje, je v njegovi neposredni bližini (na površju) zelo veliko in ga v vsakdanjem življenju imenujemo teža. Med manjšimi telesi pa jo zelo težko zaznamo. Cavendisch je prvi izmeril gravitacijsko konstanto (6,67.10-11 Nm2/kg2) z uravnovešanjem gravitacijske sile med kroglama s torzijsko silo tanke žice. Podoben poskus lahko naredimo z lahko prečko iz stiropora (pribl. 5 x 5 x 50 cm), ki jo z vrvico pritrdimo na tanek laks. Na konca prečke damo manjše uteži (100-200g) ob njiju pa še večji uteži za 1 - 2 kg. S spodnje strani v prečko porinem ploščico, ki bo, potopljena v vodo v posodi pod njo, dušila sučno nihanje. Ker je naprava kljub temu zelo občutljiva, jo ogradimo s kartonom. Tudi elektrostatske sile lahko uplivajo na poskus. Ko se prečka z manjšimi utežmi po kakšni uri umiri, dodamo večji uteži. Gravitacijska sila med utežmi bo počasi zavrtela prečko.

Sončne ure
Na zemeljskem površju poldnevnik na vsakih 15° omejuje časovni pas ene ure, ker se Zemlja zavrti za 360° v 24h urah. Znotraj enega pasu je po naši uri povsod hkrati poldan, po sončni uri pa je lahko razlika do ene ure. Le na sredini pasu se naše merjenje časa in sončna ura ujemata. Ljubljana je skoraj 15° (14° 30') vzhodno od Greenwicha, to je + 1 uro (58min). V splošnem določimo časovni pas kot GMT + ali - N, ali UTC +/- N, kjer je N odmik v urah. Če želimo hkrati meriti čas na vsej Zemlji (npr. mornarica), potem uporabljamo Greenwish-ski ali ZULU čas. (glej tudi terenske vaje)

ELEKTRIKA

Preproste poskuse o elektriki glej v naravoslovju za 6. in 7. razred

Varnostni ukrepi
Učitelj je odgovoren za varnost učencev v šoli. Pred poskusi z elektriko, učence opozorimo na nevarnosti električnega toka. Za varnost poskrbimo aktivno in pasivno. Vtičnice naj bodo varovane tako, da lahko vanje vtaknemo le hkrati oba električna priključka. Vse kovinske električne priprave morajo biti priključene na trožilni kabel, ki ima ozemljitveni vod. Tudi vse vtičnice morajo biti ozemljene. Napeljava mora biti splejana preko primernih talilnih ali  elektromagnetnih (avtomatskih) varovalk, ki se bodo ob pre velikem toku (ki lahko steče preko ozemljitvenega voda) izklopile. Talilnih varovalk nikoli ne popravljamo, temveč jih zamenjamo z novimi. Poleg tega mora biti v električni razdelilni omarici FID stikalo, ki se izklopi ob že majhni razliki (0,5 mA) vztopnega in iztopnega toka (ki je lahko manjši za tok, ki steče drugje kot preko ničelnega voda, npr. preko ozemljitvenega voda ali človeka). Poleg tega mora biti na vidnem dostopnem mestu še tipka za trenutni izklop vseh električnih naprav. Električna razdelilna omarica, kjer je poleg varovalk še glavno stikalo, mora biti seveda pod ključem.
V novejšem času so začeli proizvajati vezne žice z bananskimi priključki, ki so izolirani in jih ni mogoče vtakniti v električno vtičnico za 220 V.

Izviri električnega toka
Električni tok seveda ne izvira, temveč ga izvir le poganja. Najpreprostejši so izviri iz galvanskih členov. Običajno jih je več zaporedno vezanih po 1,5 V bodi si v baterijo ali v baterijskem koritu. Kot najugodnejša (najcenejša) so se izkazala lesena korita s štirimi členi med katere vtaknemo kovinsko ploščico (1,5; 3; 4,5 in 6 V).
Prednost baterijskih korit je predvsem v tem, da nam ni potrebno napeljevati elktričnih žic iz vtičnic, da so varne in da lahko poženemo dokaj velik tok.
Pomanjkljivosti baterij sta predvsem tri: hitro se izrabijo, ker niso varovane proti kratkostičnemu toku, ne moremo zvezno spreminjati napetosti in ta je lahko le enosmerna.
Boljši so že akumulatorski členi, vendar je pri njih potrebno skrbeti za polnjenje.
Za nekatere poskuse npr. za prikaz učinkov električnega toka npr. magnetnih, je dobro imeti 12 V avtomobilski akumulator, ki pa mora biti hermetično zaprt in ga lahko uporablja le učitelj.
Oznake Galvanskih členov (običajno 1,5 V):

Naslednji izviri električnega toka so različni ceneni "pretvorniki" toka, predvsem za igrače in druge manjše električne porabnike pri katerih pa prav tako ne moremo zvezno spreminjati napetosti, ki je prav tako običajno enosmerna.

Za izvajanje vseh poskusov z elektriko v osnovni šoli pa nujno potrebujemo šolski malonapetostni izvir (ŠMI) do 24 V. Nizkonapetostni izvir je do 220 V in srednjenapetostni nad 220 V in visokonapetostni nekaj 1000 V. Pomembno je, da sta transformatorski tuljavi fizično povsem ločeni in ne more priti do kakega stika z napetostjo 220 V. Žal je nakup 10 ŠMIjev, kolikor bi jih morala imeti vsaka šola, dokaj drag.

Električni merilniki
Najpreprostejši galvanometer je mali merilnik na vrtljivo tuljavico za 0,13 V in 0,1 mA.
Za enostavno merjenje električnega toka potrebujemo univerzalni električni merilnik z dvema priključkoma in z ničliščem v sredini skale na keterem z enim samim preklopnikom lahko izbiramo vsa merilna območja od 0,06 do 60 V in od 0,06 do 6 A z enopolno vtičnico 4 mm za vse meritve. Ima dve talilni varovalki. Eno zaporedno vezano za 6,3 A (F6,3/250 E, F-hitrotaljiva) in 0,25 A (M 0,25/250 C, za varovanje voltmetra). Notranji upor za enosmerno napetost je 10 kw /V in za izmenično 4 kw /V Obstaja seveda še cela vrsta električnih merilnikov, v zadnjem času predvsem digitalnih.

Električna vezavna plošča
Najpreprostejše so vezalne plošče iz plute, na kateri z risalnim žebljičkom vežemo priključke žic.
Na večini osnovnih šol so ob prenovi pouka fizike, ki se je pričela leta 1974, nabavili električno vezalno ploščo. Ta je v tistih časih bila najcenejša rešitev. Največji problem predstavljajo namvreč stiki v električnem krogu. Na EVP so vezni elementi vzmeti, ki jih lahko pritrdimo na različnih mestih EVP. Vse ostale električne vezalne plošče imajo namvreč tudi do 100 krat dražje izvedbe stikov, kot predlagana rešitev z vzmetnimi sponkami. Včasih so se dobile prevodne kovinske plošče, na katere se je z magneti pritrjevalo posamezne elemente. Taka EVP deluje podobno kot električno vezje v avomobilu, ki ima le eno dovodno žico, ohišje avtomobila pa je drugi vod. Obstajajo seveda tudi posamezni električni elementi, ki jih povežemo z žicami z dvema bananskima priključkoma (posebej za galvanski člen, žarnico z navojem, stikalom itd.)

Električni tok
Poseben problem predstavlja narediti električni tok viden. To se da prikazati le z ioni, ki pa potujejo zelo počasi. Vato namočimo v sok rdečega zelja, ki ga dobimo z njegovim kuhanjem(, in vanj dodamo kalijev hidroksid (KOH)). Nato na pozitivno elektrodo kanemo žvepleno kislino (H₂SO₄), ki bo raztopino obarvala rdeče, na negativno pa natrijev hidroksid (NaOH), ki bo raztopino obarval zeleno-rumeno in priključimo na približno 20 V enosmerne napetosti, ki bo pognala tok približno 0,1 A. Čez nekaj minut bomo opazili potovanje rdečih pozitivnih ionov H₃O⁺ (anionov) k negativni elektrodi (katodi) in negativnih ionov OH^- (kationov) k pozitivni elektrodi (anodi). Podoben poskus lahko naredimo s filtrirnim papirjem namočenim s slanico (raztopino NaCl) in med obe elektrodi kanemo zrnca hipermangana Kalijev manganat (KMnO₂). Spet bomo čez nekaj časa opazili gibanje violičnih ionov proti negativni elektrodi in rjavih proti pozitivni. Hitrost gibanja ionov je le nekaj mm na uro.
Gibanje ionov lahko ponazorimo z dolgo platično cevjo, ki jo napolnimo z vodo v katero damo nekaj žaganja in napeljemo po vsem razredu od pipe nazaj v odtok. Ko pipo malo odpremo bo voda skoraj istočasno začela iztekati iz drugega konca cevi, delci žaganja pa bodo po cevi potovali počasi.
Gibanje elektronov po žici lahko ponazorimo z gibanjem kroglic po klancu navzdol. Kroglice bi se morale gibati enakomerno pospešeno, a jih zadržuje množica žebljev tako, da se gibljejo enakomerno, podobno kot elektroni po žici.
Tok ionov lahko opazujemo v cevi z elektrodama na kateri priključimo visoko napetost nekaj 1000 V in izsesavamo zrak. Pri nižjem tlaku, bo v cevi zažarela plazma; najprej rdeče-vijolično, z nadaljnim zmanjševanjem tlaka pa vedno bolj belo z značilnimi "rebri". Razdalja med njimi, naj bi bila prosta pot naelektrenih delcev plina. Da so to gibajoči se naelektreni delci, lahko dokažemo z magnetom, ki jih odkloni.
Podoben poskus lahko naredimo v katodni cevi iz npr. Teltronove zbirke.

Naslednji način posrednega opazovanja električnega toka je preko njegovih učinkov. Najpreprostejši so toplotni učinki. Demonstracijski poskus izvedemo z nekaj dm dolgo nikkromovo, konstantanovo (zlitina bakra in niklja), ki ima približno dvakrat manjši upor, cekasovo ali železno žico, ki jo priključimo na 10 do 20 V napetosti dokler ne začne žareti. Žica bo enako žarela tudi če zamenjamo priključka ali pa če jo priključimo na izmenično napetost. Z izmenično napetostjo lahko pokažemo, da žica niha med poloma magneta. Če naredimo nekaj vozlov stoječega valovanja žice, bo v njih žarela, v hrbtih pa ne saj se zaradi nihanja hladi. To je že hkrati poskus z magnetnimi učinki električnega toka, ki ga lahko pokažemo tudi z magnetno iglo ob žici, ki jo postavimo v smeri sever-jug. Ko po žici steče električni tok, se bo igla odklonila. Če zamenjamo smer toka, se bo odklonila v drugo smer. Magnetne učinke lahko pokažemo tudi z dvema vzporednima daljšima žicama približno 2 cm narazen, ki ju kratkostično priključimo na po dve vzporedno-zaporedno vezani baterijski koriti s skupno napetostjo 12 V. Še boljši je akumulator. Če po žicah teče tok v nasprotnih smereh se bosta privlačili, ča pa v isti smeri se bosta odbijali. Če žici visita vodoravno nad grafoskopom, bo premik bolj opazen, v učilnici z višjim stropom, pa jih obesimo navpično. In še kemijski učinki elktričnega toka, ki jih najlaže pokažemo z raztopino modre galice (CuSO₄) z dvema elektrodama, ki ju priključimo na približno 6 do 10 V enosmerne napetosti in se bo na negativni elektrodi (katodi) začel nabirati baker (galvanizacija). Če bo gostota toka na površino elektrode pre velika se na npr. aluminijastih elektrodah ne bo nabiral baker, ker bo v kosmih odpadal. Pokažimo še elktrolizo vode v katero kanemo nekaj kapljic kisline ali zrnc soli. Na pozitivni elektrodi (anodi) se bo izločal kisik na negativni katodi pa dvakrat več vodika (2 H₂O = 2H₂ + O₂). Če bomo elektrolit osolili (z NaCl) se bo izločal tudi klor na kar moramo biti pozorni! Na ta način klorirajo vodo v bazenih z morsko vodo, pa tudi v nekaterih bazenih s "sladko" vodo jo klorirajo z elektrolizo osoljene vode.

Električni tok je po vsem električnem krogu enak

Sklenjen električni krog preko ozemljitve: baterija, žarnica, en konec žice priključen na vodovodno pipo, drug na radiator.

Merjenje upora zemljišča v stekleni posodi s podtalnico.

Razcepljen, razvejan električni krog

Električna napetost
Glej tokove v naravoslovju za 6. & 7. razred
Snovni tok poganja razlika tlakov. Podobnost med sklenjenim vodnim in sklenjenim električnim tokom lahko pokažemo z vodnim krogom s črpalko in vodnimi stolpci kot manometri - merilniki tlaka. Na prvi fotografiji ni razlik v tlakih med posameznimi manometri in zato se voda ne pretaka. Na drugi fotografiji črpalka ustvarja tlačno razliko. Med prvim in drugim manometrom je cev skoraj brez upora in zato tudi skoraj ni razlike v tlakih med njima. Med drugim in tretjim manometrom je cev napolnjena s kroglicami v mreži, ki se upirajo pretoku vode, zato je tudi razlika v tlakih med njima velika, med tretjim in četrtim manometrom spet ni razlike v tlakih in zato tudi ne upora.

Razliko med električnim potencialom imenujemo napetost

Porabniki seveda ne porabljajo električnega toka, ki skozi njih le teče, temveč električno delo.
Najenostavnejši so poskusi z žarnicami. Najprej z enakimi, nato z različnimi. Glede na velikost navoja, žarnice označujemo z E: E10 imajo navoj premera 10 mm (žarnice za baterijske svetilke), E14 d = 14 mm (za nočne svetilke), E27 imajo d = 27 mm (običajne žarnice). Pri pouku običajno uporabljamo žarnce E10 in sicer za žepno svetilko 3,5 V, 0,2 A v grlu s črnim plastičnim ovojem, kolesarsko 6 V, 0,5 A v grlu z belim ovojem iz plastike in signalno 6 V, 0,1 A v (rdečem) kovinskem grlu brez plastičnega ovoja. (glej tudi volti, amperi in vati v "Bistrenju z naravoslovjem")

Za poskuse je pripravna uporovna žica in sicer iz mešanice Niklja in Kroma Isa-Chrom 60, ki ima pri debelini 0,07 mm upor kar 282 ohmov na meter. Napnemo jo na npr. nadometne PVC kanale za električne kable ali PVC shranjevalnike za elektronske elemente. Primerni so dolžine 40 cm na katere napnemo 30 cm žice (približno 84 w), ter 2-krat daljše (60 cm; 168 w) in 2x krajše (15 cm; 42 w). Po napeti žici lahko tudi drsamo z enim bananskim priključkom vezne žice in merimo spremembe toka.

Palica in žica kot spremenljivi upor

Upornik s čepi - dekadni upori

Drsni upornik

Vrtljivi drsni uporniki

Drsni upornik kot spremenljivi delilnik napetosti - potenciometer

Uporniki

Spremenljivi polprevodniški upori
TERMISTOR (1310, 2032, 2033) je upornik iz polprevodnika, ki spreminja svojo upornost s temperaturo. NTI je termistor z negativnim temperaturnim koeficientom, ki mu specifični upor pojema z naraščanjem temperature. Običajno ga uporabljamo v uporovnih termometrih. Kasneje izdelani PTC je termistor s pozitivnim temperaturnim koeficientom, ki mu specifični upor z naraščanjem temperature narašča. Običajno ga uporabljamo za zasčito elektromotorjev, saj se pri njegovem nasilnem zaustavljanju tok zelo poveča, zato se termistor segreje, upor mu močno naraste in s tem se tok močno zmanjša.
FOTOUPORNIK (1313, 2028) ali Light Dependent Resistor (LDR) je polprevodniški element, ki se mu upor spreminja (močno zmanjšuje) z osvetljenostjo. Običajno ga uporabljamo za krmiljnje relejev.

Ohmov zakon

Električna moč
Dobijo se že merilniki za merjenje moči različnih električnih aparatov. Na fotografiji potopni grelnik greje z močjo 1069 W, kavni mlinček pa dela z močjo (natančneje troši električno moč) 65 W.

Elektronika

Danes se elektronke izrinili tranzistorji, vendar so osnove zanimive. Teltron je razvil sistem zelo uporabnih in preglednih elektronskih cevi.

Katodna televizijska cev

Razlika med enosmernim in izmeničnim električnim tokom

Elektromotor
Magnetna iga, nad njo vrteči se mali magnet na vrvici
Aluminijast lonček na igli v plutovinastem zamašku, nad njim vrteči se magnet na vrvici
Aluminijast lonček na igli  v vrtečem se elektromagnetnem polju dveh tuljav

Obremenjen in neobremenjen elektromotor

Fotoefekt, sončna celica

Elektrostatika
Večna dilema je, ali začeti elektriko z elektrostatiko ali s tokom.
Poskusi iz elektrostatike sabše uspejo v deževnem, vlažnem in soparnem vremenu, zelo dobro pa ob mrzlem in suhem vremenu.
Merilec električnega naboja Coulonmeter
Naelektrena balona na lahni vrvici.
Plastične in steklene palice ter volnene, svilene in krznene krpe.
Elektroskopi.
Prenašalec naboja - elektrofor.
Sklenjen električni krog: Van De Graffov generator, konopljena vrvica speljana do ennega in do naslednjega zaporedno vezanega elektroskopa ter ozemljitev nazaj na generator.
Ker je pri elektrostatiki že po definiciji vse statično, je dobro pokazati še poskus pri katerem se kaj premika kot posledica privlačnih in odbojnih elektrostatičnih sil. Na vrh VAN DE GRAFOVEGA GENERATORJA (1909) nataknemo na konico kovinsko vetrnico, ki se bo začela vrteti. "ELEKTROSTATIČNI ELEKTROMOTOR" (1388) izdelamo iz treh plastenk. Krajni dve ovijemo v aluminijasto folijo na katero prilepimo dva priključka. Enega priključimo na en pol INFLUENČNEGA GENERATORJA (1910), drugega pa prislonimo na srednjo plastenko, ki jo na dnu preluknjamo in jo s pokrovčkom nataknemo na pletilko, da se bo lahko vrtela. Srednjo plastenko ovijemo v tri enake aluminijaste folije, med katerimi pustimo približno 1 cm presledka.
Zanimiv je tudi poskus s presipanjem sladkorja iz kovinske v plastično posodo z narezanimi trakovi iz alu folije, ki se odklonijo od posode, ki se naelektri.

Električno polje
Solatna semena v olju v petrijevki. Dva točkasta priključka in dve ploščici - kondenzator, priključeni na visokonapetostni izvir.

Magnetno polje
Gej N&Tv4.&5.r.
Več magnetnih igel na grafoskopu okrog magneta
Več železnih paličic v prozornem ohišju ob magnetu
Železni opilki na prozornem plastičnem pladnju nad enim in nad dvema magnetoma.
Na neželezne kovine, ki ne vsebujejo železa, magnet običajno ne deluje, še manj na sadje. Vendar se da neurejene magnetne dipoe v npr. aluminiju in vodi vsaj začasno deno urediti in z magnetom uplivati na njih npr. na vodni površini ai obešeni na slamici.
"Na lepi modri Donavi" je poskus s plavajočimi majhnimi delci na modri galici (CuSO₄) v katero potopimo dve ogleni elektrodi nad trajnim magnetom. Na gibanje ionov med anodo in katodo bo uplivalo tudi magnetno polje in modra galica se bo pričela počasi gibati, kar bomo opazili po delcih, ki plavajo na njej.

Sile na vodnik v magnetnem polju

Elektromotor

Indukcija

Transformator

Daljnovod

Radijski valovi

Mikro valovi
  V mikrovalovki lahko naredimo veliko zanimivih poskusov. V pečico damo na različno velike kocke narezan sir. Enkrat opazujemo taljenje sira po površini, ko vključimo le infra rdeči žar in drugič po vsej prostornini, ko vključimo le mikrovalove. Kateri košček se bo bolj stalil v prvem in kateri v drugem primeru? Prižgemo lahko svečo v katero smo ob stenj zataknili košček žice, ki se tako močno segreje, da zažari. Na fotografiji sveti žarnica v kozarcu vode. Pred mikrovalovko je merilnik, ki kaže dokaj veliko sevanje.
  Dožino mikrovalov lahko ugotovimo, če premostimo vrtjivi del na sredini - obrnemo krožnik in na njem grejemo čokolado ali moker papir. Na fotografiji vidimo mesta, kjer se je papir po približno 4 minutah osušil. Razdalja med vozli je približno 13 cm, torej je valovna dolžina mikrovalov približno 26 cm. Na zadnji fotografiji pa je krožno osušen papir na vrteči se plošči.

SPLETNA STRAN JE ŠE V PRIPRAVI