Projekt “Fizyka i chemia – to interesujące”- warsztaty III

Projekt “Fizyka i chemia – to interesujące”- warsztaty III

Po warsztatach poświęconych mechanice czekaliśmy na kolejne spotkanie z Panem Dr inż. Marcinem Jarosikiem z Instytutu Fizyki Politechniki Częstochowskiej zastanawiając się co będzie tematem ostatniego już warsztatu, odbył się on w Szkole Podstawowej w Rędzinach- Osiedlu. Gdy już Pan Dr Jarosik rozpakował wszystkie przywiezione przez siebie urządzenia i przedmioty, niektórych uczestników zelektryzowała zapowiedź, iż będą omawiane zagadnienia związane z prądem elektrycznym. Wszystkie doświadczenia odbyły się jak poprzednio z zachowaniem zasad bezpieczeństwa.

Pierwsze z przeprowadzonych doświadczeń co prawda nie nawiązywało do tematu przewodniego, ale za to było interesujące i łatwo można stworzyć samodzielnie zestaw zbliżony do tego, którym dysponował prowadzący a składał się on ze zmodyfikowanego (obciążonego metalem) kroplomierza i plastikowej butelki wypełnionej wodą
Na podstawie tego doświadczenia określanego jako „nurek Kartezjusza” dowiedzieliśmy się, że w przypadku ciał całkowicie zanurzonych w cieczy siła wyporu zależy od różnicy gęstości i zanurzonego ciała. W uproszczeniu, można stwierdzić, że jeśli zanurzone ciało ma mniejszą gęstość niż ciecz, w której jest zanurzone – będzie wypływać na powierzchnię, w przeciwnym wypadku będzie tonąć. Nurek był skonstruowany tak, że zawierał w swoim wnętrzu powietrze, dzięki czemu dopóki znajdował się w stanie spoczynku pływał. Gdy ścisnęliśmy butelkę nurek zaczynał tonąć, ponieważ wywołaliśmy wzrost ciśnienia cieczy i jednocześnie wzrost ciśnienia powietrza wewnątrz nurka (zmniejszyło ono swoją objętość i ciecz dostała się do wnętrza nurka), co spowodowało wzrost średniej gęstości nurka. Po zwolnieniu uścisku malejące ciśnienie sprawiło, że rozprężające się powietrze wypchnęło nadmiar wody i nurek wypływał.     
   
Kolejne doświadczenie dotyczyło indukowania prądu za pomocą magnesu. Prowadzący podłączył cewkę miedzianą do mikroamperomierza i zaobserwowaliśmy, że gdy poruszyliśmy magnes wewnątrz cewki wskazówka mikroamperomierza wychylała się, czyli występował przepływ prądu elektrycznego. Wynika to z faktu, że w przewodniku znajdującym się pod działaniem zmiennego pola magnetycznego powstanie prąd elektryczny, dlatego że pole magnetyczne oddziałuje tylko na ładunki, które są w ruchu. Im szybsze zmiany pola magnetycznego tym większe natężenie prądu w cewce. W praktyce to zjawisko jest wykorzystywane w prądnicach np. w dynamo.

Nauczyciel akademicki wyjaśnił nam także regułę Lenza. Do miedzianej rurki wrzucił kolejno kawałek metalu i magnes. Okazało się, że magnes, pomimo tego, że nie przyciąga miedzi opadał w rurce wolniej niż kawałek metalu. Odpowiadają za to prądy wirowe wzbudzone przez magnes w rurce, które są także źródłem pola magnetycznego. Zgodnie ze wspomnianą regułą Lenza pole magnetyczne prądów wirowych przeciwdziała polu magnetycznemu magnesu przez co spowalnia jego opadanie. Następnie dwie osoby wrzuciły magnesy w tym samym czasie do dwóch metalowych rurek (przy czym jedna była miedziana, natomiast druga wykonana z mosiądzu) i okazało się, że w mosiężnej magnes opadł szybciej. Związane jest to z różną przewodnością tych metali, co ma wpływ na natężenie prądów wirowych.

Następnie prowadzący omówił zagadnienie siły Lorentza używając do tego zestawu składającego się z zawiniętego odpowiednio drucika umieszczonego w stałym polu magnetycznym. Po podłączeniu prądu drucik zaczął się obracać. Spowodowane jest to siłą Lorentza. W praktyce występowanie tego zjawiska jest wykorzystywane w silnikach elektrycznych.       

Poznaliśmy także zasadę działania elektromagnesu na przykładzie zestawu składającego się z: cewki umieszczonej w metalowej obudowie i metalowej pokrywy wyposażonych w uchwyty i przewody. Przed podłączeniem prądu mogliśmy swobodnie zbliżać do siebie i oddalać cewkę i pokrywę. Po podłączeniu do przewodów popularnej baterii R6 (1,5V) nikt z nas nie mógł rozłączyć tych przedmiotów, a nawet obrócić pokrywy. Elektromagnes o różnej sile ma zastosowanie np. w domofonach, rezonansie magnetycznym, kolei magnetycznej.    

Podczas tych warsztatów przekonaliśmy się, że prąd elektryczny można wytwarzać nie tylko z prądnicy, ale także przeprowadzając odpowiednie reakcje chemiczne. Prowadzący pokazał nam jak za pomocą cytryn oraz cewek miedzianych i cynkowych można zasilić niewielkie urządzenie elektryczne np. kalkulator, a później zaprezentował model przedstawiający zasadę działania silnika cieplnego Stirlinga.     

Na koniec prowadzący zademonstrował przy wykorzystaniu kuchenki mikrofalowej i tradycyjnych żarówek sposób działania oświetlenia bezprzewodowego. W związku z tym, że to doświadczenie wykonywał osobiście doświadczony fizyk, a wykonywanie go przez amatorów w warunkach domowych nie jest bezpieczne, nie podajemy w tym tekście szczegółów eksperymentu. Najistotniejszą informacją dla uczestników i osób interesujących się fizyką jest to, że skoro mikrofale mogą się odbijać we wnętrzu kuchenki wystąpiła interferencja, czyli wzajemne wzmacnianie i osłabianie się mikrofal, więc gdy żarówki trafiły na obszar „wzmocnionych” mikrofal – wtedy się zapalały, oraz na obszar „osłabionych” mikrofal – wtedy gasły. Z zaciekawieniem obserwowaliśmy także demonstrację powstawania plazmy.

Po zakończeniu warsztatów młodzież uczestnicząca w projekcie złożyła Panu Doktorowi Marcinowi Jarosikowi podziękowanie za wiedzę przekazaną podczas warsztatów i przystępny sposób jej przekazania, natomiast Panu Arkadiuszowi Prudło za pomoc w organizacji projektu. Pani Prezes Stowarzyszenia „Dar Serca” Joanna Kmiecik dziękując wszystkim organizatorom i uczestnikom za ich wkład w realizację projektu podkreśliła znaczenie nauk ścisłych w otaczającym nas świecie.

Warsztaty z naukowcem odbyły się w ramach projektu pn. „Fizyka i chemia – to interesujące” finansowanego ze środków programu „Równać Szanse” Polsko-Amerykańskiej Fundacji Wolności administrowanej przez Polską Fundację Dzieci i Młodzieży.

Close Menu