Historia jednego wynalazku

z naszych lekcji
Historia jednego wynalazku,
czyli jak uatrakcyjni lekcje fizyki
Adam Kobiałka
Opowiadanie uczniom, jak ciekaw, wan i mocno zwizan
z rzeczywistoci nauk jest fizyka, to z pozoru atwe zadanie dla
dowiadczonego fizyka. Z pozoru,
bo modzie gimnazjalna chce na
poparcie tych sów konkretnych
dowodów, a uczniów starszych
(szkoa rednia) ciko jest przekona, poniewa w pamici maj
dziesitki nudnych, rachunkowych lekcji i setki zada, które
s w zbiorach, a w adnej mierze
ciekawe nie s. Warto zatem raz
na jaki czas (kwarta, pórocze)
powici jedn lekcj na spektakularne pokazy dowiadcze, wyjtkow, „lekk” w treci i formie
prezentacj bd
wykad ilustrowany czym, co wprawi uczniów
w zachwyt. Przygotowanie takich
lekcji jest czasochonne, ponadto wymaga woenia sporej iloci
energii i zgromadzenia odpowiednich materiaów, ale warto to zrobi choby z tego powodu, e po
nich uczniowie yczliwiej i chtniej spogldaj na przedmiot inauczyciela.
Przykadem zaj efektownych
wformie iefektywnych jednoczenie moe by historia jednego wynalazku – kuchenki mikrofalowej.
Cz pierwsza: co, kto ikiedy?
Omawiamy krótko iprezentujemy na slajdzie widmo fal elektromagnetycznych, nastpnie pokazujemy pooenie mikrofal wwidmie,
zwracajc uwag na ich typow
dugo (1 mm – 1 m), co okae
si istotne pó
niej. Poniewa cz
wykadowa nie jest najciekawszym
punktem, moemy j uatrakcyjni
Fot. 1.
ródo: http://www.findagrave.com/cgi-bin/fg.cgi?page=pv&GRid=16871396 [dostp: 26.03.2014]
humorystycznie (kolejne slajdy
prezentacji – fot. 1).
Podkrelamy znaczenie nauki
(fizyki), podajc w prezentacji zastosowanie fal elektromagnetycznych odkrytych przez Maxwella
i Hertza. Dzi nietrudno bdzie
uczniów przekona owadze odkry
iich zwizku znaszym codziennym
yciem, podajc nastpujce przykady:
ztelefony komórkowe: dziaajce
wstandardzie GSM oraz UMTS;
znawigacja: system globalnego
pozycjonowania (GPS);
zBluetooth: uywa mikrofal wzakresie 2,4 GHz;
zradary mikrofalowe: np. tarcza
antyrakietowa;
zczno satelitarna: do satelity
oraz zsatelity na Ziemi, wtym
telefonia satelitarna;
zradioastronomia: badanie Kosmosu wzakresie mikrofalowym
za pomoc radioteleskopów, np.
badanie mikrofalowego promieniowania ta jest podstaw teorii
Wielkiego Wybuchu;
zenergetyka: prowadzone s
badania nad przekazywaniem
energii elektrycznej za pomoc
mikrofal na due odlegoci, np.
zorbity na Ziemi;
zsuszenie mikrofalowe: w przemyle, osuszanie budynków, pomiary wilgotnoci;
zkuchenka mikrofalowa.
Historia samej kuchenki jest
bardzo ciekawa, co nie moe
umkn uwadze naszych uczniów:
zOdkrycia polegajcego na „gotowaniu za pomoc mikrofal”
dokona przypadkowo amerykaski inynier Percy Spencer
(fot. 2) w 1945 roku, kiedy to
stojc na wprost magnetronu
Fot. 2. Percy Spencer
ródo: http://www.pennwellblogs.com/mae/2008/01/radar-technology-to-jump-from-microwave.html [dostp: 26.03.2014]
Fizyka w Szkole 3/2014
35
z naszych lekcji
zElektrony wysyane przez kato-
ródo: http://www.glenbow.org/images/archpics/homeec.jpg [dostp: 26.03.2014]
ródo: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fd/NS_
Savannah_microwave_oven_MD8.jpg [dostp: 26.03.2014]
– urzdzenia wytwarzajcego
mikrofale – zauway, e czekoladowy baton wjego kieszeni
zacz si topi.
zJu w1947 roku firma Raytheon
oferowaa pierwsz mikrofalówk, która miaa 2 m wysokoci,
waya 400 kg ikosztowaa 3 tys.
dolarów.
zDzi sprawne, uywane kuchenki mona naby na aukcjach internetowych za równowarto
kilkunastu dolarów!
zCzekolada wkieszeni Percy’ego
Spencera topia si w1945 roku,
gdy Spencer by ju po pidziesitce. By moe gdyby odkrycia dokona wczeniej, wpyw
mikrofal na to, co oprócz czekolady nosi wspodniach, sprawiby, e nie odniósby yciowego
sukcesu, jakim niewtpliwie
byo… spodzenie trzech synów!
Ostatnie zdanie moe si wydawa zanadto dowcipne dla modszej modziey, niemniej jednak
wskazuje na wan kwesti: mikrofale o duym nateniu mog
niekorzystnie wpywa na nasze
zdrowie!
36
Fizyka w Szkole 3/2014
Magnetron
róo: http://pl.wikipedia.org/wiki/Magnetron [dostp: 26.03.2014]
d w magnetronie przycigane
s przez anod, ator iich prdko modyfikowane s przez
pole magnetyczne i ksztat komory anodowej.
zDrgajce elektrony emituj mikrofale – iju!
zW wyniku dziaania mikrofal
czsteczki substancji, do której
dociera fala, obracaj si raz
w jedn, a raz w drug stron,
czyli drgaj. Tylko niektóre tak
robi, np. te, które s dipolami
(jak H2O). Drgajce czsteczki
uderzaj w inne, te w nastpne… Tak rozchodzi si ciepo.
zPo odbiciu od cian mikrofale interferuj ze sob, tworzc
trójwymiarow fal stojc wewntrz komory. Potrawa ogrzewana jest tylko wpewnych miejscach, dlatego talerz, na którym
si znajduje, musi by ruchomy
(obrotowy). W niektórych typach kuchenek wystarczy obrotowy reflektor fal.
Szczypt humoru moemy okrasi slajd przedstawiajcy mikrofalówk (rys. 1).
Cz druga: jak to dziaa?
zMagnetron (
ródo mikrofal) to
rodzaj „lampy” mikrofalowej,
która przetwarza energi prdu
na energi elektryczn o wysokiej czstotliwoci.
Rys. 1.
Cz trzecia: fakty imity
Warto krótko porozmawia
z uczniami o zaletach i wadach
uywania kuchenki mikrofalowej
woparciu okilka hase:
z naszych lekcji
zJedzenie z mikrofalówki jest
szkodliwe?
Nie bardziej ni przygotowane
winny sposób. Mikrofale powoduj drgania czsteczek wody
iwzwizku ztym tylko podgrzewaj produkty, nie powodujc
powstawania adnych nowych,
szkodliwych substancji. A co
zodsmaaniem na tuszczu? Pomyl otym.
zMikrofalówka emituje szkodliwe
promieniowanie na zewntrz?
To równie nieprawda. Obudowa kuchenki jest wykonana
wtaki sposób, e fale elektromagnetyczne nie wydostaj si na
zewntrz. Mikrofale odbijaj si
od metali – nawet jeli ma dziury
(byle tylko dziury byy mniejsze
ni dugo fali!). Standardowo
wmikrofalówkach wykorzystuje
si promieniowanie o dugoci
fali 12,2 cm, tak wic mikrofale
odbijaj si doskonale zarówno
od wewntrznych cianek komory, jak iod drzwiczek pokrytych
metalow siatk.
zW mikrofalówce nie mona gotowa jajek?
Ogrzanie zawartoci jajka powoduje wzrost cinienia wewntrz
skorupki ijej rozsadzenie.
zDo mikrofalówki nie mona
wkada metalowych naczy?
Próba gotowania w metalowym
naczyniu wstawionym do mikrofalówki skoczy si niepowodzeniem. Mikrofale nie przenikaj przez metal. Co wicej
– w miejscach, gdzie metal jest
cienki (np. zdobienia naczy),
mog pojawi si iskry, awkonsekwencji nawet poar!
Cz czwarta:
problemy eksperymentalne
Wszystkie dowiadczenia przedstawione poniej przeprowadziem
wielokrotnie i mog stwierdzi, e
wybierajc do nich kuchenk onieduej mocy, nie trzeba si ich ba.
Za kadym razem ustawiamy moliwie krótki czas pracy kuchenki (wyjtkiem jest mydo). Moemy podczy kuchenk do gniazdka przez
przeduacz zwycznikiem, dziki
czemu bdziemy mogli j wyczy
bez podchodzenia do drzwiczek.
zMydo wmikrofalówce
Kostka myda w mikrofalówce
zamienia si wobfit, gst pian (fot. 3). Mydo nie traci przy
tym swoich waciwoci. Czas
pracy mikrofalówki to ok. 1–3
minut.
zJak szybko nadmucha balon?
Do balonu wprowadzamy kilka
mililitrów wody, zawizujemy
balon i wkadamy go do mikrofalówki. Czas pracy to kilka lub
kilkanacie sekund. Uwaga! Balon staje si gorcy!
zPyta CD wmikrofalówce
W pycie znajduje si cienka
warstwa metalu, w której pod
wpywem mikrofal wydziela
si w krótkim czasie dua ilo
ciepa. Efektowny pokaz iskier!
Czas pracy – kilka sekund. Uwaga! Pyta staje si gorca!
zarówka wmikrofalówce
Zwyka arówka (z arnikiem,
nie energooszczdna!) wypeniona jest argonem, który pod
wpywem mikrofal zaczyna
emitowa wiato. Dlatego arówka woona do mikrofalówki
zaczyna wieci rónymi kolorami. Jednak tylko przez chwil – wzrost cinienia warówce
powoduje, e z hukiem pka.
Czasem arnik si topi igorcy
spada na szko arówki, przeta-
piajc je w tym miejscu. Podczas pokazu stoimy z dala od
kuchenki. Czas pracy – kilka sekund. Uwaga! arówka staje si
gorca!
zJajko wmikrofalówce
Ogrzanie zawartoci surowego
jajka powoduje wzrost cinienia
wewntrz skorupki i jej rozsadzenie. Eksplozja moe by silna. Nie stajemy blisko kuchenki.
Czas pracy – kilkanacie sekund
oraz 5 minut na umycie kuchenki. Ze wzgldu na konieczno
umycia urzdzenia proponuj
przeprowadzi ten eksperyment
na kocu lekcji. Warto zauway, e jajko cina si od rodka
(wpierwszej kolejnoci ótko).
zPonadto…
Jeli mamy wicej czasu, moemy uy kuchenki do… wyznaczenia prdkoci wiata.
Obrotowy talerz ustawiamy na
tekturowych podstawkach, tak
by si nie krci. Tabliczk czekolady umieszczamy wkuchence na krótki czas. Czekolada
stopi si wpewnych miejscach,
co pozwoli na oszacowanie dugoci fali stojcej, powstaej
w kuchence. Dysponujc czstotliwoci, któr mona odczyta z tabliczki znamionowej,
moemy dokona stosownych
oblicze. Sprawdzaem – rzd
wielkoci si zgadza!
Miej, bezpiecznej zabawy!
Fizyka w Szkole 3/2014
37