Blikání žárovek

V tomto experimentu bude ukázáno, jaký vliv na osvětlení má střídavý proud. Jestli žárovky napájené střídavým proudem blikají, či neblikají.

Čas na přípravu a provedení experimentu

Příprava pomůcek trvá pár minut.
Čas na provedení této úlohy je maximálně 10 minut. Bez následné diskuze se žáky.

Potřebné pomůcky

1. Potřebné pomůcky Autorka © Naděžda Vogalová

• lampička s úspornou žárovkou a s obyčejnou žárovkou
• Vernier LabQuest
• čidlo intenzity světla (LS-BTA)
• počítač

Příprava experimentu

Připojit Vernier LabQuest k počítači, na kterém je nainstalovaný program Logger Lite (zdarma ke stažení na stránkách www.vernier.cz). K Vernier LabQuestu připojit čidlo intenzity světla LS-BTA a toto čidlo namířit na zdroj světla (viz obr. 1). Pro zviditelnění prováděného experimentu je dobré promítat obrazovku počítače za pomoci dataprojektoru.

Provedení experimentu

• Před experimentem

Nejprve je dobré zopakovat, že nám do domácností přichází střídavý proud o frekvenci 50 Hz (pokud je nutné, zopakujte, co to střídavý proud je).
Dále je dobré položit otázku, jak je tedy možné, že nevidíme žárovku (či kompaktní zářivku) blikat. Bliká vůbec?

• Experiment

V počítači spustíme program Logger Lite. Dle obr. 2 nastavíme potřebné údaje (doba měření 2 s a frekvence 1000 Hz).

2. Změna údajů

Po nastavení těchto údajů můžeme začít měřit, a to stisknutím zeleného tlačítka play (viz obr. 3). Dosteneme podobný graf jako na obrázku 4.

3. Play

4. Naměřený graf

Z grafu na obrázku 4 je patrné, že žárovka bliká, frekvenci, s jakou bliká, ale nezjistíme. Proto ze získaného grafu vyřízneme pouze menší část, a to obtažením vybrané části grafu myší a kliknutím na záložku Analýza `->` Přiblížit graf viz obr. 5.

5. Přiblížení grafu

Na přiblíženém grafu můžeme odečítat časy, ve kterých bylo dosaženo maximálních intenzit světla, a to kliknutím na ikonu Odečet na horní liště (viz obr. 6).

6. Odečet

Po kliknutí na tuto ikonu se na grafu zobrazí svislá černá čára a okénko s údaji čas a osvětlení. Pohybem černé čáry přes graf (pohybem myší) můžeme zjistit, v jakých intervalech bylo dosahováno maximálního osvětlení (viz obr. 7).

7. Odečet grafu

• Výsledek a rozebrání experimentu

Z grafu je patrné, že maxim bylo dosaženo po 0,010 s. Čili frekvence blikání žárovky je 100 Hz.
S žáky je nutné rozebrat následující otázky:

1. 1 Proč je frekvence 100 Hz a nikoli 50 Hz jako v síti?
2. 2 Proč nevidíme, že žárovka bliká?

1. Frekvence je 100 Hz, protože osvětlení je maximální jak při kladné, tak při záporné půlperiodě střídavého proudu; nejnižší je, když je hodnota proudu blízká nule.
2. Blikání nevidíme kvůli setrvačnosti zrakového vjemu. Zvýšením frekvence impulzů nad 13 za sekundu se dosáhne konstantní intenzity vjemu a oko vnímá střední hodnotu jasu, viz http://panwiki.panska.cz/.

Na co si dát při provádění experimentu pozor

• Je nutné dát si pozor na rozsah čidla intenzity světla. Je dobré nastavit rozsah 0–6000 luxů.
• Také je nutné nastavit dostatečně vysokou frekvenci měření (okolo 1000 Hz).
• Tato úloha není vhodná pro první seznámení žáků se střídavým proudem, nikdy totiž nenaměříme přesný sinusový průběh osvětlení.

Co by si žáci měli z tohoto experimentu odnést

• Jaký vliv má střídavý proud na intenzitu osvětlení.
• Seznámit se s pojmem setrvačnost zrakového vjemu.