متخصص ابتدایی

طراحی آموزشی درس 4علوم پایه چهارم بر اساس مدل دیک و کاری مبحث الکتریسیته و نالج بیس سیستم

دسته بندی : word

نوع فایل : .ppt ( قابل ويرايش و آماده پرينت )

تعداد اسلاید : 34 صفحه

موضوع صفحه

مقدمه.............................................................................................................................................................................3

فلسفه سیستم...............................................................................................................................................................3

تئوری سیستم...............................................................................................................................................................9

متدولوژی سیستم........................................................................................................................................................16

ترسیم هرم...................................................................................................................................................................22

هرم محتوا....................................................................................................................................................................23

روابط انسانی اجتماعی................................................................................................................................................24

سطح تجربیات فراگیران.............................................................................................................................................25

نتیجه گیری و ادغام....................................................................................................................................................25

مراحل نهگانه طراحی آموزش دیک و کری

مرحله اول:غایت های پرورشی...................................................................................................................................27

مرحله دوم:اجرای تحلیل آموزشی.............................................................................................................................28

مرحله سوم:تعیین رفتار ورودی فراگیران.................................................................................................................30

مرحله چهارم:نوشتن اهداف عملکردی.....................................................................................................................30

مرحله پنجم:تدوین پرسش های آزمون ملاکی.........................................................................................................31

مرحله ششم:توسعه راهبرد آموزشی.........................................................................................................................33

مرحله هفتم:تدوین مواد آموزشی..............................................................................................................................33

مرحله هشتم:طرح و اجرای ارزشیابی تکوینی..........................................................................................................36

مرحله نهم:طراحی و اجرای ارزشیابی تراکمی...........................................................................................................37

مقدمه

الکتریسیته شاخه‌ای از فیزیک می‌باشد که به مطالعه ویژگی‌های آثار و انتقال بارهای الکتریکی می‌پردازد. تولید و توزیع برق امریست مهم و حیاتی که چرخ صنعت و زندگی را در سراسر دنیا به حرکت در می آورد و اگر روزی این چرخه فقط برای چند ساعت از حرکت باز بماند لطمات جبران ناپذیری به زندگی همه ی ما وارد خواهد کرد. استفاده از انرژی خدادادی موجود درطبیعت همیشه مد نظر بوده است.مطالعات گوناگون برای تغییر شكل انرژی به طوری كه به كارگیری آن ساده باشد صورت گرفته است. حاصل این كوشش ها انرژی الكتریكی است كه از تبدیل سایر انرژی ها بدست می آید.امروزه یكی از مهترین شكلهای انرژی كه در تمام جهان مورد استفاده قرار میگیرد انرژی برق است. همان طوری كه در كتابهای علوم خوانده ایم انرژی ها قابل تبدیل به یكدیگراند.به عنوان مثال انرِژیهای مكانیكی و شیمیایی و حرارتی را میتوان به انرژی الكتریكی تبدیل كرد.

فلسفه سیستم

برق یا الکتریسیته صورتی از انرژیست که قابل تبدیل به انرژیهای حرارتی، مکانیکی و شیمیائی است. علمی که از خواص این انرژی بحث می‌کند، علم برق است

تاریخچه: در ابتدا، تحقیقات درباره الكتریسیته بسیار كم و استفاده از آن محدود به ساخت چند وسیله سرگرم كننده بود، گاهی نیز برای شوك دادن و اذیت كردن دیگران استفاده می شد.

پیدایش الکتریسیته:

الکتریسیته برگرفته شده از کلمه الکتروکوس است که نام یونانی نوعی ماهی است، که قادر به ایجاد شوک الکتریکی می‌باشد. خیلی قبلتر از هر اطلاعی از الکتریسیته، مردم از شوک‌های ماهی‌های الکتریکی آگاهی داشتند. در نوشته‌های مصریان باستان که از سده ۲۸ (پیش از میلاد) باقی مانده‌اند، نام این گونه‌ها را تندرگرهای نیل گذاشتند، و آن‌ها را محافظ سایر ماهی‌ها می‌دانستند. هزاران سال قبل، ماهی‌های [الکتریکی] به وسیله یونان باستان، امپراطوری روم و فلاسفه و پزشکان عربی گزارش شد. چند نویسنده باستانی، مانند پلنیوس و اسکریبونیوس لارگوس به وجود تاثیرات بی‌حس کننده شوک‌های الکتریکی ناشی از گربه‌ماهی‌های الکتریکی و سپرماهی‌سانان گواهی دادند، و دریافتند که این شوک‌ها به وسیله اشیای هادی انتقال می‌یابند. به بیمارانی که از بیماری‌هایی چون نقرس یا سردرد رنج می‌بردند، توصیه می‌شد که ماهی الکتریکی را لمس کنند تا شاید نیرو قدرتمندش آن‌ها را درمان کند.

اولین باتری ها:

تاریخ الکتریسیته به ایران و بین‌النهرین باستان در دوره اشکانیان برمی‌گردد و اولین باتری اختراع شده را به اشکانیان نسبت می‌دهد که به خاطر محل یافتنش به باتری بغدادی شهرت یافته‌است. اولین و نزدیکترین روش کشف برای شناسایی آذرخش و الکتریسیته ، به اعراب نسبت داده می‌شود، که قبل از قرن ۱۵ام، واژه عربی “رعد” را به آذرخش اطلاق کردند.

بنجامین فرانکلین:

در قرن ۱۸ام، تحقیقات وسیعی بر روی الکتریسیته انجام داد که این تحقیقات توسط جوزف پریستلی با عنوان تاریخچه و شرایط فعلی الکتریسیته تنظیم شد. فرانکلین با این فرد مکاتبات گسترده‌ای انجام داد.

الکتریسیته تا سال ۱۶۰۰ به مدت چند هزار سال تنها به عنوان یک کنجکاوی ذهنی قلمداد می‌شد، تا اینکه ویلیام گیلبرت، دانشمند انگلیسی، مطالعات دقیقی پیرامون الکتریسیته و مغناطیس انجام داد. او تاثیر سنگ آهنربا را به وسیله مالش کهربا شناسایی کرد. او واژه electricus را به خاصیت جذب اجسام کوچک، پس از مالش، نسبت داد. پس از این رویداد، واژه الکتریسیته و الکتریکی برای اولین بار در کتاب سیودودکسیا اپیدمیکا، نوشته توماس براون چاپ شد.

بعدها افرادی چون اتو وان گریکه، رابرت بویل، استفن گری و چارلز فرانکویس این مسیر را ادامه دادند. در قرن ۱۸ام، بنجامین فرانکلین تحقیقات گسترده‌ای پیرامون الکتریسیته انجام داد. او با فروش دارایی‌های خود، هزینه کارش را فراهم کرد. مشهور است که او در سال ۱۷۵۲ یک کلید فلزی را به انتهای یک بادبادک مرطوب وسل کرد و آن را در آسمان طوفانی به هوا فرستاد. جرقه‌های متوالی که از کلید به پشت دستش می‌پریدند، نشان دادند که آذرخش قطعاً پدیده‌ای الکتریکی در طبیعت است. او همچنین رفتار ظاهراً متناقض بطری لیدن را به عنوان وسیله‌ای برای ذخیره مقادیر زیاد بار الکتریکی توصیف کرد.

مایکل فارادی:موتور الکتریکی

او اساس تکنولوژی موتور الکتریکی را شکل داد

در سال ۱۷۹۱، لوییجی گالوانی اکتشاف خود در زمینه بیوالکتریک را منتشر کرد. او نشان داد که الکتریسیته واسطه ایست که به وسیله آن سیگنال‌ها از یاخته‌های عصبی به ماهیچه‌ها انتقال می‌یابند. در قرن ۱۸ام، باتری الساندرو ولتا، یا پیل ولتایی، که از روی هم قرار گرفتن لایه‌های منتاوب روی و مس ساخته شده بود، برای دانشمندان منبع انرژی قابل اعتمادتری نسبت به ژنراتورهای الکترواستاتیکی قدیمی فراهم کرد. کشف الکترومغناطیس، یا همان وحدت پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی، بین سال‌های ۱۸۱۹-۱۸۲۰ به وسیله هانس کریستین اورستد و آندره ماری آمپر اتفاق افتاد. در سال۱۸۲۱، مایکل فارادی موتور الکتریکی را اختراع کرد و در سال ۱۸۲۷ گئورگ زیمون اهم جریان‌های الکتریکی را از نظر ریاضی مورد بررسی قرار داد. در سال‌های ۱۸۶۱ و ٬۱۸۶۲جیمز کلرک ماکسول در کتاب درباره خطوط فیزیکی نیرو، الکتریسیته و مغناطیس را به طور قطعی به هم مرتبط ساخت.

درحالی که در اوایل قرن ۱۹ام، پیشرفت‌های سریعی در برق اتفاق افتاد، اواخر قرن ۱۹ام، شاهد بزرگترین پیشرفت در مهندسی برق بود. با تلاش افرادی چون الکساندر گراهام بل، اتو بلاثی، توماس ادیسون، گالیله فراری، الیور هویساید، انیوس جدلیک، چارلز آلگرنون پارسونز، ویلیام تامسون، ارنست فون زیمنس، جوزف سوان، نیکولا تسلا و جرج وستینگهاوس، الکتریسیته از حس کنجکاوی علمی به ابزاری مهم در زندگی مدرن و نیروی محرکی برای انقلاب صنعتی دوم تبدیل شد.

هاینریش هرتز:انقلاب کوانتمی

در سال ٬۱۸۸۷ هاینریش هرتز الکترودهایی را کشف کرد که وسیله پرتوی فرابنفش روشن می‌شدند و جرقه‌های الکتریکی را به سادگی ایجاد می‌کردند. در سال ٬۱۹۰۵ آلبرت اینشتین مقاله‌ای منتشر کرد که در آن با توصیف داده‌های آزمایشگاهی، اثر فوتوالکتریک را به عنوان نتیجه انرژی نور نشان داد و ثابت کرد که این انرژی به وسیله بسته‌های کوانتمی، حمل می‌شود و به الکترون‌ها انرژی می‌دهد. این اکتشاف منجر به انقلاب کوانتمی شد.

اینشتین:

اینشتین در سال ٬۱۹۲۱ به خاطر کشف اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل فیزیک گرفت. امروزه، از اثر [فوتوالکتریک] در حسگرهای نور و در نتیجه صفحه‌های خورشیدی استفاده می‌شود که اخیراً برای تولید الکتریسیته در سطح تجاری به کار می‌روند.

مراحل پیشرفت تولید الکتریسیته

برا ی نخستین بار انرژی الکتریکی توسط فردی به نام الساندرو ولتا از طریق یک پیل شیمیایی تولید شد که بعد ها با گذشت زمان ساخت باطری پیشرفت نمود و باطری های فعلی تولید شدند . پس از ولتا یک دانشمند سوئدی به نام هانس کریستین اورستد در آزمایشگاه خود هنگامی که مشغول انجام آزمایش متوجه این موضوع شد که هنگامی که از یک سیم جریان الکتریکی عبور می کند عقربه ی قطب نما که در کنار آن سیم بود منحرف می شود او با مشاهده ی این وضعیت فکر کرد اگر جریان الکتریکی می تواند میدان مغناطیسی ایجاد کند که باعث انحراف قطب نما گردد پس می توان نتیجه گرفت که میدان ها ی مغناطیسی نیز می توانند الکتریسیته تو لید نمایند اما او خود نتوانست این موضوع را ثابت نماید. بعد از او سال ها ی درازی گذشتند تا اینکه یک دانشمند انگلیسی به نام مایکل فاراده پس از 10 سال تلاش و تقلا توانست ثابت نماید که از مغناطیس می توان الکتریسیته تولید کرد که تحقیقات او اصول اساسی مولد های الکتریسیته ی کنونی گردید که البته یک دانشمند المانی به نام ماکسول تحقیقات فاراده را تکمیل نمود و با گذشت زمان مراحل ساخت مولد های الکتریکی تکمیل شد و در نهایت مولد های فعلی به وجود آمدند.

ماهیت الکتریسیته:

برای شناخت انرژی برق لازم است ابتدا از ساختار مواد کمی اطلاع داشته باشیم . همه مواد دارای اتم هستند. اتم ها دارای هسته با بار مثبت و الکترون با بار منفی هستند الکترون ها روی مدار هایی به دور هسته حرکت می کنند . این مدار ها گنجایش یک تا هشت الکترون دارند . اگر روی مدار آخر اتمی 1 ، 2 یا 3 الکترون باشد به این عنصر فلز یا رسانا و به آن 1 ،2 یا 3 الکترون ، الکترون آزاد گویند . ( مثل لیتیم یا سدیم).

اگر در مدار آخر اتمی 4 یا 5 الکترون باشد به این عنصر نیمه رسانا یا شبه فلز ( مثل سیلیسیم و ژرمانیوم ) می گویند . با کشف آن ها انقلاب بزرگی در تولید لوازم الکترونیکی ایجاد شد و از این عناصر برای ساختن دیود ، ترانزیستور و آی سی استفاده می شود.

اگر در مدار آخر اتمی 6 یا 7 الکترون باشد به این عنصر نا رسانا یا نافلز گویند . ( مثل کلر یا ید) )

در مدار آخر اتم اگر تعداد الکترون ها کم باشد جازبه هسته روی آن ها کم می شود در نتیجه الکترون های آزاد اجازه پیدا می کند به غیر حرکت دائمی همه الکترون ها ، در صورتی که به آن ها نیرویی وارد شود از جای خود کمی حرکت کرده و به الکترون آزاد هم جوار خود تنه می زنند اگر این عمل دوام داشته باشد برق تولد شده است.

پس برق حرکت الکترون های آزادی است که توسط یک نیرویی از خارج وادار به تنه زدن به هم می شوند.

انواع جریان برق:

بسته به نوع حرکت الکترون آزاد ( نوع تنه زدن آن ) جریان برق را به دو نوع تقسیم بندی می کنند:

1 – جریان مستقیم که تنه زدن ها در یک جهت بوده و حرکت الکترون های آزاد از قطب منفی به سمت قطب مثبت ( به طور علمی ) است. بیشتر از این نوع جریان در لوازم الکترونیکی استفاده می شود و این وسایل بدون این نوع جریان کار نمی کنند . نمودار آن بصورت یک خط راست است.

2 – جریان متناوب که جهت تنه زدن ها دائما تغییر کرده و مثلا در برق شهر جهت حرکت الکترون ها بین 50 تا 60 بار در ثانیه عوض می شود لازم به ذکر است که برق شهر ها که با استفاده از ژنراتور بوجود می آید متناوب است و هرجاکه لازم است به کمک یک آدابتور به جریان مستقیم تبدیل می کنیم . این آدابتور یا درون دستگاه یا خارج از آن است و نمودار این جریان مثل یک منحنی دائما تکرار می شود.

انواع مولد های برق:

مولد برق دستگاهی است که برق تولید می کند و مولد ها بسته به نوع آن ها صورتی از انرژی را به برق تبدیل می کنند که در زیر به آن اشاره می کنیم

ژنراتور یا همان دینام مهم ترین مولد جریان متناوب برق است. 1.

( درلفظ عامیانه به پمپ آب دینام گفته می شود که غلط است )

ژنراتور انرژی مکانیکی را به برق تبدیل می کند . ساختار ژنراتور بدین صورت است که به کمک الف – آهنربای دائمی ب - سیم پیچ ج – حرکت ( چرخش ) برق تولید می شود . در واقع اگر سیم پیچی در میدان مغناطیسی آنربا قرار گیرد و با حرکت و چرخش باعث شویم که سیم پیچ میدان مغناطیسی آهنربا را قطع کند به الکترون های آزاد درون سیم پیچ نیرویی وارد می شود که وادار می شوند به هم تنه بزنند و این یعنی تولید برق . مسلما هرچه آهنربا قوی تر ، سیم پیچ بزرگ تر و سرعت حرکت و چرخش بیشتر باشد برق تولید شده بیشتر خواهد بود.

انرژی مکانیکی لازم برای چرخش ژنراتور به کمک توربین با انرژی های مختلفی بوجود می آید.

مثلا یک دوچرخه سوار با کمک انرژی ماهیچه ای خود سر دینام دوچرخه را به حرکت در می آورد . یا آب ذخیره شده پشت سد ها با فشار زیاد توربین های آبی را به چرخش در آورده و انرژی مکانیکی تولید می کنند . یا با انرژی باد توربین بادی را به حرکت درآورده و انرژی مکانیکی تولید شده در ژنراتور به برق تبدیل می شود . و یا

به کمک یک سوخت مثل بنزین یا گازئیل یک موتور که انرژی مکانیکی تولید می کند را بکار می اندازیم و با انرژی مکانیکی آن در یک ژنراتور برق تولید می کنیم (مثل موتور برق ) . یا با انرژی یک سوخت مثل گاز گازئیل یا سوخت هسته ای (انرژی اتمی ) گرمای زیادی تولید می کنیم تا آب را بخار شود و با فشار بخار توربین بخار را به حرکت درآورده و انرژی مکانیکی تولید می کنند و با این انرژی مکانیکی در یک ژنراتور برق تولید می شود.

باتری و قوه ( پیل ) : مولد جریان مستقیم است که انرژی شیمیایی را به برق تبدیل می کند. که در بیشتر لوازم برقی کاربرد دارد.
سلول فتو الکتریک ( باتری خورشیدی ) : مولد جریان مستقیم است که انرژی نورانی را به برق تبدیل می کند . بیشترین کاربرد را در تولید برق در فضا دارد و بخاطر هزینه های زیاد آن هنوز مقرون به صرفه و همه گیر نیست.

ترموکوپل : مولد جریان مستقیم است که انرژی گرمایی را به برق تبدیل می کند . برق تولید شده در این مولد زیاد نیست و کاربرد خاصی دارد مثلا نشان دادن درجه حرارت کوره ها یا باز کردن شیر های گاز در وسایل گاز سوز تا درصورت خاموش شدن شعله به هر دلیل و سرد شدن آن شیر گاز بصورت خود کار بسته شود.

تئوری سیستم:

قوانین اساسی الکتریسیته:

نظریه اتمی جدید از کارهای دالتون که نظریه خود را بر مبنای قانون پایستاری جرم و قانون نسبتهای معین قرار داده بود نشات می‌گیرد. دالتون بر مبنای تصور خود قانون سوم درباره ترکیبهای شیمیایی ارائه کرد که ان را قانون نسبتهای اضافی می‌نامند. در نظریه دالتون و نظریه‌های یونانیان اتمها کوچکترین اجزای ماده بودند. در سال 1807 همفری دیوی و در سال 1832 مایکل فارادی از راه برقکافت برخی ترکیبها به ماهیت الکتریکی ماده پی ‌برده بودند..

جرج جانستون بر اساس کار فارادی به ارتباط واحدهای باردار الکتریکی پی‌برد و این واحدهای الکتریکی را الکترون نامید. نخستین شاهد بر وجود ذره‌های ریز اتم با استفاده از لوله‌های پرتو کاتدی بدست آمد. درد و سر این لوله شیشه‌ای دو صفحه الکترود فلزی به نام الکترود وجود دارد. وقتی این الکترودها را در خلا به منبعی با ولتاژ بالا وصل کنیم جریان الکتریکی درون لوله برقرار می‌شود و پرتوهای گسیل می‌یابد. این پرتوها همواره از الکترود منفی (کاتد) به سوی الکترود مثبت (آند) حرکت می‌کنند