Электричество надо знать всем

К школе заблаговременно

Заронить интерес к данной теме проще всего с помощью  различных электрических игрушек. Они дают немало поводов заглядывать в их «внутренностей». Здесь поэтому больше всего возможностей для демонстрации тех или иных электрических явлений в форме близко похожей на обычные занятия и в то же время представляющих собой увлекательный для подопечного разбор у различных устройств их внутренней механики. Правда, желательно, чтобы при вмешательстве во «внутренности» устройство что-нибудь менялось в функционировании игрушки, а это вообще-то не так уж и просто изобрести. Но подумать стоит.

И, конечно, будет только лучше, если растянуть ознакомление на несколько лет, дабы не ввпасть, как это подчеркивалось нами уже не раз раньше, в риск навязывания знаний, ограничиваясь вместо этого одной только увлекательной для малыша возней с игрушками.

Ознакомление с электрическими явлениями с самого начала требуют помнить о безопасности в обращении с ним. Начальные шаги лучше всего сделать поэтому, используя в качестве источника не сеть, а батарейки. Тем более, что составление из них источников питания демонстрирует одновременно важные законы суммирования токов и напряжений.

Параллельное и последовательное включение батареек. Очень просто сделать понятным еще даже на стадии младшего школьного обучения способы составления из нескольких батареек единого блока питания. При подключении друг к другу нескольких батареек, составляя из них один длинный столбик, получается последовательное соединение. Напряжение при этом складывается, но сила тока остается такой же, как и от одной батарейки. Это очень легко продемонстрировать на вращении моторчика, свете лампочки и чего-нибудь еще. Причем лучше всего, не ограничиваясь показом, научить малыша самому составлять, скажем, модель уличного освещения или миниатюрную елочную гирлянду. И возможны также  и какие-либо устройства с моторчиками. Обучить несмышленыша составлять для каждого случая источник электропитания с нужными параметрами в общем-то несложно. В принципе можно увлекать подобными устройствами также и девочек тоже, если моделировать квартирное освещение, ту же елочную гирлянду или работу многообразной домашней техники. Ведь изучать физику в школе предстоит и девочкам тоже.

При параллельном соединении напряжение остается такое же, как от одной батарейки, но сила вырабатываемого тока может возрастать вдвое, встрое и так далее по числу батареек. Причем вдаваться в подробности насчет силы тока на данной стадии нет надобности. Можно, пожалуй, поставить ученика в известность о том, что, когда батарейки образуют столбик, они вращают моторчик быстрее, но изнашиваются так же быстро, как и одна единственная батарейка. А параллельное подключение не повышает напряжение, зато служить каждая батарейка сможет в несколько раз дольше. Так что для удлинения срока службы при повышенном напряжении надо подключать параллельно не несколько батареек, а несколько столбиков.

Параллельное и последовательное включение нагрузки. После ознакомления с подключением источников тока понадобится продемонстрировать два аналогичных способа подключения нагрузки. При последовательном соединении пары лампочек они светят нормально только при повышенном напряжении и чем больше лампочек, тем выше требуемое напряжение. И если его не увеличивать составлением столбика, то светимость будет все более слабой и чем их больше, тем они тусклее светят. При параллельном включении напряжение требуется такое же, как и для одной лампочки, но сила тока нужна двойная, а при большем числе лампочек еще больше. Поэтому при подключении к одной батарейке двух или трех параллельно соединенных лампочек яркость не уменьшается, однако батарейка быстро изнашивается.

Как мы уже сказали, не следует затевать объяснение понятий напряжения и силы тока с первых же шагов. Но если все же ученик созреет для того, чтобы самому поинтересоваться такими понятиями, то на первых порах можно прибегнуть к аналогии: напряжение —  высота, с которой низвергается вниз водопад, сила тока – размеры потока. В последующем можно прибегнуть и к другой аналогии, требующей уже довольно развитой способности к абстрагированию. Если уподобить провод с пробегающими по нему электронами водопроводной трубе, то полезно обратить внимание на то, что при изменениях в направлениях потока перемещение частиц воды и смена давления существенно различаются. Допустим, имеется заполненная водой труба длиной в километр. И, допустим, мы начали нагнетать в нее воду. Когда, спросим себя, начнет вытекать из трубы вода на противоположном конце? Мгновенного распространения какого бы то ни было воздействия  в природе не бывает и изменение давления передается от частицы к частице со скоростью звука в воде. По этой причине на противоположном конце вода начнет изливаться через время, требуемое звуку для прохождения километрового расстояния в воде. Однако сама-то вода перемещается очень медленно и те частицы воды, которые сейчас вливаются вами в трубу, дойдут до противоположного конца не скоро. Так же и в проводе электроны могут лишь слегка дергаться при переменах напряжения, но изменения напряжения или электрические сигналы передаются почти мгновенно – со скоростью света.

При приближении к возрасту, когда физика изучается в школе, можно вместо простых «больше» «меньше» познакомить с числовыми соотношениями: столько то батареек дают такое то напряжение и такой то ток, столько то лампочек — и требуется такие то токи и напряжения. Превращение таких соотношений в формулы лучше предоставить школе. Однако если у вашего ученика математический склад ума, то вполне возможно его увлечет и работа с формулами тоже.

При переходе к сетевым источникам питания настоятельно необходимо предупреждать насчет опасностей работы с электричеством!

Сентябрь 2020 г.