Využití přístrojů ve výuce přírodovědných předmětů

Sluneční záření a jeho přeměny, albedo

Zdrojem téměř veškeré energie na Zemi je Slunce. Sluneční energie je důležitá pro fungování celého klimatického systému. Množství dopadajícího slunečního záření je jedním z hlavních faktorů utváření klimatických pásů na Zemi.

Člověk svými aktivitami ovlivňuje to, kolik záření bude na zemském povrchu pohlceno a kolik se ho odrazí zpět do atmosféry. Ve městech se mluví o tzv. tepelném ostrovu.

Pomocí přístojů můžeme zjistit, jaké množství slunečního záření dopadá na zemský povrch, jaký je rozdíl za jasného či oblačného dne, ráno či v poledne apod.

Po dopadu na zem je sluneční záření odraženo či pohlceno a přeměněno na teplo. Kolik ho zemský povrch pohltí? Na jakých vlastnostech to závisí? To zjistíme změřením tzv. albeda (odrazivosti) příp. teplotou povrchu.

globální sluneční záření

Měření intenzity globálního slunečního záření

Vybavení: Pyranometr PYR-BTA dataloger LabQuest

  1. Zapněte dataloger.
  2. Připojte čidlo pomocí kabelu k LabQuest na levém boku. Zařízení samo rozpozná připojené čidlo. Čidlo musí směřovat kolmo od země.
  3. Na displeji datalogeru vyberte LabQuest App.
  4. V aplikaci klikněte na Režim (pravý horní roh). Režim nechte nastavený na časová základna. Nastavte požadovanou Frekvenci/periodu (optimum 1–2 vzorků za sekundu). Trvání nastavte na dobu, po kterou budete měřit. Vše potvrďte tlačítkem OK.
  5. Čidlo držte směrem vzhůru.
  6. Nyní vidíte na displeji aktuální hodnotu inteznity slunečního záření. K zahájení měření klikněte V levém dolním rohu na zelenou šipku, změní se na červený čtvereček.
  7. Ukáže se graf s měřenými hodnotami. Na horní liště můžete přepnout na aktuální hodnotu či tabulku s daty. 
  8. Pokud je u grafu nevyhovující měřítko na ose Y, lze ho změnit kliknutím na Graf - Nastavení grafu, kde můžete vybrat buď automatické měřítko nebo manuální a nastavit hodnoty ručně. Vše potvrďte tlačítkem OK.
  9. Měření ukončíte buď tím, že uplynula nastavená doba nebo kliknete v dolním levém rohu na červený čtvereček, který se změní na zelenou šipku.
  10. Hodnoty uložte do datalogeru kliknutím na Soubor - Uložit.

Měření lze provádět za různých podmínek - hodnota se mění s výškou Slunce nad obzorem (čím blíže obzoru, tím nižší hodnota), mění se s množstvím oblačnosti (nejvyšší hodnoty jsou za jasného počasí). 

Pokud při měření čidlo zastíníte, změříte hodnotu rozptýleného záření. 

Přístroj je voděodolný, měření lze provádět i kontinuálně v průběhu celého dne.

Měření intenzity odraženého záření

Vybavení: Pyranometr PYR-BTA dataloger LabQuest

Postup je stejný jako v případě měření globálního záření s tím rozdílem, že čidlo namíříte směrem dolů na povrch, od kterého se sluneční záření odráží. Pokus můžete doplnit měřením teploty daného povrchu.

Tento pokus je variantou zjištování albeda.

Měření odraženého záření a albedo

Varianta 1 (uvnitř)

Vybavení: luxmetr Vernier , LabQuest Mini, stojan, lampa/ LED baterka/blesk na mobilu, barevné papíry, vzorky různých povrchů, notebook (bez nutnosti Bluetooth), nainstalovaný program Graphical Analysis, návod k GA

  1. Upevněte luxmetr do stojanu. Čidlo lze držet pomocí např. držáku na zkumavky.
  2. Nad stojan umístěte lampu nebo připevněte do stojanu nad luxmetr čelovku/baterku.
  3. Páčku na těle luxmetru přepněte do správné pozice. U tohoto experimentu se jedná o rozsah 0–600 lx (nahoře), u materiálu s vyšší odrazivostí (především světlé povrchy) o 0–6000 lx. Spolu s rozsahem se mění i rozlišení.
  4. LabQuest Mini připojte pomocí kabelu miniUSB/USB k notebooku. K napájení dochází automaticky.
  5. Připojte luxmetr k LabQuest Mini – jedná se o rozhraní BTA (širší), které naleznete na kratší straně (CH1–CH3).
  6. Na notebooku otevřete program Graphical analysis. Čidlo by mělo být připojeno automaticky,hodnota se zobrazuje v pravém dolním rohu. Připojení můžete ověřit i po rozkliknutí Nastavení čidla v pravém dolním rohu.
  7. Nastavte čidlo ve stojanu nad měřený povrch/papír tak, aby žádná jeho část nestínila oblast pod ním.
  8. V aplikaci klikněte na Režim (levý dolní roh). Nastavte požadovanou Frekvenci (optimum 10 vzorků za sekundu). Spustit měření zůstává na Ručně. Zastavit měření nastavte na 30 s. Vše potvrďte tlačítkem Hotovo.
  9. Klikněte na tlačítko Zahájit. Měření se samo zastaví po nastaveném čase (30 sekund).
  10. Experiment uložte kliknutím na Nepojmenováno v levém horním rohu. Vyberte Uložit jako…
  11. Luxmetr odpojte od LabQuest Mini a ten od laptopu.
  12. Jelikož nás zajímá průměrná hodnota z tohoto 30s měření, klikněte na tlačítko Nastavení grafu (levý spodní roh). Zde si lze Zobrazit statistiky, mj. střední hodnotu.

Varianta 2 (venku)

Postup je stejný jako u varianty uvnitř, pouze měříte množství odraženého záření reálných povrchů venku. Páčku nastavíte na rozsah 0-15000 lx ( citlivost 50 lx – vhodné pro měření venku, za slunečního svitu).

  • Měření teploty různých povrchů

  • Vybavení: bodové teplotní čidlo GDX-ST, počítač/mobil (u mobilního zařízení nutnost Bluetooth a GPS), nainstalovaná aplikace Graphical Analysis (GA), návod k GA
    1. Připojte čidlo k aplikaci Graphical analysis dle návodu s využitím bezdrátové technologie bluetooth nebo USB kabelu (u notebooku). 
    2. V aplikaci klikněte na Režim (levý dolní roh). Nastavte Události  a hodnoty. Veličinu pojmenujte např. druh povrchu, jednotky nejsou potřeba. 
    3. Zaškrtněte Průměrná hodnota během 10 sekund. Vše potvrďte tlačítkem Hotovo.
    4. V pravém horním rohu vyberte zobrazení Tabulka a Hodnota.
    5. Klikněte na Zahájit měření. 
    6. Čidlo držte přitisknuté k povrchu a klikněte na Zachovat.
    7. Nyní zadáte název události (bohužel lze použít jen čísla, tj. očíslujete si povrchy, jejichž teplotu budete měřit) a kliknete na Zachovat hodnotu.
    8. Kroky 6 a 7 opakujte s různými povrchy/místy měření. 
    9. Experiment uložte kliknutím na Nepojmenováno v levém horním rohu. Vyberte Uložit jako… 
  • Měření teploty uvnitř lahve

    Vybavení: dvě stejné plastové láhve, alobal, černý polyetylenový pytel, lepicí páska, papírové kapesníky/vyvrtaná díra do víčka od lahve, dva teploměry GDX-TMP, počítač/mobil (u mobilního zařízení nutnost Bluetooth a GPS), nainstalovaná aplikace Graphical Analysis (GA), návod k GA

    1. Jednu láhev obalte alobalem a druhou černým polyetylenovým pytlem. Obaly upevněte např. pomocí lepicí pásky. Do každé láhve vložte jeden teploměr a upevněte jej v hrdle (např. pomocí papírového kapesníku či vyvrtejte díru do víčka). Obě láhve pak postavíte na přímé sluneční světlo nebo pod jiný zdroj záření (např. pod lampu).
    2. Oba teploměry připojte k aplikaci Graphical analysis dle návodu s využitím bezdrátové technologie bluetooth nebo USB kabelu (u notebooku).
    3. V aplikaci klikněte na Režim (levý dolní roh). Nastavte Časovou závislost – zahájení i zastavení měření ručně příp. nastavte dobu měření.
    4. Klikněte na Zahájit měření. Obě teploty uvidíte v jednom grafu.
    5. Klikněte na Zastavit.
    6. Experiment uložte kliknutím na Nepojmenováno v levém horním rohu. Vyberte Uložit jako… 

    Jak zjistíte, který teploměr měří kterou teplotu? V pravém dolním rohu je vidět aktuální hodnota teploty vzduchu před začátkem měření s pojmenováním Teplota 1 resp. Teplota 2. Pokud kliknete na tuto hodnotu, objeví se kód čidla, který najdete i na samotném teploměru. Dále můžete kliknout ze zelené info kolečko a objeví se detailnější informace o čidle. Hned pod jeho názvem klikněte na rozblikat čidlo a čidlo začne blikat červeně. Pozor, funguje to před zahájením měření, v době měření ne.

    Měření intenzity UVB záření

    varianta uvnitř

    Vybavení: čidlo UVB záření , LabQuest Mini, stojan, testované materiály (brýle (různé), fólie, sklo,... opalovací krém s různým UV faktorem) notebook (bez nutnosti Bluetooth), nainstalovaný program Graphical Analysis, návod k GA

    1. Upevněte čidlo do stojanu, volné ruce se Vám budou hodit, ale není podmínkou.
    2. LabQuest Mini připojte pomocí kabelu miniUSB/USB k notebooku. K napájení dochází automaticky.
    3. Připojte čidlo UVB k LabQuest Mini – jedná se o rozhraní BTA (širší), které naleznete na kratší straně (CH1–CH3).
    4. Na notebooku otevřete program Graphical analysis. Čidlo by mělo být připojeno automaticky, hodnota se zobrazuje v pravém dolním rohu. Připojení můžete ověřit i po rozkliknutí Nastavení čidla v pravém dolním rohu.
    5. V aplikaci klikněte na Režim (levý dolní roh). Vyberte režim Události a hodnoty a zaškrtněte průměrnou hodnotu během 10 s. Potvrďte tlačítkem hotovo.
    6. Nastavte čidlo směrem ke Slunci u otevřeného okna.
    7. Klikněte na Zahájit měření.
    8. Klikněte na Zachovat. Čidlo bude 10 s pracovat a poté se ukáže výsledná hodnota a vlevo od ní pole pro pojmenování Události  (bohužel lze použít jen čísla, tj. očíslujete si připravené testované materiály). Poté klikněte na Zachovat hodnotu.
    9. Nyní zavřete okno a postup měření v kroku 8 zopakujte.
    10. V dalších krocích umístěte před čidlo připravené brýle, PET fólii bez a s namazaným opalovacím krémem apod.a opakujte krok 8.
    11. Experiment uložte kliknutím na Nepojmenováno v levém horním rohu. Vyberte Uložit jako…
    varianta venku
  • Postup venku je stejný jako uvnitř, kdy nejdříve změříte hodnotu UVB záření přicházejícího od Slunce a poté před čidlo umisťujete brýle či PET fólii s opalovacím krémem.