Để nghiên cứu và giải quyết được tình huống trên em thấy có thể vận dụng nhiều kiến thức các môn học trong nhà trường để giải quyết tunh huống. Cụ thể em đã vận dụng các kiến thức thuộc các môn: Môn Vật lí: + Quang điện trở + Các hiện tượng dính ướt và không dính ướt Môn công nghệ: + Các linh kiện: điện trở, tụ điện, tranzito… + Mạch nguồn 1 chiều Môn hóa học: + Hiện tượng ăn mòn kim loại Các kiến thức môn tin học + Tum kiếm thông tin trrn mạng internet + Sử dụng các phần mềm tin học Các kiến thức môn địa lí + Thời gian ngày và đrm giữa các thời điểm khác nhau trong năm. 4. GIẢI PHÈP GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG 4.1 Tình hình thực tế: Một số ví trí như đèn an ninh, đèn đường,…chỉ có nhu cầu bật khi trời tối và khi trời sáng thu tự động tắt. Quá trình này được lặp đi lặp lại theo quy luật. 4.2 Giải pháp giải quyết: Nếu ta có thể chế tạo thiết bị tự động thực hiện công việc bật tắt đèn theo ánh sáng môi trường thu sẽ giúp tiết kiệm thời gian chiếu sáng, tiết kiệm điện, đồng thời tiện lợi cho người dùng. Giải pháp đó chính là công tắc quang điện giúp chúng ta điều khiển khi trời tối thu đèn sáng, khi trời sáng thu đèn tắt. Dựa trên những kiến thức đã học em sẽ tum hiểu nguyên lý hoạt động và cách tự làm mạch điện bật tắt đèn dựa vào ánh sáng. Qua đky em sẽ vận dụng được những kiến thức trong sách vở vào thực tế cuộc sống. 5. Thuyết minh tiến trunh giải quyết tình huống Theo môn Địa lí, thời gian ngày và đêm là không giống nhau tại các thời điểm khác nhau trong năm.
Trang 1PHIẾU THÔNG TIN VỀ HỌC SINH DỰ THI
Trang 21 TÊN TÌNH HUỐNG:
VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
VÀ CÈCH TỰ CHẾ TẠO "CÔNG TẮC QUANG ĐIỆN"
2 MỤC TIÊU GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG:
- Vận dụng các kiến thức đã học trong các m{n Vật lí, Hóa học, C{ng nghệ, Địa lí để tum hiểu nguyrn lý làm việc và cách tự chế tạo "c{ng tắc quang điện"
- Tự làm sản phẩm cho gia đunh, đồng thời có những thay đổi để ph hợp với mục đích sử dụng của bản thkn
3 TỔNG QUAN VỀ CÈC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN VIỆC GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
Để nghirn cứu và giải quyết được tunh huống trrn em thấy có thể vận dụng nhiều kiến thức các m{n học trong nhà trường để giải quyết tunh huống
Cụ thể em đã vận dụng các kiến thức thuộc các m{n:
* Môn Vật lí:
+ Quang điện trở
+ Các hiện tượng dính ướt và kh{ng dính ướt
* Môn công nghệ:
+ Các linh kiện: điện trở, tụ điện, tranzito… +
Mạch nguồn 1 chiều
* Môn hóa học:
+ Hiện tượng ăn mòn kim loại
* Các kiến thức môn tin học
+ Tum kiếm th{ng tin trrn mạng internet
+ Sử dụng các phần mềm tin học
* Các kiến thức môn địa lí
+ Thời gian ngày và đrm giữa các thời điểm khác nhau trong năm
4 GIẢI PHÈP GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG
4.1 Tunh hunh thực tế: Một số ví trí như đèn an ninh, đèn đường,…chỉ có nhu cầu bật khi trời tối và khi trời sáng thu tự động tắt Quá trunh này được lặp đi lặp lại theo quy luật 4.2 Giải pháp giải quyết:
- Nếu ta có thể chế tạo thiết bị tự động thực hiện c{ng việc bật tắt đèn theo ánh sáng m{i trường thu sẽ giúp tiết kiệm thời gian chiếu sáng, tiết kiệm điện, đồng thời tiện lợi cho người d
ng Giải pháp đó chính là c{ng tắc quang điện giúp chúng ta điều khiển khi trời tối thu đèn sáng, khi trời sáng thu đèn tắt
- Dựa trrn những kiến thức đã học em sẽ tum hiểu nguyrn lý hoạt động và cách tự làm mạch điện bật tắt đèn dựa vào ánh sáng Qua đky em sẽ vận dụng được những kiến thức trong sách
vở vào thực tế cuộc sống
Trang 35 Thuyết minh tiến trunh giải quyết tunh huống
- Theo m{n Địa lí, thời gian ngày
và đrm là kh{ng giống nhau tại
các thời điểm khác nhau trong
năm Đó là do ảnh hưởng của độ
nghirng 23,50 của trục trái đất so
với mặt phẳng quỹ đạo của nó khi
quay xung quanh mặt trời (Hunh
1) Vì vậy nếu sử dụng đồng hồ để
điều khiển đèn bật tắt theo giờ là
không phù hợp
Ví dụ: Ngày mùa hè dài hơn ngày
mùa đông Mùa hè trời có thể đến
19h mới tối, nhưng mùa đông thì
chỉ 17h có thể đã tối Hunh 1 Hunh ảnh trục trái đất bị nghirng so với mặt
phẳng quỹ đạo
- Vậy để bật tắt đèn chính xác ta cần một thiết bị có
thể cảm nhận được sự thay đổi của ánh sáng m{i
trường Trong m{n Vật lí em đã được học một thiết
bị như vậy, đó là quang điện trở (Hunh 2)
Khi
cường độ ánh sáng thay đổi thu giá trị điện trở của
quang trở cũng thay đổi Như vậy dựa vào giá trị
điện trở của quang trở ta có thể đánh giá cường độ
ánh sáng hiện tại
- Khi đã đánh giá được ánh sáng của m{i trường, ta
cần một mạch điện dựa trrn giá trị điện trở của
quang điện trở để bật tắt được c{ng tắc Ứng dụng
mạch điện tử sử dụng transistor được học trong m{n
C{ng nghệ lớp 12 ta sẽ giải quyết được vấn đề này
- Trong mạch điện này, ta sẽ sử dụng quang điện trở
để phkn cực cho transisor Khi giá trị điện trở của
quang điện trở thay đổi, cũng sẽ quyết định
transistor có được phkn cực hay kh{ng, có dòng điện
qua transistor hay kh{ng Từ đó ta sẽ sử dụng role
để điều khiển bật tắt đèn hoặc các thiết bị khác
Hunh 2 Quang điện trở
Hunh 3 Transistor Darlington
Trang 4- Kết hợp với mạch nguồn 1 chiều được học trong m{n C{ng nghệ lớp 12 và những tum hiểu trrn mạng internet để có sơ đồ mạch điện dự kiến
Nguyên lê hoạt động:
+ IN1 và IN2 là hai
chkn cấp nguồn xoay
chiều 220V Qua máy
biến áp, diode cầu và
các tụ điện để biến
thành nguồn điện 1
chiều 12V Tiếp tục
qua IC 7805 để đưa
điện áp về 5V sử dụng
cho mạch điều khiển
+ Quang trở được sử
dụng làm trở phkn áp
cho transistor Q1
+ Khi được chiếu
sáng, điện trở của Hunh 4 Sơ đồ mạch dự kiến
quang trở xuống thấp, Q1 được phkn áp nrn Q1 mở Q1 mở làm Q2 kh{ng được phkn áp và Q2 đóng, khi đó kh{ng có dòng điện qua Role làm cấp điện cho chkn OS1 Đèn được nối vào hai chkn OT1 và OT2 sẽ tắt Đèn được nối vào hai chkn OS1 và OS2 sẽ sáng
+ Khi kh{ng được chiếu sáng, điện trở của quang trở là rất lớn, Q1 kh{ng được phkn áp nrn Q1 đóng Q1 đóng làm Q2 được phkn áp và Q2 mở, khi đó có dòng điện qua Role làm Role đóng và cấp điện cho chkn OT1 Đèn được nối vào hai chkn OT1 và OT2 sẽ sáng Đèn được nối vào hai chkn OS1 và OS2 sẽ tắt
+ Hai đèn nối vào (OT1, OT2) và (OS1, OS2) là đèn sử dụng hiệu điện thế xoay chiều 220V được lấy từ nguồn IN1 và IN2
+ Hai tụ C5 và C7 có tác dụng giữ
cho trạng thái của Role ổn định một
vài giky Tránh tunh trạng khi điều
kiện ánh sáng thay đổi đột ngột làm
Role đóng ngắt lirn tục có thể gky
hỏng, cháy thiết bị điện
- Khi đã có được sơ mạch điện dự
kiến, để tránh thất bại và tốn kém khi
làm mạch thực tế em sẽ thiết kế và
chạy thử bằng phần mềm m{ phỏng
trrn máy vi tính Hunh 5 Sơ đồ mạch chạy thử m{ phỏng
Trang 5- Khi mạch điện m{ phỏng đã chạy theo ý muốn, để làm mạch điện nhỏ gọn, an toàn, nrn ta
sẽ sử dụng mạch in
- Để làm mạch in, em sẽ thiết kế trrn máy vi tính sơ đồ mạch in:
Hunh 6 Sơ đồ mạch in
- Thiết kế bố trí các linh kiện trrn mạch bằng máy vi tính sao cho hợp lí
Hunh 7 Hunh vẽ dự kiến bố trí các linh kiện
Trang 6- Để làm mạch in em sử dụng phíp đồng thủy tinh Là một miếng sợi thủy tinh được phủ một lớp đồng mỏng
Hunh 8 Phíp đồng
- Nhưng cku hỏi đặt ra là làm sao để loại bỏ phần đồng kh{ng mong muốn, giữ lại phần đồng mong muốn để tạo thành các đường dky dẫn điện? Ở đky em sử dụng kiến thức m{n Hóa học
về việc khi cho đồng vào Axit thu sẽ có phản ứng ăn mòn đồng Vu vậy e tiến hành phủ mạch bằng mực in, để che những phần không muốn bị ăn mòn
Hunh 9 Phip đồng đã được phủ mực in những phần kh{ng muốn bị ăn mòn
Trang 7- Sau đó cho miếng phip đồng vào dung dịch axit H2SO4 và H2O2 rồi lắc đều để phản ứng diễn
ra nhanh hơn (Chú ê an tojn khi thao tác với axit)
Phương trunh phản
ứng: Cu H SO H O CuSO 2H O
2
Do muối CuSO4 là chất điện phkn nrn sẽ phkn li trong dung dịch:CuSO Cu4 SO4 2
Hunh 10 Cho miếng phip đồng vào dung dịch Axit Sau khoảng vài phút dung dịch chuyển sang màu xanh của ion Cu2+:
Hunh 11 Dung dịch chuyển màu xanh
Và khi phần diện tích đồng tiếp xúc với dung dịch đã bị ăn mòn hết ta thu được kết quả:
Hunh 12 Phip đồng sau khi đã bị ăn mòn
Trang 8- D ng dung dịch axeton (xăng thơm) để làm sạch mực in và ta có thành quả:
Hunh 13 Phip đồng sau khi được làm sạch mực in
- Tiến hành lắp linh kiện vào mạch và hàn thiếc
Hunh 14 Hàn thiếc vào chkn linh kiện Nhưng tại sao thiếc lại chỉ bám vjo phần mạch có đồng? Sao thiếc không bám đều vjo cả phần không chứa đồng?
- Để trả lời cku hỏi này, ta sử dụng kiến thức m{n Vật lí về hiện tượng dính ướt và kh{ng dính ướt được học trong Vật lí lớp 10 Ở đky người ta đã lợi dụng tính chất thiếc lỏng dính ướt với đồng và kh{ng dính ướt với phần phip sợi thủy tinh Do đó phần thiếc chỉ bám tại các
vị trí có chứa đồng
Trang 9- Kết quả sản phẩm sau khi hoàn thiện:
Hunh 15 Sản phẩm hoàn thiện
6 Ý nghĩa của việc giải quyết tunh huống
- Việc tum hiểu được nguyrn lý hoạt động và cách chế tạo mạch điện trrn giúp em vận dụng được các kiến thức của các m{n học vào thực tế cuộc sống
- Em cũng đã tự munh chế tạo được một mạch điện để sử dụng trong gia đunh, đặt vào vị trí bóng trang trí ở cổng nhà, đồng thời cũng là bóng an ninh khi trời tối
- Mạch điện có thể bật tắt đèn t y theo cường độ sáng và có thể cài đặt bằng cách xoay biến trở đến vị trí mong muốn
- Mạch điện này giúp tiết kiệm điện năng hơn rất nhiều so với việc phải có người bật và tắt hàng ngày Đồng thời tính chính xác và tự động hóa rất cao, trong trường hợp người đi làm
về muộn kh{ng có ai tr{ng nhà có thể tự động bật đèn để bảo vệ an ninh
- Sau khi hoàn thiện mạch điện này em cũng đã có thrm rất nhiều kiến thức về mạch điện
tử, các linh kiện điện tử thực tế Em cảm thấy rất hứng thú sau khi lắp đặt và thấy mạch hoạt động như ý muốn, trong thời gian tới em sẽ tiếp tục nghirn cứu thrm các mạch điện ứng dụng cho cuộc sống hằng ngày