ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΥ ΠΑΚΕΤΟΥ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΣΤΟ MATLAB ΓΙΑ ΤΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ» Σπουδάστρια: Αθανασίου Μαρία, Α.Ε.Μ: 2797 Επιβλέπων Καθηγητής: Απόστολος Κουιρουκίδης

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κοινή αιτία πολλών φαινομένων και σ’αυτό στηρίζεται η λειτουργία δεκάδων συσκευών που χρησιμοποιούμε στη καθημερινή μας ζωή. Μπορούμε να κατατάξουμε τα φαινόμαι που προκαλεί το ηλεκτρικό ρεύμα στις ακόλουθες κατηγορίες: Θερμικά αποτελέσματα Ηλεκτρομαγνητικά αποτελέσματα Χημικά αποτελέσματα Φωτεινά αποτελέσματα

ΧΗΜΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Όταν ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται διαμέσου χημικών ουσιών, προκαλεί χημικές μεταβολές. Εκμεταλλευόμαστε τα χημικά φαινόμενα που προκαλεί το ηλεκτρικό ρεύμα στην κατασκευή των ηλεκτρικών μπαταριών, των συσσωρευτών ηλεκτρικής ενέργειας, στην Παρασκευή χημικών στοιχείων, όπως νατρίου, υδρογόνου, αλουμινίου, κλπ.

ΔΙΕΛΕΥΣΗ ΜΕΣΑ ΑΠΟ ΥΓΡΑ ΣΩΜΑΤΑ Συνδέοντας μια μπαταρία με ένα λαμπάκι και ενα δοχείο με καθαρό νερό παρατηρούμε ότι το λαμπάκι δεν ανάβει, άρα το καθαρό νερό δεν είναι αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος. Στην δεύτερη εικόνα βλέπουμε πως άμα διαλύσουμε αλάτι μέσα στο δοχείο το λαμπάκια ανάβει. Την ίδια συμπεριφορά παρουσιάζουν τα υδάτινα διαλύματα ουσιών που ονομάζονται ηλεκτρολύτες (οξέα, βάσεις, άλατα κλπ.)

Θετικά και αρνητικά ιόντα νατρίου Όταν το χλωριούχο νάτριο διαλύεται σε νερό, μόρια vερού παρεμβάλλονται μεταξύ των ιόντων του. Η μεταξύ τους αλληλεπίδραση εξασθενεί οπότε ο κρύσταλλος καταστρέφεται και τα ιόντα του χλωρίου και του νατρίου μπορούν να κινούνται ελέυθερα μέσα στο διάλυμα. Τα θετικά ιόντα έλκονται από τα αρνητικά και το αντίστροφο. Οι ελτυκές δυνάμεις προκαλούν κίνηση των ιόντων προς τα ηλεκτόδια και στο διάλυμα δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα.

ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ Συχρόνως με τη διέλευση ρεύματος μέσα απο το διάλυμα του χλωριούχου νατρίου, χημικές μεταβολές συμβαίνουν στην επιφάνεια των ηλεκτροδίων. Παρατηρούμε ότι φυσαλίδες αερίου εμφανίζονται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο, ενώ το διάλυμα κοντά στο θετικό ηλεκτρόδιο θολώνει. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ηλεκτρόλυση.

MATLAB Η δημιουργία των εκπαιδευτικών ασκήσεων έγιναν στο περιβάλλον ανάπτυξης GUI του Matlab, το οποίο παρέχει εργαλεία σχεδιασμού διεπαφών χρήστη για προσαρμοσμένες εφαρμογές.

Περιβάλλον προσομοίωσης Η προσομοίωση αποτελέιτε απο τέσσερα M- files τα οποία είναι αλληλένδετα μεταξύ τους. Ως κεντρικό m-file αποτελείτε αυτό με το όνομα gcentral, μέσω του οποίου τρέχουν τα υπόλοιπα M-files της προσομοίωσης. Κάθε φορά που εκκινούμε το GUI και δημιουργούμε ένα παράθυρο figure , αυτομάτως το matlab εκκινεί τον M- file editor και δημιουργεί το αντίσοιχο m- file, όπου δημιουργούνται οι εξής συναρτήσεις:

function varargout = name(varargin) function name_OpeningFcn( hObject, eventdata, handles, varargin) function varargout = name_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)

Εντολή “fill” Syntax Fill (x ,y ,c ) Fill (x , y , ColorSpec) Fill (… , ‘PropertyName’, PropertyValue) Fill (ax , ….) H = fill(….)

Fill function(1) Η εντολή fill δημιουργεί πολύχρωμα πολύγωνα Fill(x ,y ,c ) δημιουργεί γεμάτα πολύγωνα από τα δεδομένα Χ και Υ με χρώμα κορυφής που καθορίζεται απο το C. Οι τιμές X , Y μπορούν να είναι αριθμητικές, ημερομηνία, διάρκεια, ή κατηγορικές τιμές. Fill(x ,y , ColorSpec) γεμίζει τα πολυδιάστατα πολύγωνια που καθορίζονατι απο τα x ,y με το χρώμα που καθορίζεται από το ColorSpec. Fill (… , ‘PropertyName’, PropertyValue) επιτρέπει να καθορίσουμε τα ονόματα ιδιοτήτων και τις τιμές για ένα αντικείμενο γραφικών Fill (ax , ….) δημιουργεί τα πολύγωνα στους άξονες που καθορίζονται από τον άξονα H = fill(….) επιστρέφει ένα διάνυσμα αντικειμένων

Fill Function (2) Στην πράξη γεμίσαμε αυτό το χώρο που δημιουργήσαμε με την fill ως εξής: Fill(diakddLamprx1, diakddLampry1 , [0.5 0.5 0.5 ],...,.. ‘Linestyle’ ,’ None’) όπου δίνουμε τα ονόματα των μεταβλητών που θέλουμε το χρώμα και τον τύπο της περιμετρικής γραμμής. Ο χρωματισμός γίνετε βάζοντας μέσα στις αγκύλες τις τιμές της έντασης των Red Green Blue.

Εντολή text Με την εντολή text εισάγουμε σε οποιδήποτε σημείο των αξόνων θέλουμε το κέιμενο που επιθυμούμε.

Για να δημιουργηθεί η κίνηση του πειράματος στην ουσία γίνοντε συνεχόμενες επαναλήψεις σχεδιασχού του γραφήματος

Στο σημείο αυτό ξεκινάει η κίνηση των ιόντων σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου

Συμπεράσματα Η κεντρική ιδέα της συγκεκριμένης εργασίας ήταν να αναπτυχθεί ένα περιβάλλον προσομοίωσης για πειράματα φυσικής τα οποία αναφέρονται στα χημικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος. Η δημιουργία της παραθυριακής εφαρμογής αναπτύχθηκε με την βοήθεια του Matlab σε περιβάλλον GUI. Σε πρώτη προσέγγιση περιγράφεται αναλυτικά το γνωστικό αντικέιμενο που πραγματοποιείται η προσομοίωση σε θεωρητικό υπόβαθρο, εν συνέχεια περιγράφεται πως η θεωριτική αυτή προσέγγιση μεταφέρεται και αναπτύσσεται σε ένα διαδραστικό περιβάλλον, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για εκπαιδευτικούς σκοπούς σε ένα εργαστήριο φυσικής.

Βιβλιογραφία www.WikiVersity.org www.EbooksEdu.gr www.sholar.google.gr   www.EbooksEdu.gr www.sholar.google.gr www.wikipedia.com www.Mathworks.com