К концу занятия учащийся должен уметь:
handout.html — по 1 листу на ученика.test.html на планшетах или распечатанный.Поставить на стол обычный электрочайник. Спросить: «Внутри корпуса — деталь, через которую идёт 220 В. Вода трогает её напрямую. Почему вы не получаете удар, опуская руку в воду?»
Принять любые версии. Запомнить их — к ним вернёмся в конце.
Показать видеофрагмент из папки урока — «Анатомия ТЭНа, 1989 г.», 3 минуты. Затем на доске нарисовать продольный разрез и подписать 5 узлов:
Опорный вопрос: как один и тот же материал может быть хорошим проводником тепла и плохим проводником электричества?
Записать определение: периклаз — плавленый оксид магния, MgO. Решётка ионная, свободных электронов почти нет — значит, ток не пропускает. Но колебания решётки (фононы) передаются хорошо — значит, тепло идёт.
| Параметр | Медь (металл) | Периклаз (MgO) | Воздух |
|---|---|---|---|
| Теплопроводность, Вт/(м·К) | ≈ 400 | ≈ 30–60 | 0,026 |
| Удельное сопротивление, Ом·м | 1,7·10⁻⁸ | > 10¹² | — |
| Роль в ТЭН | оболочка | изолятор-теплопровод | враг (через щели) |
Вывод на доске: «Периклаз — это компромисс. Он проводит тепло в тысячу раз хуже меди, но не пропускает ток. Именно поэтому он стоит между спиралью под 220 В и трубой, которую трогает ваша рука.»
Записать на доске реакцию:
Объяснить: сухой оксид магния — диэлектрик. Поглотил влагу — превратился в гидроксид, у которого сопротивление падает на 6–8 порядков. Включаем такой ТЭН — пробой, искра, выбило автомат.
Эксперимент из источника 1989 г.: 10 ТЭН без герметизации торцов оставили на сутки во влажной камере (95 %). При первом же включении — пробой на всех десяти. Отсюда правило: торцы заливаются кремнийорганическим герметиком (КО-916, «Виксинт» У2-28), а перед включением после длительного хранения ТЭН прокаливается при 700 °C.
Раздать handout.html или вывести таблицу на экран. Совместно заполнить третью колонку — почему именно этот металл:
| Среда | Материал оболочки | Макс. температура |
|---|---|---|
| Вода, водные растворы | Медь, латунь | 250 °C |
| Слабые щёлочи | Углеродистая сталь | 450 °C |
| Воздух, газ | Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т | 750 °C |
| Кислоты, агрессивная химия | Титан | зависит от концентрации |
| Растительные масла | Нержавейка с пониженной удельной мощностью | ≤ 2 Вт/см² (иначе пригар) |
Цифра, которую стоит запомнить: длина серийного ТЭН — от 0,25 до 6,3 м. Напряжение — от 12 до 660 В.
Работа в парах: открыть flashcards.html на планшете. Каждая пара отвечает на 10 случайных карточек, считают правильные ответы.
Затем индивидуально — test.html (10 вопросов, авто-проверка). Минимальный проходной балл — 7 из 10.
Вернуться к версиям с этапа 1. Теперь учащиеся должны самостоятельно сказать: ток не доходит до воды, потому что между спиралью и трубкой — слой спрессованного периклаза, а труба заземлена. Если периклаз отсыреет — пробьёт, поэтому торцы герметичны.
| Оценка | Условия |
|---|---|
| 5 | Тест ≥ 9/10, объясняет парадокс «тепло проходит — ток нет» без подсказок, верно выбирает материал оболочки для нестандартной среды. |
| 4 | Тест 7–8/10, называет 5 узлов ТЭН, знает формулу гидратации. |
| 3 | Тест 5–6/10, показывает узлы на схеме, путается в материалах. |
| 2 | Тест < 5/10, не может назвать назначение периклаза. |