Využití numerického modelování metodou konečných prvků k tvorbě digitálního dvojčete jednoduchého fyzikálního experimentu pro popularizaci STEM vzdělávání mezi středoškolskými studenty.
Téma dosud nemá řešitele. Máš-li o něj zájem, zaregistruj se a přihlaš se k tématu.- Instituce
- Vysoké učení technické v Brně
- Fakulta/ústav
- Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
- Další údaje o pracovišti
- Ústav experimentální a teoretické elektrotechniky
- Lektoři
- Karel Juřík
Počítačové simulace jsou zejména ve výuce elektrotechniky výrazným pomocníkem, jelikož umožňují zobrazovat rozložení elektromagnetických polí, která jsou jinak pro lidské oko neviditelná. To následně vede k lepší představě o demonstrované problematice, a i jejímu snadnějšímu pochopení. V dnešní době existuje několik komerčně dostupných programů pro numerické modelování, které umožňují vytvářet tyto modely a simulace bez nutnosti hluboké znalosti programování nebo řešení diferenciálních rovnic. Díky tomu jsou tyto programy široce používány jak pro vývojové aktivity průmyslového charakteru, tak mezi vědci a výzkumníky v akademickém sektoru.
V rámci tohoto tématu bude využit právě jeden z těchto programů k vytvoření modelu zajímavé elektrotechnické nebo fyzikální úlohy, která bude sloužit k výuce a popularizace elektrotechniky, resp. STEM oborů obecně, na středních školách, v rámci kroužků nadaných dětí apod. Následně bude vytvořena i fyzická verze tohoto modelu, tedy jednoduchá laboratorní úloha, na které bude možné ověřit výsledky simulací. Součástí práce SOČ bude i tvorba stručného návodu k obsluze digitálního modelu i protokolu k zaznamenání výsledků simulací a měření fyzické laboratorní úlohy.
Příklady řešeného problému: zahřívání vlákna žárovky při různém budicím napětí; stanovení tepelného odporu chladiče z různých materiálů (nerez, hliník, měď) a jeho vliv na výslednou teplotu chlazené součástky; model deskového kondenzátoru a jeho zapojení v jednoduchém obvodu zdroj-rezistor-kondenzátor. Tyto příklady jsou pouze informativní, očekává se invence řešitele, který při výběru simulovaného problému zváží nejen odbornou stránku problému, ale i atraktivitu výsledné úlohy pro středoškolské studenty.