PEDAGOGISCH DOSSIER. In de. voetsporen. Volta. van. wetenschappelijk atelier op school

PEDAGOGISCH DOSSIER

In de

voetsporen van

Volta

wetenschappelijk atelier op school

PEDAGOGISCH DOSSIER

In de

voetsporen van

Volta

wetenschappelijk atelier op school

Inhoudsopgave Voor de leerling

Voor de leerkracht

Boordboekje

Info leerkracht

• Wegwijs in elektriciteit

• Doelstellingen van het atelier • Even opfrissen

Synthese

- Waar komt elektriciteit vandaan ? Het elektriciteitsnet

Verwerkingsopdrachten

- Wat is elektriciteit ? Elektrische stroom Binnenin een elektriciteitssnoer Stroomkringen

• Oefening - Leve de elektriciteit! • Oefening - Geleider of isolator?

- Begrippen en elektrische waarden

• Experiment - Gebruik je kennis...

- De batterij Een beetje geschiedenis

Uitdiepingsopdrachten • Oefening - De lampenwinkel

- De lamp - Open en gesloten stroomkringen – De schakelaars - De gevaren van elektriciteit

• Oefening - Het elektriciteitsverbruik... • Experiment - Ben je goed in aardrijkskunde?

Verbetersleutels

• Experiment - Pas op voor de schok! • Info - De gevaren van elektriciteit

Gemakkelijk te kopiëren opdrachten met verbetersleutels

© Science Planet vzw. • Surf snel naar www.science-planet.be

[ Wegwijs in elektriciteit ]

1.

Teken een gloeilamp zoals je je die voorstelt (op de achterzijde)

2.

Teken de gloeilamp die je voor je ziet (op de achterzijde)

3. Omcirkel de tekeningen waarin de gloeilamp oplicht en vul onderstaande zin aan:

1

2

3

4

5

6

, moet je ... en t h lic p o en t la p te Om de gloeilam

4.

Bekijk de symbolen die gebruikt worden bij de beschrijving van elektriciteit en teken een schema van een elektrisch circuit met schakelaar (op de achterzijde). © Science Planet vzw. • Surf snel naar www.science-planet.be

[ Synthese ]

1. Vul het schema van onderstaande gloeilamp aan, gebruik makend van de termen die we gezien hebben tijdens de workshop.

2.

Teken een schema van een eenvoudig elektrisch circuit met schakelaar.

de Gebruik elijke happ wetensc len : symbo p

gloeilam

ij

batter

aad che dr

elektris

laar

schake


[ Oefening ]

Zet deze voorwerpen in de juiste verzameling!

telegeleid autootje

haardroger

GSM

boormachine mixer

zaklamp strijkijzer

bureaulamp

elektriciteitsnet

MP3speler

radio

accu of batterij © Science Planet vzw. • Surf snel naar www.science-planet.be

?

[ Oefening ]

Teken het juiste symbool naast elk voorwerp:

geleider

Gele

ider of isol ator ?

isolator

hout

papier

paperclip

conservenblik

plastic meetlat

kurk

vlakgom

kaars

glas !

nis e ken j t s e T

Een geleider, dat is ......... ..................................... vochtig papier

spijker

Een isolator, dat is ......... ....................................


[ Experiment ]

Gebruik

1.

je

Welke gloeilampen lichten op in onderstaande schakeling?

. . . ke n n i s

2.

Test volgende schema’s met behulp van je materiaal en kleur de gloeilamp van de zaklamp(en) die oplicht(en).


[ Oefening ]

DE LAMPEN L E WINK HALLO! Ik heb gloeilampen van 40, 60 en 120 watt in mijn doos. Help me om de gloeilampen van alle lampen te vervangen, zodat het totaal aantal watt op elke draad exact overeenkomt met het getal dat je ziet op het kaartje.

Onder welke draad zal het licht het helderst zijn?

Écris pour chaque lampe quelle ampoule je dois utiliser!

!

nis e ken j t s e T

«Watt» is ........................... ........................................... © Science Planet vzw. • Surf snel naar www.science-planet.be

[ Oefening ]

Het

ELEKTRICITEITSverbruik...

Deze voorwerpen werken dankzij elektriciteit. Weet je ook hoeveel het per jaar kost om ze te gebruiken?

€ 1 tot € 10

€ 10 tot € 20 € 0,50 tot € 1

€ 20 tot € 50 € 150 tot € 200

Verbind de apparaten met de etiketten!


[ Experiment ]

e d n u k s k j i r d r a n i A d e o g en je

B

1 - Teken je eigen elektrisch spel op een blad papier dat je op maat van het deksel van een schoenendoos geknipt hebt (zoals op het voorbeeld hieronder).

3.

2.

Brussel Brugge Luik Antwerpen Charleroi Bergen Arlon Gent Namen

4.

2 - Kleef dit blad op het deksel van de schoenendoos.

5.

3 - Steek naast elke naam (en op de juiste plaatsen in de tekening) een splitpen door het karton van het deksel. 4 - Verbind de splitpennen twee per twee aan de achterkant van de doos met behulp van elektrische draden die aan de uiteinden gestript werden. Let op! Zorg ervoor dat je de splitpen van de “vraag” verbindt met de splitpen van het “antwoord”. 5 - Bevestig een paperclip aan de uiteinden van twee elektrische draden en sluit je circuit aan op de batterij en de gloeilamp. heb Wat

dig?

o je n

rij van 4,5V - een batte ing amp en fitt il e - een glo s o o d n ene - een scho e draad - elektrisch en n n e tp li - sp s - paperclip vel papier co n la b n - ee

Nu kan het spel beginnen! Wanneer de gloeilamp oplicht, heb je gewonnen!


[ Experiment ]

p o s a e d r o o v P SCHOK!

g? e nodi j b e h Wat - muntstukken in koper (minstens twintig stuks van dezelfde grootte) - een glas water waarbij je 10 eetlepels zout voegt (of het sap van een citroen) - aluminiumfolie - absorberend keukenpapier - een schaar

1 - Gebruik een van de muntstukken om cirkels op de aluminiumfolie en op het keukenpapier te tekenen.

water met citroensap).

2 - Knip de cirkels uit en maak de schijfjes papier nat met het zoutwater (of het

3 - Leg de schijfjes drie per drie op elkaar: koper, papier, dan aluminium. Elke groep van drie schijfjes van verschillende materialen is een cel. Al de schijfjes samen maken een batterij. 4 - Maak een vinger van elke hand nat en druk het hoopje muntstukken hard samen tussen je twee vingertoppen. Je zult een lichte elektrische ontlading voelen (normaal gezien voel je een lichte prikkeling op je vingertoppen).

Tip Hoe groter je batterij, hoe groter de kans dat je de elektrische schok zal voelen!


[ Info ]

DE

Raak nooit met natte handen een elektrisch apparaat aan dat aangesloten is op het elektriciteitsnet.

Laat nooit een verlengsnoer dat verbonden is met het stopcontact liggen zonder dat er een apparaat op aangesloten is. Dit is een grote oorzaak van elektrocutie en brandwonden in de mond bij kinderen tussen 6 maanden en 3 jaar oud.

GEVAREN

VAN ELEKTRICITEIT

Het kan dodelijke gevolgen hebben om je haren te drogen, je te scheren of een ingeschakeld elektrisch apparaat te gebruiken wanneer je in bad zit.

Verwissel nooit een gloeilamp zonder eerst de lamp uit te trekken.

Sluit nooit verschillende stekkerdozen aan op hetzelfde stopcontact.

Denk aan kleine kinderen en gebruik afdekplaatjes of veiligheidsstopcontacten. Stopcontacten trekken kleine kinderen aan omdat ze eruit zien als twee kleine oogjes, zoals bij een levend wezen.


Info leerkracht Doelstellingen van het atelier Het begrip elektriciteit kunnen duiden. Een eenvoudige stroomkring opzetten met een schakelaar, om zo de werking van elektriciteit beter te begrijpen.

Even opfrissen Waar komt elektriciteit vandaan ? Het elektriciteitsnet Elektrische energie wordt, via ingewikkelde processen, opgewekt in elektriciteits centrales. Water, wind en zon bezitten uit zichzelf energie. In energiecentrales zet men die basisenergie om in elektrische energie. Ook uit atoomreacties kan energie gewonnen worden. Energiecentrales zetten energie om in elektrische energie met een middelmatige sterkte, ook wel middenspanning genoemd. Die wordt omgezet in sterkere stroom met een hoger voltage en wordt door dikkere kabels of stroomdraden getranspor teerd, bovengronds via hoogspanningsmasten of via ondergrondse kabels. Dit netwerk


Info leerkracht pagina 2

van dikke en dunnere kabels wordt het distributienetwerk genoemd. De elektriciteit wordt opnieuw omgezet in laagspanningsstroom, met aparte voltages voor industrieel en huishoudelijk gebruik voor fabrieken, huisaansluitingen, kantoren en boerenbedrijven. Natuurlijk kan je ook uit batterijen ernergie verkrijgen, maar je kan die alleen maar voor kleine elektrische apparaten (radio, zaklamp, afstandsbediening,…) gebruiken.

Wat is elektriciteit ? Elektriciteit is een onzichtbare vorm van energie, gebaseerd op de kleine geladen deeltjes in atomen. In de atoomkern hebben deeltjes die protonen genoemd worden een positieve lading. Rond de kern van atomen cirkelen, negatief geladen elektronen. Normaal gesproken zijn positieve en negatieve lading met elkaar in evenwicht. Als dat evenwicht verstoord wordt, ontstaat er een elektrische kracht. Die kan stationair zijn – statische elektriciteit – of zich verplaatsen en dan noemen we het elektrische stroom. Elektriciteit is zo nuttig omdat het via draden overal kan worden heengebracht en omgezet in andere vormen van energie, zoals licht, warmte en beweging. Wij nemen elektriciteit dus enkel waar wanneer we bvb. een elektrisch apparaat starten, een lamp doen branden, een radio doen spelen, de televisie aanzetten…

Elektrische stroom Als je het licht aanknipt, gebruik je elektriciteit die door een draad stroomt als water door een buis. Dit noemen we elektrische stroom. Hij bestaat uit miljarden elektronen die door een draad of elektrisch element stromen. Deze elektronen bewegen niet uit zichzelf door een draad. Ze moeten erdoorheen geduwd worden door een verschil in elektrische toestand, potentiaalverschil genoemd, dat opgewekt wordt door een batterij of een energiecentrale. De energie van elektrische stroom wordt gebruikt om allerlei apparaten in huis, op school en op het werk te laten functioneren.

Binnenin een elektriciteitssnoer Een elektrische stroom bestaat uit miljarden vrije (van hun atomen gescheiden) elektronen, die door een draad stromen. De elektronen ‘springen’ van het een atoom naar het volgende en bewegen zich schoksgewijs voort. Afzonderlijke elektronen bewegen slechts een fractie van een centimeter per seconde. Maar net als wanneer je tegen een rij treinwagons duwt, ontstaat er een domino-effect in de hele draad. Het resultaat is dat de elektriciteit zich met de snelheid van het licht (300 000 km/‌sec) voortplant. Door sommige materialen, vooral de metalen van stroomkabels, kan elektriciteit gemakkelijk passeren, dit zijn geleiders. Andere materialen zoals plastic, houden stroom tegen. Daarom zit er rond de meeste draden en kabels een plastic laagje, isolatie genoemd. © Science Planet vzw. • Surf snel naar www.science-planet.be


- Gelijkstroom : Bij gelijkstroom bewegen alle elektronen zich de hele tijd in dezelfde richting. Dit type stroom wordt geleverd door batterijen in zaklantaarns, accu’s en overeenkomstige apparaten. - Wisselstroom : Bij wisselstroom verandert de richting waarin de elektronen zich bewegen. De elektronen lopen afwisselend in een van beide richtingen door de draad.

Stroomkringen In sommige materialen (geleiders) kunnen de elektronen gemakkelijk losraken van hun atomen en zich vrij gaan bewegen. Daardoor kan elektriciteit zonder problemen door deze materialen stromen. In andere materialen (isolatoren) worden de elektronen stevig vastgehouden in hun atomen. Daardoor kan de elektriciteit niet stromen. De weg die een elektrische stroom neemt, wordt een stroomkring of circuit genoemd. Er zal alleen stroom zijn als de stroomkring een gesloten circuit vormt. Als het circuit ergens onderbroken is door lucht of een andere isolator, kan er geen elektrische stroom doorheen lopen. Een schakelaar is een instrument dat een stroomkring onderbreekt. Een goede stroomkring bevat steeds de volgende 3 elementen : - Een energiebron of generator : deze duwt de elektronen door het circuit. (bvb. een batterij) - Een geleider of conductor : deze zorgen ervoor dat de energie kan circuleren. (bvb. koperdraad) - Een energieverbruiker of receptor : deze verbruikt de elektrische energie en zet ze om in andere soort energie (licht, warmte, beweging,…) (bvb. een lampje)

Begrippen en elektrische waarden Een batterij heeft een positieve pool en een negatieve pool. Wanneer een circuit niet aangesloten is op een energiebron, kunnen de elektronen zich vrij bewegen van het ene atoom naar het andere. Als het circuit met een batterij is verbonden, bewegen de elektronen in een draad zich voort. Ze worden weggeduwd van de negatieve pool en aangetrokken door de positieve pool. De elektronen stromen in een circuit dus steeds naar de positieve pool toe.



De energie die nodig is om de elektronen te doen stromen wordt veroorzaakt door een verschil in aantal elektronen in de polen (potentiaalverschil) . Hierdoor vormt er zich een ‘spanning’ die gemeten wordt in eenheden volt. De stroomsterkte (uitgedrukt in ampères) is de hoeveelheid elektriciteit (= aantal elektronen) er passeert binnen een bepaalde tijd op een bepaald punt in het circuit. Een ampère is meer dan 6 miljard elektronen per seconde ! De stroomsterkte hangt af van de spanning maar natuurlijk ook van de dikte, de lengte, de temperatuur en het materiaal van de geleider. De weerstand, hoe gemakkelijk een stof stroom doorgeeft, wordt uitgedrukt in ohms. Hieronder staan de belangrijkste elektrische symbolen opgelijst.

De batterij Batterijen zijn erg gebruiksvriendelijke energieleveranciers. Je kan ze altijd en overal gebruiken dankzij hun lichtheid en hun gebruiksgemak. Als er geen batterijen zouden zijn, dan bestonden er ook geen zaklantaarns, MP3-spelers, GSM’s,… Maar ook in niet-draagbare apparaten worden batterijen vaak gebruikt als extra energiebron. Denk bvb. aan computers en faxapparaten.



Een batterij is een handig pakketje van chemische stoffen die met elkaar reageren om elektronen van hun atomen los te maken. Dit gebeurt alleen als de batterij via draden is verbonden met een elektrisch apparaat en de elektronen een plek hebben om naartoe te stromen. Anders is er geen reactie. Wanneer de chemische stoffen niet meer kunnen reageren met elkaar, is de batterij ‘leeg’. Sommige batterijen, zoals de accu’s in auto’s, kunnen opnieuw opgeladen worden. Hiervoor plaatsen we de lege batterij in een herlaadtoestel. Dit toestel zorgt ervoor dat er een tegengestelde stroom door de batterij stroomt waardoor de chemische stoffen opgeladen worden en weer met elkaar gaan reageren.

Een beetje geschiedenis In de 18e eeuw hield Galvani zich al bezig met elektrische verschijnselen. Luigi Galvani werd in 1737 in Bologna geboren. Hij werd arts, natuuronderzoeker en tenslotte hoogleraar in de anatomie en gynaecologie aan de universiteit van zijn geboorteplaats. Als natuuronderzoeker prepareerde hij kikkerpoten en kreeg te maken met het serendipity-verschijnsel : bij toeval vond hij iets waar hij niet naar op zoek was, gewoon omdat hij dat (nog) niet wist. Galvani zag dat de (vochtige) kikkerpoot bewoog wanneer hij die aanraakte met twee verschillende soorten metaal en dacht aanvankelijk dat hij daarmee dierlijke elektriciteit had gevonden. Zoals dat vaker gaat, bouwde landgenoot Volta voort op Galvani’s onderzoek en vond het juiste antwoord. Wat was er precies aan de hand? De elektriciteit zat niet in de spier, maar in het spannings(potentiaal)verschil tussen beide verschillende metalen waarbij het vocht als elektrolyt fungeerde. Dit genereerde een elektrisch stroompje dat de spier deed samentrekken. Volta zag dit in en construeerde in 1800 het eerste Galvanisch element, oftewel de batterij. Deze ontdekking had natuurlijk een enorme invloed op latere ontwikkelingen. Voor het eerst was men in staat om langs chemische weg elektriciteit te maken.



Zonder Galvani en Volta zou onze tijd er anders uitgezien hebben. Bijvoorbeeld, de accu is een (samengesteld) Galvanisch element: verschillenden metalen in een zuuroplossing (elektrolyt) genereren een elektrische stroom, die in auto’s gebruikt wordt om de startmotor aan te drijven. Omgekeerd leveren verschillende metalen met elkaar verbonden in de scheepvaart ook problemen op. Wat dacht je van een bronzen schroef op een roestvrijstalen as in zeewater? Door het potentiaalverschil tussen schroef en as ontstaat via het zeewater als elektrolyt een elektrische stroom, die in dit geval de roestvrijstalen as “opvreet”.

De lamp De gloeilamp werd meer dan 100 jaar geleden uitgevonden door een geleerde Amerikaan, Thomas Edison. Edison slaagde erin licht op te wekken door een gecarboniseerde katoendraad in een luchtledige bol te plaatsen. Zijn eerste lamp brandde ongeveer 45 uren ! Vandaag branden lampen zo’n 1000 uren! Dit komt grotendeels door het soort gas dat nu gebruikt wordt in de glazen bol. Het gas zorgt ervoor dat de gloeidraad niet doorbrandt. Wanneer een lamp aangesloten wordt op een gesloten circuit, kan de gloeidraad temperaturen tot 2500°C bereiken. Door deze hoge temperaturen, straalt een lamp licht uit. Pas wanneer de gloeidraad verwarmd wordt tot 3400°C, brandt ze door en is de lamp ‘gesprongen’.



Open en gesloten stroomkringen – De schakelaars De meeste stroomkringen bevatten een schakelaar. In de ‘aan-stand’ laat hij de elektriciteit door de hele stroomkring stromen. In de ‘uit-stand’ maakt hij een kleine tussenruimte. De elektriciteit kan niet door de lucht in de tussenruimte bewegen en komt tot stilstand. De meeste elektrische apparaten zoals waterkokers en broodroosters schakelen vanzelf uit. Hierdoor wordt energie bespaard en wordt brandgevaar voorkomen. Verwarmingsapparaten hebben een thermostaat om de temperatuur van het toestel te regelen . Een schakelaar zorgt ervoor dat het toestel verwarmt wanneer de ondergrens bereikt is en omgekeerd. De telegraaf (1838) is volledig gebaseerd op het principe van de schakelaar. Met een telegraaf worden elektrische signalen uitgezonden waardoor over lange afstand gecommuniceerd kan worden.

In diezelfde periode werd ook een zekere Samuel Morse heel bekend met zijn Morsecode. Deze ‘taal’ bestaat volledig uit korte en lange elektrische signalen. Iedere letter van het alfabet kreeg een eigen code, waardoor het gemakkelijk communiceren werd. Een code die velen kennen is SOS : drie keer kort, drie keer lang, drie keer kort.



De gevaren van elektriciteit Elektriciteit kan heel erg gevaarlijk zijn. Er is steeds een elektrocutiegevaar ! Elektriciteit kan ook brandworden of ernstige interne bloedingen veroorzaken. In sommige gevallen is het zelfs dodelijk ! Zolang je onder de 24V blijft, loop je geen risico om geëlektrocuteerd te worden. Wat is dat : « elektrocutie » ? Het menselijk lichaam kan elektriciteit geleiden, maar dat is niet altijd zonder gevaar ! De elektriciteit ondervindt een enorme weerstand van het lichaam wanneer ze erdoor stroomt. De elektronen hopen zich op in het lichaam, want ze kunnen moeilijk doorstromen waardoor het lichaam begint op te warmen. De situatie wordt nog gevaarlijker wanneer je lichaam nat is. Water is een heel goede geleider, waardoor er nog meer elektronen door je lichaam gieren. De spieren trekken zich ongecontroleerd samen, de ademhaling wordt ontregeld en een hartaanval is zo goed als onvermijdelijk. Raak dus nooit een elektrisch apparaat aan wanneer je natte handen of voeten hebt !


Verbetersleutel • Boordboekje en synthese - Schema’s waarin de gloeilamp oplicht: 1-2-6 - Om de gloeilamp te laten oplichten, moet het contactplaatje van de lamp contact maken met de ene pool van de batterij en de fitting met de andere pool. de bol

de gloeidraad

het inerte gas gloeilamp

de steundraden de isolator

de fitting

batterij

contactplaatje

Eenvoudig open elektrisch circuit

elektrische draad schakelaar

• Oefening - Leve de elektriciteit! - Elektriciteitsnet: haardroger, mixer, bureaulamp, strijkijzer. - Batterij of accu: zaklamp, MP3-speler, telegeleide auto, GSM. - Ertussenin: boormachine, radio.

• Oefening - Geleider of isolator? - Geleiders: spijker, conservenblik, vochtig papier, paperclip. - Isolators: papier, kurk, vlakgom, glas, plastic meetlat, kaars, hout. - Test je kennis! : Een geleider is een materiaal dat de elektrische stroom doorlaat. Een isolator is een materiaal dat de elektrische stroom niet doorlaat.

• Experiment - Gebruik je kennis… 1- Welke gloeilampen lichten op in onderstaande schakeling?: B-D. 2- Test de schema’s met behulp van je materiaal en kleur de gloeilamp van de zaklamp(en) die oplicht(en): C-F.

• Oefening - Het elektriciteitsverbruik… - € 1 tot € 10: haardroger (11 kWh/jaar), koffiezetapparaat (42 kWh/jaar), stofzuiger (70 kWh/jaar), computer (97 kWh/jaar). - € 10 tot € 20: televisie (180 kWh/jaar), droogtrommel (192 kWh/jaar), oven (162 kWh/jaar). - € 20 tot € 50: wasmachine (216 kWh/jaar), koelkast (350 kWh/jaar), wasmachine (290 kWh/jaar). - € 150 tot € 200: geiser van 100l (1554 kWh/jaar). De prijs per kilowattuur (kWh) elektriciteit die in deze oefening wordt gehanteerd, bedraagt € 0,10. Het gaat om een gemiddelde prijs daar deze sterk afhangt van de frequentie, het moment (dag of nacht) en de duur van het gebruik van elektrische apparaten. © Science Planet vzw. • Surf snel naar www.science-planet.be

Verbetersleutel (vervolg)

• Oefening - De lampenwinkel - Stroomdraad van 140 watt: gloeilamp van 60 watt + gloeilamp van 40 watt + gloeilamp van 40 watt. - Stroomdraad van 220 watt: gloeilamp van 120 watt + gloeilamp van 60 watt + gloeilamp van 40 watt. - Stroomdraad van 120 watt: gloeilamp van 40 watt + gloeilamp van 40 watt + gloeilamp van 40 watt. - De stroomdraad waaronder het licht het helderst is, is de draad van 220 watt. - Test je kennis! : De watt (symbool W), is de meeteenheid van vermogen. Hij komt overeen met de hoeveelheid elektriciteit die het product verbruikt gedurende een bepaalde tijd (een seconde).

Meer informatie over elektriciteit kunt u vinden in de rubriek Klik & Surf van de website van Science Planet. Surf snel naar

www.science-planet.be en ontdek onze wetenschappelijke databank voor leerkrachten.


Ateliers op school Week van de wetenschap Klasuitstappen Bosklassen

vzw

Koning Albert I plein B-9820 Bottelare Tel: 09 362 93 23 GSM: 0474 43 13 82 Fax: 09 362 93 24 e-mail: [email protected]

www.science-planet.be

ontwerp: www.antoinefallon.com

PEDAGOGISCH DOSSIER. In de. voetsporen. Volta. van. wetenschappelijk atelier op school

Recommend Documents