Vindens energi. Lærervejledning. Indhold. I lærervejledningen finder du følgende kapitler:

Transkript

1 Vindens energi Lærervejledning Indhold Forløbet er udviklet af Rybners Gymnasium i Esbjerg i samarbejde med Poul la Cour Museet i Askov. Gennem elevaktiverende undervisningsmetoder får eleverne i ungdomsuddannelserne mulighed for at forstå, hvordan vindens energi kan udnyttes som energikilde i fremtidens samfund. I lærervejledningen finder du følgende kapitler: SIDE 2 Introduktion til UV-forløbet SIDE 3 Indhold og overblik SIDE 4 Rammerne om UV-forløbet SIDE 5 Besøget på museet De originale og spændende bygninger i Askov danner rammerne for en større historisk forståelse af betydningen af forskningen i Danmark for udnyttelsen af vindenergi på verdensplan. Desuden gives der mulighed for eksperimenter, der normalt ikke kan gennemføres i de faciliteter, der er til rådighed på ungdomsuddannelserne. SIDE 6 SIDE 7 SIDE 7 Det uformelle læringsmiljø Perspektivering Nye metoder og værktøjer Udviklet af Forfattere: Richard Cleyton, Ole Gadsboelle og Leif Poulsen Redaktion: Beth Wehner Andersen, Claus Auning, Linda Ahrenkiel og Mette Auning Layout/film: Rune Skeel-Gjørling December 2012

2 Introduktion til UV-forløbet Introduktion Besøget på Poul la Cour Museet er en rigtig god mulighed for at give dine elever en oplevelse af anvendt fysik i et historisk perspektiv. Nutidige energiproblematikker forankres her i en såvel fysikfaglig som historisk fortælling. Ud over at lære noget om anvendt fysik, giver det en god mulighed for at skrive en lidt anderledes fysikrapport eller gennemføre et lidt anderledes at-projekt. Vi har oplevet, at eleverne har været meget glade for besøget og fundet eksperimenterne interessante. Desuden medvirker forløbet til at udfylde en del af bekendtgørelsen for fysik. Vi har udarbejdet nogle materialer, som gerne skulle gøre det simpelt og overkommeligt at gennemføre besøget. Eleverne skal: - lære noget om anvendt fysik - arbejde med teorien bag vindens energi og energioverførsel til vingerne - arbejde med aerodynamik og vingernes udformning - arbejde med vindtunneler - kunne forklare relevante faglige begreber - skrive rapport Se mere på Astra.dk Den gode idé Leif Poulsen, fysiklærer fra Rybners Gymnasium fortæller om, hvordan de fik ideén til deres undervisningsforløb. Varighed 1:37 min YouTube (HD) 2

3 Indhold og overblik Ressourcerum: og [Foto]: Elever laver øvelser på museets vindtunnel Undervisningshæfte Følgende er en oversigt over indholdet i undervisningshæftet til eleverne. Kapitel 1: Vindmølle teori - Indeholder en generel gennemgang af kinetisk energi og teori om vindmøller. Gennemgang af energiomsætningerne i en vindmølle Kapitel 2: Kapitlet indeholder beskrivelser af øvelsesvejledning, som bør læses inden besøget på museet. 2a Vejledning: Kopi af Poul la Cours vindtunnel. 2b: Excel ark til forsøget Kapitel 3: Kapitlet indeholder beskrivelser af den store vindtunnel og øvelsesvejledning til denne, som bør læses inden besøget på museet. 3a: Vejledning: Den store vindtunnel 3b: Excel ark til forsøget Kapitel 4: Power Point foredrag på museet Kapitel 5: Test. FØR BESØGET: Gennemgå kapitel 1 og 2 i undervisningshæftet. Forklar noget generelt om kinetisk energi og lidt vindmølleteori (kap. 1) Gennemgå energiomsætningerne i en vindmølle Forklar/udled et udtryk for en mølles teoretiske virkningsgrad (kap. 1) Forklar hvad opdrift er og perspektivér det til vindmøllevinger Introducér vindtunnelforsøgene (kap. 2 og 3) UNDER BESØGET: Eleverne har læst øvelsesvejledningerne, kap. 2 og 3. PC med øvelsesvejledning og Excel ark medbringes. Husk varmt tøj og forplejning. EFTER BESØGET: Efterbehandling af vingernes fysik. Teoretisk virkningsgrad. Bernoullis ligning. Efterbehandling af måleresultater og rapportskrivning. Test (kap 5) Hent undervisningshæfte OBS. Museet stiller to mand til rådighed. Besøget vil fungere bedst, hvis der er to lærere med klassen. Det kan aftales nærmere med museet. 3

4 Rammerne for UV-forløbet Fysik B - STX,vejledning / råd og vink Undervisningsforløbene Aldersgruppe/klassetrin Forløbet tilrettelægges, så det kan anvendes til gymnasialt fysik B- niveau og A-niveau. Men kan tilpasses så det kan gennemføres på C-niveau eller som at-projekt. Kan også let tilpasses grundskoleniveau. Varighed af forløbet Forløbet forventes at vare i alt 10 lektioner, heraf 2 lektioner til forberedelse af besøget, 4 til besøg på Poul la Cour Museet og 4 til efterbehandling og evaluering. Faglige mål Følgende faglige mål fra fysik B STX opfyldes: Centrale faglige begreber Powerkurver for vindmøller, vindens energi, energiomsætning i en vindmølle, vindens effekt og møllens effekt, vingernes energiomsætning, måling af sammenhørende værdier for (1) Vindhastigheder og (2) Elektrisk effekt, virkningsgradens afhængighed af vingeantal Undervisningen skal tilrettelægges, så der veksles mellem systematisk og tematisk tilrettelagte forløb og projekter samtidigt med, at der sikres progression i kravene til elevernes selvstændighed og en perspektivering gennem inddragelse af forhold uden for fysikken. [LPB 3.1] Et undervisningsforløb, der er styret af et perspektiverende tema, giver gode muligheder for, at eleverne oplever faget og undervisningen som spændende, relevant og vedkommende. Vejledning / Råd og vink Stx-bekendtgørelsen 2010 Fysik B 15 for fagets rammer ske gennem inddragelse af fx historiske aspekter, teknologiske problemstillinger, hverdagsforestillinger eller samfundsforhold. En anden mulighed er at inddrage andre fag i et almindeligt fagsamarbejde eller i form af et forløb under almen studieforberedelse. De tre særlige typer perspektiverende forløb er omtalt nærmere i afsnit Perspektivering Det andet perspektiv fysik set i relation til teknologiog samfundsudvikling og den tilhørende samfundsdebat kan tilgodeses gennem inddragelse af historiske eller aktuelle problemstillinger, fx den industrielle revolution, indførelsen af elektricitet til boligformål eller den fremtidige energiforsyning Aktualisering gennem udadrettet virksomhed. 4

5 Besøg på museet Poul la Cour er berømt for ideen om at bruge vindmøller til energiproduktion og for hans undersøgelser af såvel antallet af vinger som vingernes forms betydning for møllernes effektivitet. Temaet er derfor vindmøllers energiproduktion. Først og fremmest hvordan overføres energien fra vinden til vingerne med størst effektivitet. Eleverne får et indblik i overgangen fra modtryksmøller til opdriftsmøller og kommer til at arbejde med to vindtunneler. Den ene er en kopi af den vindtunnel Poul la Cour anvendte. I den optages en powerkurve (P som funktion af v) for en mølle med henholdsvis to, tre, fire og seks vinger. Her undersøges hvilket vingeantal der giver den største produktion. I den anden og noget større vindtunnel (diameter 1,10m) ligger hovedvægten på at undersøge betydningen af vindhastigheden. Det gøres gennem optagelse af en powerkurve for en 400W vindmølle. Oversigt over besøget Besøget på Poul la Cour Museet starter med en kort historisk introduktion til såvel stedet som Poul la Cour. Eleverne deles op i fire grupper. Hver gruppe gennemfører to eksperimentelle forløb ved vindtunnelerne og to historiske forløb. Øvelser: (1) Powerkurve for lille kommerciel (400W) vindmølle. (2) Powerkurve for vindmølle med hhv. 2, 3, 4 på 6 vinger. Film om Poul la Cour og rundvisning på museet Dagen afsluttes med opsamling. Film fra forløbet [Film] En klasse fra Rybners Gymnasium er på besøg ved Poul la Cour museet i Askov nær Vejen. (2:55 min) YouTube (HD) 5

6 Det uformelle lærested Historien bag Poul La Cour Museet Arnestedet for den tidlige aerodynamiske forskning omkring vindkraft i Danmark findes i Askov nær stationsbyen Vejen. Den gamle forsøgsmøllebygning fra 1897 fungerer nu som museum og teknologihistorisk science center. Udforskningen af vindenergien tog fart, da meteorologen, højskolelærer Poul la Cour ( ), i 1891 som undervisningssted for børn og unge mennesker i naturvidenskabelige fag. Gymnasieelever tilbydes vejledning og har mulighed for at lave aerodynamiske forsøg i vor rekonstruerede vindtunnel eller forsøg med andre energiomsætninger. Tilbuddet omfatter teknologihistorisk vejledning og eksperimentelle aktiviteter i forbindelse med gymnasiernes AT og SRP projekter. Tilbuddene tilpasses den enkelte elevs behov. byggede den første strømproducerende vindmølle i Danmark lidt syd for Askov Højskole, hvor han var ansat til at undervise i fysik, matematik og andre naturfaglige emner. Poul la Cour var pioner på området aerodynamik og kendt for udvikling af vindmøller til fremstilling af elektricitet. Ved forsøg i sin vindtunnel udviklede han teorien for det ideelle vingeprofil og opdagede, at suget bag vingen var lige så vigtigt som vindens tryk. Poul la Cour forskede også i oplagring af vindenergien ved elektrolyse af vand til ilt og brint. Hans forsøgscenter fra 1897 i Askov fungerer i dag som museum for Danmarks vindmøllehistorie samt Forhør nærmere om priser. Museets rammer og historiske baggrund imødekommer fagkombinationer med fysik, kemi, matematik, historie, samfundsfag og evt. et sprog. Se mere på poullacour.dk 6

7 Perspektivering sider af fysikken, der normalt ikke tilgodeses i den daglige undervisning. Dette samarbejde har derfor et grundlag som gør, at det kan fortsætte i en længere årrække. Det er oplagt at forsøge at skabe fuldstændig tilsvarende samarbejder mellem gymnasier og andre museer/oplevelsescentre. [Foto]: Elev laver øvelser på vindtunnel Samarbejdet mellem Poul la Courmuseet og gymnasierne i regionen tager udgangspunkt i en fælles interesse. Poul la Cour museet vil gerne udbrede kendskabet til museet og dermed til Poul la Cours banebrydende arbejde. Gymnasierne vil gerne finde kvalificerede samarbejdspartnere, der kan være med til at gøre undervisningen mere spændende og bedre dække Derudover kan der sættes fokus på det tværfaglige med specielt historie og anvendelsesmulighederne i faget at kan meget let konkretiseres og udbygges. Udviklingsmuligheder Moderne vindmøller (LM eller Vestas) Samarbejde med matematik omkring vinddata Tværfaglige projekter med historie Udarbejdelse af SRP-projekter Udarbejdelse af at-projekter Nye metoder og værktøjer Projektet er nyskabende, da den gennem elevaktiverende undervisningsmetoder, giver eleverne i ungdomsuddannelserne mulighed for at forstå hvordan vindens energi kan udnyttes som energikilde i fremtidens samfund. udstyr til rådighed for målinger, der normalt ikke kan foretages på de enkelte uddannelsesinstitutioner. Eksperimenterne er nye i forhold til de eksperimenter der normalt kan gennemføres i de faciliteter, der er til rådighed på ungdomsuddannelserne. De originale og spændende bygninger i Askov giver desuden rammerne til en større historisk forståelse af betydningen af forskningen i Danmark for udnyttelsen af vindenergi på verdensplan. Det konkrete samarbejde mellem fysik og et museum, der formidler såvel teknologihistorie og som stiller [Foto]: Udstilling på Poul la Cour Museet Desuden anvendes ressourcepersoner udenfor de formelle læringsmiljøer til at bidrage til og dermed højne kvaliteten af undervisningen. 7