Strøm til hjernen Elektromagnetisme

Transkript

1 Strøm til hjernen Forkortelser F = Forsøg (som vi udfører) FB = Forsøg med børn (forsøg som vi udfører, men som børnene deltager aktivt i) H = Hands-on forsøg (børnene får selv lov til at prøve det hele) Overordnet formål Forklare hvordan man producerer strøm ved at lade børnene se en sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme. Illustrere forskellen på statisk, veksel- og jævnstrøm. Konstruere en elektromagnet og modsat lave induktion på flere forskellige måder. Ordet og begrebet induktion, ønsker vi at lære eleverne. Muligheden for at transformere strøm. Beskriv Ohms lov, uden direkte at skrive den op. Målgruppen forventes at blive klasse. Introduktion Læg ud med den sædvanlige introduktion, hvem er vi, hvad er et universitet. Drej diskussionen hen mod elektricitet, hvor bruger vi el. Spørg også til hvad vi bruger magneter til og hvor vi finder dem. Hvordan får vi el? Konklusion: El bruges meget og fås fra mange forskellige steder. Statisk elektricitet Der findes forskellige slags el. Stikkontakt (strøm => skal have ledninger, noget at løbe igennem), hvorimod lyn/statisk kan 'løbe' overalt. Undersøger først den statiske elektricitet. FB Ballon på væg Få et barn til gnide en ballon mod blusen eller håret, og sæt den op på væggen. Forklares ved først at definerer ladning + spænding (brug + og -). Lav simple regnestykker (fx +1-1=0). Lav en tegning på tavlen. F/FB Van de Graaff generator Udfør diverse eksperimenter med Van de Graaff generatoren. Forklaring på de fleste eksperimenter kan findes her: Ballon. Oplad en ballon, ligesom man har gjort i ovenstående forsøg. Lyn. Lav lyn med en kugle der er jordet. Man kan efterfølgende bruge armen, gør kun lidt ondt! Sæt et lysstofrør hen til den. Demonstrerer at det er 'rigtig' elektricitet der bliver skabt.

2 Lad et barn røre ved kuglen, dette gør ikke ondt. Hvis et barn nu rører den første, vil vedkommende få et kraftigt stød. Ufarligt, men kan gøre ondt, og give en stor forskrækkelse. F Pladekapacitor Læg små udklip af silkepapir (gerne som mennesker, dyr eller lign.) på pladekapacitoren, sørg for den nederste plade er jordet. Oplad nu elektrikerrøret med et katteskind, og stryg den øverste plade. Silkepapiret vil nu fare op og ned mellem de to plader. Forklar dette ved igen at tegne + og på en tegning på tavlen. Konklusion: Statisk elektricitet kan tiltrække og frastøde hinanden. Magnetisme Spørg om de kender andet der tiltrækker og frastøder hinanden. Køleskabsmagneter bruges til at sætte ting sammen. F Egenskaber ved magneter: 2 poler (nord og syd). Der findes INGEN monopoler. Demonstrer med kraftlinjepladerne, vær sikker på at bruge en 'rask' stangmagnet, kan udføres på en overheadprojektor. Deles en magnet, fås to nye (Del evt. en stangmagnet) De 2 poler tiltrækker hinanden, demonstrer det evt. ved at sætte supermagneter på hver side af hånden. Pas meget på med de kraftige supermagneter, de kan give store klemmelus, lad ikke børnene forsøge. De går desuden nemt i stykker, hvis de bliver tabt på gulvet. Kun få materialer er magnetiserbare. Demonstrer med fx kobber, som mange nok tror kan magnetiseres. F Kompas Fortæl hvordan et kompas virker, bliver tiltrukket af den magnetiske nordpol, hver sikker på de ved hvad Nordpolen er. Vis at man kan påvirke kompasnålen med en magnet. Brug stangmagneterne, da man visuelt kan se hvad der er nord- og sydpol. Brug evt. efterfølgende supermagnet. Kompasset bruges til at lede det over i elektromagnetisme. F Ørsteds kompasnål ( Forsøget kan ved større forsamlinger udføres på en overheadprojektor. Magnet, er lige demonstreret Statisk elektricitet, der sker ikke noget Ledning med jævnstrøm, brug ca 6 V med strømforsyningen. Husk at tilslutte en pærer/modstand i kredsløbet, så der ikke fremkommer en kortslutning. Den første sammenhæng mellem strøm og magnet ses. Ladning der bevæger sig er skyld i udslaget, skaber et magnetfelt. FB Elektromagnet Ved at omvikle en jernkerne, er det muligt at skabe et kraftigere magnetfelt => elektromagnet. Saml første nogle papirsclips eller lign. op, og brug derefter U-kernen.

3 Lav evt. en lille konkurrence i klassen om at trække elektromagneten fra hinanden. Det er muligt at relativt nyt 9V batteri, men da det skal kortsluttes, holder det ikke længe. Brug i stedet strømforsyningen på 9V. Vær opmærksom på at børnene kan slå sig, hvis de falder under en trækkekonkurrence. Det er også muligt at gå den anden vej, altså skabe strøm med en magnet => INDUKTION FB Stangmagnet i spole En spole med to parallelt forbundet dioder kan bruges til at vise der bliver skabt en strøm, når der er noget i spolen der bevæger sig. Dioderne vil blinke på skift. Kommer der ikke til at virke med stangmagneten, bruges en serie af supermagneterne, bør være meget forsigtig med at udlevere til børnene. F Magnet i kobberrør Brug den store neodymium magnet, brug kun én og hold den langt væk fra de andre! Vis først at en magnet falder frit i et tyngdefelt, det er vigtigt at den har noget blødt at lande på, den ellers går i stykker! Slip derefter magneten i kobberrøret, igen, husk at gribe den, eller lade den lande blødt. Medbring et stykke skumgummi. Få evt. fremstillet en metalklods der ligner magneten, og vis der ikke sker noget. Forklaring: Effekten skyldes, at magneten inducerer en strøm rundt i røret (der jo kan opfattes som en spole med én vinding). Denne strøm laver et magnetfelt, som ifølge Lenz' Lov er modsatrettet magnetens felt. Dermed bremses magneten. H F/H FB F H Føle de magnetiske kræfter Lad alle eleverne føle de magnetiske kræfter, ved at bevæge en kraftig magnet henover en kobberplade. Begge bør gå rundt i klassen, pas på magneterne ikke kommer i nærheden af hinanden. Induktionslygter påsat et cykelhjul For at relatere til noget de måske kender fra hverdagen. Et induktionskomfur er svært at gennemskue. Lygterne udleveres til børnene, bed dem om at lægge mærke til, hvor energien kommer fra (når magneten skal fjernes igen), om dioderne blinker samtidig, og hvornår de blinker. Dynamo Få et barn til at demonstrere en hånddynamo hvor pæren sidder i. Skil evt. den rigtige dynamo ad, eller forklar blot at det er en motor der sidder inde i den, er gennemsigtig, så burde ikke være så svært at se. Perspektiver til et kraftværk, samme princip, bare meget større. Højtaler + simpel radio Udgår, tror jeg ikke der er tid til. Dynamo + forskellige materialer Del nu klassen op i 2 (drengene og pigerne). Del de resterende ind i grupper på stykker, find ud af hvad der er mest hensigtsmæssigt. Giv nu hver gruppe en hånddynamo, en 6V pære og en magnet. Det er nu deres opgave at finde ud hvilke materialer der er elektrisk ledende, og hvilke der er magnetisk ledende eller inducerbare. De får udleveret små plader med et tydeligt nummer på. Alle grupperne får de samme. De kan evt. også få udleveret et skema, som de bare skal krydse af i. Man skal være forsigtig med hånddynamoerne, da de kan gå i stykker hvis man drejer for voldsomt på håndtaget. 6V pæren kan også sprænge, hvis man skifter tempo hurtigt.

4 Når begge hold har været igennem, samles klassen igen. FB Strøm gennem menneskekæde Musikafspilleren tilsluttes den ene forstærker, det ene kabel går direkte til en anden forstærker, mens det andet bruges til at sende gennem menneskekæden. Ved slutningen af menneskekæden sendes signalet gennem den anden forstærker, og herefter videre til højtaleren. Man burde nu høre musik. Det kan dog tage lidt tid at få dette til at virke, og bør derfor påbegyndes allerede under 'legen' med hånddynamoerne. Når musikken spiller, kan man udvælge én person der skal slippe kæden, og musikken ophører straks. Sørg for kun én slipper. Transformere Introducer strøm (dræber) og spænding (går gennem huden). Tal om de tidligere eksperimenter de har set. Lyn med Van de Graaff, høj spænding, men lav strømstyrke. Pærer der lyser, lav spænding, mellem strømstyrke. F Pære der sprænges Med dette forsøg ønsker vi at demonstrere at en almindelig stikkontakt er farlig, og kan være dræbende. Desuden demonstrerer dette forsøg også hvordan en sikring virker. Der benyttes en 1½V pære i en fatning, krokodillenæb bruges til at fæstne ledningerne, brug de sikre ledninger og krokodillenæb. Tilslut til stikkontakten, og pæren springer i luften. Find en sikker måde at gøre dette på, evt. i cd-spindel case. F Søm brændes over Forsøg der viser hvad der sker når strømstyrken bliver meget høj. En transformer ændrer strøm og spænding lineært med viklingsantal på en U-kerne. Den første spole vil skabe et varierende magnetfelt i U-kernen, og den anden spole vil inducere en strøm. Kan dette skrives op på tavlen på en smart måde? Forsøget udføres ved at skrue et søm godt fast i spolen med 5 vindinger. Sikkerhedsstikkene sættes i spolen med mange vindinger, vælg indgangene med 600 vindinger. Placer begge spoler på U-kernen og læg toppen på. Sæt stikket i stikkontakten. Sømmet vil først lyse op og derefter brænde over. (Dette skyldes at modstanden stiger når temperaturen stiger, forklar ikke dette!). Advar børnene mod at kigge direkte på sømmet, det kan give svejseøjne. Det er muligt at holde hånden på spolen med de få vindinger mens sømmet brænder over, da spændingen er meget lav. Lad ikke opstillingen kører for længe, da det slider hårdt på udstyret, det er ikke altid muligt at få sømmet til at brænde over, men det skal nok begynde at lyse. Det er virkeligheden et simpelt svejseapparat der er blevet fremstillet. Meget høj strømstyrke, meget dødelig, men kan ikke komme gennem huden. Tak for i dag!

5 Tidsplan Forsøg Starttid Introduktion 0 Statisk elektricitet 10 FBBallon på væg 10 F/FBVan de Graaff FPladekapacitor Magnetisme FEgenskaber ved magnet FKompas FØrsteds kompasnål FBElektromagnet FBStangmagnet i spole FMagnet i kobberrør FDemonstration af induktionslygter HInduktionslygter uddeles FBDynamo HDynamo + forskellige materialer FBStrøm gennem menneskekæde 90 Transformere 95 FSøm brændes over 95 FPære der sprænges 105 Afslutning Farvel Materialer der mangler Stangmagnet der er halveret Udklip i silkepapir Fræset kobberrør Sikkerhedsbriller til os! Materialer som de skal teste for elektriske og magnetiske egenskaber. Spole med påmonteret dioder (jeg har købt dioder og testet det virker, men har ikke fået lavet en permanent løsning endnu) TESTE ALLE FORSØGENE!!! 6