Samfundets elektriske energiforsyning Niveau: 9. klasse Varighed: 8 lektioner Præsentation: I forløbet Samfundets elektriske energiforsyning arbejdes der med induktion, transformation og kraftværkers og vindmøllers energiomsætninger. Forløbet bygger videre på flere tidligere forløb i fysikkemifokus.dk, se afsnittet Elevernes baggrundsviden længere nede. Forløbet består af 4 fagtekster, 27 opgaver og 11 aktiviteter. Derudover er der Videnstjek. Baggrundsviden og progression: Elevernes baggrundsviden Samfundets elektrisk energiforsyning bygger på følgende begreber fra tidligere forløb: - Elektricitet 7. klasse - Strømstyrke, spændingsforskel, effekt, resistans og elektrisk energi. - Magnetisme 7. klasse - Nordpol, sydpol, permanent magnet, magnetiske feltlinjer, elektromagnetisme og gribereglen. - Energi og Energiteknologi 8. klasse. Energiformer, elektrisk energi, kinetiske energi, varmeenergi, strålingsenergi, varmetab, energikilde, energimodtager, vedvarende energi, lagerenergi, vindmøller og energiomsætninger. Det er helt centralt for elevernes arbejde med Samfundets elektriske energi, at de er fortrolige med begrebet elektromagnetisme, og forløbet indledes derfor med en kort repetition af centrale begreber i elektromagnetisme. 1
Klassen kan evt. kan gå mere i dybden med elektromagnetisme ved at arbejde med fagteksten Elektromagnetisme og dertil hørende opgaver og aktiviteter under forløbet Magnetisme i 7. klasse. Andre kommentarer Eleverne kan have forskelligt læringsudbytte af forsøgene. Nogle elever vil erfare, at det er muligt at skabe store spændinger og strømstyrker med en transformer. Andre elever vil ud fra transformerligningen U p I p = U s I s kunne se, hvordan hvor en lav spænding på sekundærsiden resulterer en i høj strømstyrke på samme side. Endelig vil nogle elever kunne foretage beregninger ud fra transformerligningen. Begreber fra læseplanen I forløbet er medtaget alle begreber, der er relateret til samfundets elektriske energiforsyning fra forenklede Fælles Mål. - Påvise sammenhænge mellem magnetisme og elektricitet - Undersøge metoder til at producere elektricitet ved hjælp af magneter - Kende begreberne strømstyrke, spændingsforskel, resistans, energi og effekt - Forståelse af samfundets energiforsyning gennem induktion, transformation og produktion af fjernvarme - Modeller til forståelse af elektromagnetisme, induktion og transformation - Anvende, udvikle og vurdere energikæder fx af samfundets energiforsyning fra kraftværk til forbruger 2
- Forstå anlæggets funktioner, sammenhænge og udfordringer og på den baggrund kunne forestå ændringer af forhold på anlægget - Perspektivere til energiomsætninger i forskellige energikrævende teknologier fra hverdagen fx opladning af mobilen eller apparater i hjemmet 3
Overblik over forløbet: Fagtekst 1: Magnetisme og elektrisk strøm Læringsmål Faglige begreber Opgaver Aktiviteter Tegn på læring Eleverne kan forklare Elektromagnetisme 1a-c. En 1. En stærk 1. Eleven kan ud fra sammenhængen mellem magnetisme og elektrisk strøm. Elektromagnet Gribereglen elektromagnets poler 2a-b. En elektromagnets styrke elektromagnet 2. Fremstil strøm ved induktion forlæg beskrive, hvordan en ændring af et magnetfelt kan skabe en elektrisk strøm Eleverne kan forklare begrebet induktion. hvordan en induktionslygte og et induktionskomfur fungerer. Magnetiske feltlinjer Induktion Induktionslygte Induktionskomfur 3. Elektromagnetisme begreber 4. En stærk elektromagnet 5. En induktionsspænding 6. En induktionslygte 3. Induktion grublerier 4. Høj induktionsspænding 5. Induktionsoplader til mobilen 2. Eleven beskriver med egne ord, hvordan ændringer i magnetiske feltlinjer i og omkring spolen skaber en induktionsspænding. 3. Eleven forklarer, hvordan der skabes en induktionsspænding over en spole, og hvordan induktion anvendes i en induktionslygte og et 7. Et induktionskomfur induktionskomfur. 4
Fagtekst 2: Vekselstrømsgeneratoren Læringsmål Faglige begreber Opgaver Aktiviteter Tegn på læring Generator 8. Generatorens dele 6. En generator Eleven beskriver ud fra forlæg, hvordan en generator fungerer. hvordan begreberne periode og frekvens ved at relatere til vekselspændingskurven. Eleverne kender sammenhæng mellem periodetid og frekvens. Stator Rotor Energiomsætning Elektrisk energi Kinetisk energi Vekselspændingskurven Periode Periodetid 9. En vindmølles energiomsætninger 10. Spændingskurver 11. En periode 12. Enheden for frekvens 13. Periodetider 14. Frekvensen omsætter energi 7. Vekselspændingskurven 8. Overførsel af elektrisk energi hvordan en generator producerer strøm. Eleven forklarer ud fra forlæg, hvordan en generator er opbygget og fungerer. Eleven forklarer med egne ord, hvordan en transformer er opbygget og fungerer. Frekvens 15. Frekvensen på kraftværkerne 5
Fagtekst 3: Transformation Læringsmål Faglige begreber Opgaver Aktiviteter Tegn på læring Transformer 16. Forkortelser af 9. Spændingerne på en Eleven kan ud fra forlæg bygge en hvordan en transformer er opbygget og fungerer. Eleverne kender og kan bruge transformerligningen. Eleverne kender eksempler på anvendelse af Primærside Sekundærside Transformation Magnetiske feltlinjer Højspænding transformerbegreber 17. Transformeren 18a-d. Transformerens spændinger og vindinger 19. Transformeren på kraftværkerne transformer 10. Transport af elektrisk energi transformer og få den til at fungere. Eleven kan ud fra forlæg undersøge, hvordan en transformer kan ændre spændinger. Eleven kan i praksis undersøge, hvordan elektrisk energi kan transporteres med mindre transformere. 20. Spændinger på el-nettet energitab ved hjælp af transformation. 21. Mobilens strømforsyning 6
Fagtekst 4: Danmarks elforsyning Læringsmål Faglige begreber Opgaver Aktiviteter Tegn på læring Kraftværk 22. Energikilder 11. Overskydende Eleven kan ud fra forlæg fortælle, hvordan den elektriske energi produceres i Danmark, og hvilke udfordringer det giver. Eleverne kan forklare et kraftværks og et Turbine Varmeveksler Energiomsætning Energitab 23. Kraftværkets opbygning 24. Kraftværkets funktion elektrisk energi fra vindmøller hvilke dele et kraftværk er ombygget af. Eleven kan ud fra forlæg forklare, hvilke funktioner de enkelte dele på kraftværket har, og hvordan energien omsættes. kraftvarmeværks funktioner. El-net El-produktion Eleven med egne ord forklare, hvordan et kraftværk og et kraftvarmeværk fungerer, hvordan det danske el- Fjernvarme herunder net er opbygget. hvilke energiomsætninger der finder sted og hvilket energitab der er. 7
8