MORSOMME MOTORER Udviklet af Dansk Naturvidenskabsformidling i samarbejde med Danfoss Universe som et led i Dansk Naturvidenskabsfestival 2006
Indholdsfortegnelse Festivalpakken 2006........................ 4 Morsomme motorer......................... 5 Elektriciteten i historien..................... 7 Vejledning til eksperimenter og aktiviteter.... 9 Festivalpakkens eksperimenter 10 forsøg med statisk elektricitet.................. 10 Byg en statisk elmåler........................... 11 Gode råd om spoler............................ 12 Elmotor 1 - En unipolar elmotor................... 14 Elmotor 2 - Byg en lille elmotor................... 15 Elmotor 3.................................... 16 Elmotor 4.................................... 17 Elmotor 5.................................... 19 Elmotor 6.................................... 20 Materialeliste............................... 21 Links....................................... 22 side 3
Festivalpakken 2006 En del af Dansk Naturvidenskabsfestival 25.-29.09 2006. Hvorfor en Festivalpakke? Ved evalueringen af Dansk Naturvidenskabsfestival 2004 var der opfordringer til at udvikle færdigstrikkede aktiviteter, der gør det let for skolerne at deltage i festivalen. Dansk Naturvidenskabsformidling tog opfordringen til sig og luftede forskellige ideer ved en besøgsrunde på skoler landet over. Ideen om Festivalpakker begyndte at tage form, og kravene til pakkerne blev formuleret som en slags dogmeregler : pakkerne må max. koste 1000 kr. excl. moms og forsendelse, de skal følges af en lærervejledning relateret til trinmål, de skal trække klassen ud af klasseværelset, de skal stimulere til aktiviteter på tværs af skoler, f.eks. til udstillinger eller konkurrencer, forsøgene skal kunne laves af flere klasser sammen, forsøgene skal være hands on, aktiverende og spektakulære/fotogene, forsøgene skal kunne gennemføres unplugged af el- og vandforsyning forsøgene skal kunne gentages og forbrugsmaterialer skal være lette af få fat i. Indhold Festivalpakken består af en plastboks med en trykt lærervejledning og materialer til forsøg for grupper af elever på op til 28. Hvem står bag? Dansk Naturvidenskabsformidling har udviklet Festivalpakkerne i samarbejde med Danfoss Universe, som har leveret det faglige indhold, herunder vejledninger til forsøgene. Under udviklingen har Skolekonsulent Steen Petersen, Danfoss Universe, haft en referencegruppe af følgende naturfagslærere: Alan Proschowsky, Kingoskolen, Slangerup Erik Bruun Olesen, Odense Katedralskole Simon Hempel-Jørgensen, Sdr. Vang Skole, Kolding Palle Dons Heltoft, Hørup Centralskole Gitte Mogensen, Uvelse Skole I Dansk Naturvidenskabsformidling har studentermedarbejderne Laura Ørsted-Rasmussen og Katrine Brahl Petersen stået for redigering, indkøb og pakning. Studentermedarbejder Sigrid Svane har lavet lay-out. Der er udviklet fire forskellige Festivalpakker målrettet indskoling, mellemtrin, udskoling og gymnasiet. Udvikling og produktion af Festivalpakkerne finansieres af salgsindtægten. Festivalpakkerne evalueres ved evalueringen af Dansk Naturvidenskabsfestival 2006. Projektlederne Pernille Vils Axelsen og Hans Colind Hansen takker på vegne af Dansk Naturvidenskabsformidling alle involverede for deres engagement og gode humør. side 4
Morsomme motorer Det er fascinerende at få en lille elmotor til at dreje rundt. Man bakser, piller, vender og drejer og pludselig kan den lille motor bevæge sig. Denne Festivalpakke indeholder materialer og vejledninger til konstruktion af 6 små elmotorer. Emnet appellerer til alle og indeholder mange muligheder for, at eleverne selv udvikler nye og endnu bedre udgaver af elmotorerne. Lærervejledning Denne lærervejledning indeholder en introduktion til Festivalpakken, inspiration til undervisningsforløb, relation til de Fælles Mål, et oprids over elektricitetens historie, samt vejledning til eksperimenter og aktiviteter. Målgruppe Festivalpakken henvender sig til elever i 7.-10.klasse. Undervisningsforløb Emnet er et indledende og inspirerende forløb, som kan bruges til en generel introduktion til emnet elektricitet. Festivalpakken om elmotorer lægger op til elevernes førstehåndsoplevelser med statisk elektricitet, bevægelse, energi og elektromagnetisme. Eleverne kan undervejs gøre sig overvejelser om strømmens retning og dens betydning for spolens omdrejningsretning. På den måde gives et førstehåndsindtryk af, hvad elektromagnetismens griberegler kan bruges til. Festivalpakken åbner for faglige emner som strøm, poler, elektrisk kredsløb og kortslutninger samt indledende betragtninger om en sammenhæng mellem magnetisme og elektricitet. Det anbefales at starte med elevernes egne forsøg med at bygge de forskellige elmotorer. Ved at lade eleverne gøre deres egne opdagelser bliver der skabt en interesse for faglig fordybelse i undervisningens boglige materialer om emnet elektricitet. Materialet giver anledning til mange startsteder i et undervisningsforløb. Man kan begynde med en historie, som giver et problem, eller gå den anden vej rundt og lade eleverne stille spørgsmål og rejse egne problemstillinger. Festivalpakken lægger op til, at eleverne lægger forsøgsresultater ud på klassens eller skolens hjemmeside, fx billeder af forsøg og små forklarende tekster, og udveksler nye ideer med klasser fra andre skoler. Materialerne gøres tilgængelige, og eleverne kan føre samtaler om emner, som de har opnået indsigt i. side 5
Opgaver til eleverne Det er vigtigt at pointere både over for læreren og over for eleverne at konstruktionerne tager TID. Der stilles krav til præcision, og de små elmotorer kan være lidt svære at få til at køre, hvis man ikke har en god portion tålmodighed. Det er en god idé at lade eleverne arbejde med konstruktionsopgaverne i små grupper, lade dem præsentere deres produkter, tage billeder og evt. optage små videosekvenser af de kørende elmotorer. Det er oplagt at afslutte forløbet med at lave en udstilling til skolens bibliotek eller at invitere de yngre klassetrin til en elmotor-dag i fysiklokalet. Søg informationer om H. C. Ørsted, Volta og Ampere på internettet og på skolens bibliotek. Lav et fysikshow om statisk elektricitet eller byg elmotorer sammen med forældrene til en forældreaften i forbindelse med en præsentation af faget fysik/kemi. Fælles Mål - Faglig begrundelse Festivalpakken 2006 tager fat på hverdagens store og små fænomener, giver anledning til praktisk eksperimenterende undervisning, og viser hvordan naturvidenskab indgår i vores nære omverden. Festivalpakken 2006 er en oplagt mulighed for at arbejde i forhold til de Fælles Mål. Pakken giver mulighed for at kunne bevæge sig fra det konkrete til det generelle, når vi tager udgangspunkt i et hverdagsfænomen og senere forstår de store sammenhænge. Materialet giver anledning til, at eleverne stiller spørgsmål og fremsætter hypoteser, at de eksperimenterer og får nye innovative ideer. Festivalpakkens materialer henvender sig til 7.-10. klassetrin. I følge de Fælles Mål skal der i 7.-8. klasse netop tages udgangspunkt i elevernes hverdag. I 9. klasse lægges der vægt på mere komplekse sammenhænge. I teorien om elektromagnetisme kan de 3 griberegler med fordel introduceres. Elever i 10. klasse arbejder med faglig fordybelse, overblik og forståelse, og kan ud fra konstruktionerne gå i dybden med emner som el-produktion, samfundets energiforbrug og konsekvenser. Kort sagt kan der med Festivalpakkens materialer og indhold tilrettelægges et praktisk og eksperimenterende undervisningsforløb. side 6
Elektriciteten i historien Løber der en strøm gennem en spole dannes et magnetfelt. Feltets retning, som går fra magnetens nordpol til sydpol, er afhængig af strømretningen. Gribereglen for spoler fortæller os magnetfeltets retning. Hvis man griber om spolen med højre hånd, således at strømmen løber i fingrenes retning, vil nordpolen dannes ved tommelfinger-siden. Dette vil svare til, at der i spolens akse ligger en lille magnet, som har sin nordpol i tommelfingerens retning. Denne opdagelse stammer fra begyndelsen af 1800-tallet. Det var den danske fysiker Hans Christian Ørsted, der i 1820 opdagede sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme. En af gribereglerne fortæller om sammenhængen mellem strømmens retning i en ledning og det cirkulære magnetfelt, der dannes omkring den strømførende ledning. De gamle grækere vidste, at rav kunne tiltrække lette fjer, tynde tråde eller uldtotter. I 1600-tallet interesserede naturforskerne sig igen for rav. Englænderen William Gilbert kaldte ravets tiltrækningsevne for elektricitet. Ordet kommer af det græske elektron, der betyder rav. Måske kom der et stof ind i rav og glas, når man gned på det? Den første lynafleder Benjamin Franklin mente, at elektricitet var noget, der allerede var inde i stoffet, og når man gned på rav, kom der mere elektricitet end normalt. Når der er mere elektricitet end normalt, er der plus, når der er mindre end normalt, er der minus. I dag bruger vi stadig plus og minus om polerne på eksempelvis et batteri. Franklin fandt ud af, at der var sammenhæng mellem rav og lyn. Han lavede eksperimenter med at sætte en drage op i tordenvejr med en silketråd, som strømmen kunne løbe igennem. Han havde bundet en nøgle fast for enden af tråden, der slog gnister, når han stak fingeren hen til den. Der var altså elektricitet oppe i skyen og lynet var gnister. Hvis lynet havde slået ned i dragen, var han blevet dræbt. Franklin var heldig, men to andre, der udførte samme forsøg, døde af det. Franklin brugte sin viden og sine observationer til at lave den første lynafleder i 1752. I slutningen af 1700-tallet lavede franskmanden Charles Augustin Coulomb forsøg, der afslørede, at elektricitet både kunne tiltrække og frastøde. Elektrisk strøm I slutningen af 1700-tallet lavede Alessandre Volta forsøg med metaller og saltvand. Ud fra observationer fandt han på at lave en stabel af kobber- og tinskiver med pap imellem. Skiverne kom han i et glasrør, hvorefter han hældte saltvand på, og gnisterne sprang fra metalskiverne. Elektriciteten blev ved med at komme ikke som gnister men som elektrisk strøm! Det blev nemt at lave vedvarende elektricitet i små mængder. Magnetisme Magnetisme kendte man også til. Grækerne havde set, at en speciel form for sten, kunne tiltrække jernstykker. Stenen kom fra byen Magnesia og blev kaldt en magnet. Kineserne var de første til at bruge magnetismen til at finde vej på havene - længe før vi gjorde i Europa. Senere fandt araberne ud af magnetismens fordele, og europæerne lærte det af dem. Dette blev starten på de store eventyr på havene. Magneterne opførte sig lidt som det elektriske rav. Igennem historien havde man betegnet magnetisme og elektricitet som forskellige ting. Nu begyndte man at undersøge, om der var en forbindelse imellem de to fænomener. side 7
Elektromagnetismen I 1820 blev den danske fysiker Hans Christian Ørsted verdenskendt for at opdage elektromagnetismen. Ørsted begyndte at lave strøm med en Voltasøjle. Det havde gjort det nemmere at lave vedvarende elektricitet. Igennem 10 år lavede Ørsted forsøg for at finde den hemmelige forbindelse mellem magnetisme og elektricitet. Man vidste, at jernstænger kunne blive svagt magnetiske i tordenvejr, og at et kompas kunne miste sin magnetisme, hvis et lyn slog ned i nærheden. Ørsted lavede et simpelt eksperiment, hvor han havde et kompas og en kobberledning. Kompasset placerede sig efter de geografiske poler; ledningen placerede han lige over kompasset, der pegede mod nord, derefter ledte han strøm gennem ledningen og slog kompasnålen ud, så den var på tværs af ledningen. Franáois Arago arbejdede videre på den opdagelse og viklede en ledning rundt om en jernring. Han fandt ud af, at magnetismen blev meget stærk, når han ledte strøm igennem. Det allerbedste var med en tæt omviklet kobbertråd. At lave strøm Strøm var dog stadig svært at fremstille i store mængder. Ti år efter H.C. Ørsteds opdagelser af elektromagnetismen, begyndte englænderen Michael Faraday at lave strøm. Som 14 årig kom Michael Faraday i lære som bogbinder. Her læste han bøger om elektricitet, lavede selv et batteri og eksperimenterede. Senere mødte han en fysiker og blev ansat i et laboratorium. Som 29-årig hørte han om Ørsteds eksperiment. Han mente, at hvis man kunne lave magnetisme med elektricitet, så kunne man også lave elektricitet med magnetisme. I 1831 lavede Faraday en jernring og viklede en kobbertråd omkring. Så førte han en magnet igennem ringen, og så løb der strøm i ledningen. Det skete kun, når magneten bevægede sig. Hvis den så pludselig stod stille, løb der ingen strøm. Faraday lavede en kobberskive, der kunne rotere med en hesteskomagnet placeret, så nord var på den ene side, og syd var på den anden side den kunne lave strøm og blev den første dynamo! Han gjorde en opdagelse, og opfandt en måde at bruge denne opdagelse på. Sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme førte hurtigt til mange nye opdagelser. Telegrafer og telefoner som nu har ført til radio, fjernsyn, båndoptagere, videobånd og ikke mindst - elmotorer. Viden om magneters tiltrækning og frastødning, spolens magnetfelt og elektromagnetens poler, der bestemmes med gribereglen, er vigtig for med at forstå elmotorens funktion. side 8
Vejledninger til eksperimenter og aktiviteter Her er en byggevejledning til en statisk-el-måler, vejledning til at bygge en kondensator, gode råd om spoler og beskrivelse af forsøg med statisk elektricitet. Desuden er der kopi af de laminerede elevvejledninger i en lærerudgave. Yderligere undersøgelser Arbejdet med de morsomme motorer kan give anledning til yderligere undersøgelser, eksperimenter og konstruktioner med elmotorer. Små 4,5 volts elmotorer kan bruges i forskellige konstruktioner. Her skal man dog være opmærksom på problemstillinger om gearing af motoren fx i forbindelse med bygningen af en lille elbil. Elmotorerne kan fx bruges til at konstruere små flyvende helikoptere af karton. En kartonpropel sættes på en lodret stående 4,5 volts elmotor. Sluttes strømmen vil propellen rotere hurtigere og hurtigere for til sidst at lette. Elevvejledninger Lærervejledningen indeholder kopier (lærerudgave) af de 6 laminerede elevvejledninger til elmotor 1-6. Elevvejledningerne består af et lamineret A4-ark med billeder, materialeliste og forsøgsvejledning. Til nogle af opgaverne hører også ekstra opgaver til yderligere undersøgelser. Lærerudgaven af elevvejledningerne indeholder en lille forklaring af nogle af forsøgene. side 9
10 forsøg med statisk elektricitet Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: Balloner Filt Elektrikerrør Flamingoklods Sæbebobler Klassens egne materialer: Sodavandsdåser Små stykker papir (fx. huludklip fra en hulmaskine) Tynde plastikark Vejledning til de 10 forsøg Gnid en ballon og få den til at hænge fast på loftet. Gnid en ballon og før den hen mod en lille bunke små stykker papir. Huludklip fra en hulmaskine er gode. Afprøv din statisk-el-måler. Hvad sker der? Gnid en ballon på en uldtrøje og før ballonen hen over håret på en testperson med langt og tyndt hår. En glimlampe fra fysiklokalet kan give et lille lysglimt, når de føres hen mod en opladet ballon. Husk at mørklægge lokalet. 2 balloner i en lang sytråd. Gnid de 2 balloner og undersøg hvad der sker, når de to balloner hænger tæt på hinanden. Gnid en ballon i snor og før en let flamingoklods i snor hen mod den opladede ballon. Undersøg hvad der sker. Svævende vat. Et elektrikerrør lades ved at gnide med filt. Et lille stykke vat føres hen til rørets ende og rystes forsigtigt af igen efter et kort stykke tid. Kan du få vattet til at svæve over røret? Lav et racerløb med en tom sodavandsdåse og en ballon og statisk elektricitet. Dåsen ligger på gulvet. Føres et opladet elektrikerrør (eller filmhylster-kondensatoren) forsigtigt hen til dåsen uden at røre dåsen, vil den begynde at rulle. Lav et væddeløb. En flyvende plastikstrimmel. Med et statisk elektrisk opladet elektrikerrør formet som en ring kan man få en tynd strimmel plastik til at svæve. Sæbebobler tiltrækkes af et opladet elektrikerrør. Lav forsøg med dresserede sæbebobler. side 10
Byg en statisk elmåler Du skal bruge: Klassens egne materialer: Cd-æske Papirkonfetti Vejledning En lille mængde papirkonfetti (fx papir fra en hulmaskine) drysses ned i en tom en cd-æske. Æskens låg tapes fast, så man har et lille apparat til at undersøge hvor der er statisk elektricitet. Hold æsken tæt på et opladet elektrikerrør eller brug måleren til forsøgene med statisk elektricitet. side 11
Gode råd om spoler Vikling af spolen I alle konstruktioner med spoler vikles spolen af en tynd kobbertråd. Det er oplagt at vurdere kobbertrådens tykkelse og lave forskellige forsøg for at se, hvor tynd eller tyk tråden skal være. Start med en trådtykkelse på 0,5 mm. Sådan gør du: Lav spolen med 10-20 vindinger ved at vikle kobbertråden rundt om fx et reagensglas, en tusch eller en anden rund genstand, der bestemmer spolens diameter. Lad de to tilledninger stikke ud til begge sider. Den ene tilledning afisoleres helt ved at slibe lakken af med et stykke sandpapir. Den anden ende skal kun afisoleres på den ene side af ledningen. Tilledningerne vikles rundt om spolen et par gange for at holde på spolens form. Spolen kan vikles i mange forskellige størrelser og af forskellig tykkelse tråd. På billedet ses hvordan spolen vikles. De to tilledninger stikker ud fra spolen og udgør senere elmotorens akse. Huskeliste Sørg for at afbalancere spolen således, at skubber man forsigtigt til den, vil den dreje rundt i lang tid uden at falde til ro. Spolens ene tilledning afisoleres helt, og den anden afisoleres kun på den ene side af tråden. Forsøg med forskellige afstande mellem spolen og magneten. Hvis spolen ikke drejer rundt, kan det skyldes flere forhold: Undersøg om spolen hænger frit og afbalanceret i holderne. Undersøg om der er kontakt ved at indsætte et amperemeter i serieforbindelse og drej forsigtigt spolen rundt. Husk at spolen lige skal skubbes i gang. Og undersøg om der er strøm på batteriet. side 12
Fakta om spoler Hvorfor drejer spolen rundt magnetens magnetfelt? Spolens ene ende er kun afisoleret på den ene side, hvilket gør, at strømmen i spolen tændes og slukkes når spolen drejer rundt. Det magnetfelt, der dannes, når der går en strøm i spolen, vil skubbe til spolen (frastødning/tiltrækning i magnetfeltet fra magneten) og dermed drive spolen rundt som en lille elmotor. I konstruktionen af elmotorerne er det ikke nødvendigt at bruge 9 volts batterier. Dette er blot brugt i vejledningen, fordi batteriet er let at tilslutte med en snaplås. Man kan også bruge en spændingskilde fra fysiklokalet. Husk at spolen skal skubbes i gang, at kontaktflader skal være afisolerede som beskrevet, og at spolen skal hænge i ligevægt, så den kan dreje frit. Kobber oxiderer let, og det kan være nødvendigt at skrabe kontaktfladerne rene med sandpapir. side 13
Elevvejledning 1 Lærerudgave Elmotor 1 - En unipolar elmotor Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: 1,5v batteri 10 cm ledning, af-isoleret i begge ender Stærk magnet Skrue (spånpladeskrue) Vejledning Sæt den lille stærke magnet på skruens hoved. Sæt skruens spids op mod batteriets minus-pol. Hold en ledning på pluspolen og på magneten. Skruen begynder at dreje rundt. Ekstra opgave Undersøg hvad der sker med skruens omdrejningsretning ved at vende magneten og ved bagefter at vende batteriet. Forklaring Kraftmomentet, der sætter skruen i rotation, kommer fra vekselvirkningen mellem magnetfeltet og strømmen, der løber igennem magnetfeltet. Strømmen fra et batteri, der kortsluttes, er faktisk ganske høj, og hvis magneten er kraftig, kan rotationen blive meget hurtig. Det har desuden betydning, at friktionen mellem skrue og batteri er meget lille. (Citat: www.fysikbasen.dk) side 14
Lærervejledning 2 Elevvejledning 2 Lærerudgave Elmotor 2 - Byg en lille elmotor Du skal bruge Materialer i festivalpakken: Et plastbæger 2 clips 9v batteri 1 snaplås til batteri Sandpapir Ca. 60 cm tynd lakeret kobbertråd (fx 0,5 mm) 1 stærk magnet Tape Elektrikerrør Vejledning Kobbertråden rulles rundt om et elektrikerrør, så der er ca. 10-20 vindinger. Kobbertrådens ender vikles rundt, således at de stikker ud fra den lille spole. Isoleringen på enderne fjernes med lidt sandpapir. I den ene ende fjernes lakken helt og i den anden ende fjernes lakken kun på den ene side af tråden. En lille magnet tapes fast oven på bunden af bægeret. Clipsene foldes ud og tapes på plastikbægeret, så spolen kan rotere frit over magneten. Batteriet tilsluttes clipsene via en snaplås. Brug tid og tålmodighed til at justere spolen så den hænger frit og kan dreje frit. Ekstra opgave Eksperimentér med forskellige antal vindinger, kobbertrådens tykkelse og forskellige magneter. Undersøg hvordan man kan gøre motoren bedre. Lån fx en hesteskomagnet i fysiklokalet og byg en stærkere el-motor ved at placere spolen mellem hesteskoens ben. Forklaring I konstruktionen af elmotor 2 benyttes en lille stærk magnet til at danne det magnetfelt, som spolen drejer i. side 15
Lærervejledning Elevvejledning 3 32 Lærerudgave Elmotor 3 Elmotor 3 er samme princip som elmotor 2, her er den lille spole blot placeret oven på batteriet. Du skal bruge: Materiale i festivalpakken: 2 clips 9v batteri 1 snaplås til batteri Sandpapir Ca. 60 cm tynd (0,5 mm) kobbertråd (lakket virker som isolering) En lille stærk magnet Tape Elektrikerrør Vejledning Kobbertråden rulles rundt om et elektrikerrør, så der er ca. 10 vindinger. Trådens ender vikles rundt, således at de stikker ud fra den lille spole. Isoleringen på enderne fjernes med lidt sandpapir. I den ene ende fjernes lakeringen helt, og i den anden ende fjernes lakeringen kun på den ene side af tråden. En lille køleskabsmagnet tapes fast oven på batteriet. Clipsene foldes ud og tapes på batteriet, så spolen kan rotere frit over magneten. Batteriet tilsluttes clipsene via en snaplås. Brug tid og tålmodighed på at justere spolen så den hænger frit og kan dreje frit. side 16
Elevvejledning 4.1 Lærervejledning 4.1 2 Lærerudgave Elmotor 4 Det er muligt at lave en fin lille elmotor uden brug af magneter. Følg vejledningen nøje og vær meget tålmodig, så lykkes det. Du skal bruge: Materiale i festivalpakken: 9v batteri 1 snaplås til batteri Sandpapir 1 stk. ca. 60 cm tynd (0,25 mm) lakeret kobbertråd 2 stykker ca. 60 cm mellemtyk (0,5 mm) lakeret kobbertråd Tape Vejledning Den tynde kobbertråd rulles til en lille spole om en tusch eller et reagensglas, så der er ca. 10-20 vindinger. Trådens ender vikles rundt, således at de stikker ud fra den lille spole. Lakken på enderne fjernes med lidt sandpapir. I den ene ende fjernes lakken helt, og i den anden ende fjernes lakken kun på den ene side af tråden. Den store spole består af 2 spoler (1 og 2), der lægges sammen til en spole. Spole 1 og spole 2 vikles af de to tykke kobbertråde, som vist på tegningen. De skal have 20-30 vindinger hver. Derefter lægges spolerne oven på hinanden og enderne a og b bruges til at samle spolerne. a og b slibes med sandpapir og formes til 2 holdere (se billede på side 16). Den lille spole placeres i holderne og afbalanceres. Batteriet tilsluttes den store spoles frie ender. (se billede på side 16). b a b a Spole 1 Spole 2 Spole 1 og 2 lagt sammen side 17
Lærervejledning Elevvejledning 4.2 4.2 2 Lærerudgave Billederne viser princippet i viklingen af den store spole i elmotor 4, hvor der vikles to spoler, som lægges oven på hinanden til en samlet stor spole. Viklingen af den store spole kan være en udfordring, fordi man under konstruktionen skal være opmærksom på, at vindingerne kommer til at løbe samme vej. Da spolen er viklet af to tråde kan det let gå galt med retningen. Dette vil bevirke, at spolen danner to modsatrettede magnetfelter, hvis der vikles forkert. Den store spole i Elmotor 4 består af to spoler, der er lagt oven på hinanden. Forklaring I elmotor 4 dannes magnetfeltet af en stor spole. Her er det en forudsætning at kende til gribereglen i forbindelse med fremstillingen af den store spole. Der kan gøres overvejelser og forsøg med at vikle spolen således, at strømmen løber den samme vej rundt i hele den store spole. Idet den lille spole danner kontakt, er der strøm i kredsløbet og såvel den lille som den store spole danner magnetfelter, som får motoren til at snurre. Den store spole danner et magnetfelt, hvis retning kan bestemmes med gribereglen. De dygtige elever kan få elmotor 4 som en gruppeopgave uden byggevejledning. Det kræver en del forstudier af gribereglen, tegninger og diskussioner i gruppen. Her kommer gribereglens anvendelse for alvor i spil. side 18
Lærervejledning Elevvejledning 5 5.1 2 Lærerudgave Elmotor 5 Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: 9 volt batteri 6 clips Sandpapir Tape 2 stærke magneter Ca. 50 cm tyndt lakeret kobbertråd Plastbæger Snaplås Vejledning Kobbertråden rulles rundt om en tusch eller et reagensglas, så der er ca 10-20 vindinger. Kobbertrådens ender vikles rundt, således at de stikker ud fra den lille spole. Isoleringen på enderne (lakken) fjernes med lidt sandpapir. I den ene ende fjernes lakken helt, og i den anden ende fjernes lakken kun på den ene side af tråden. To x to clipse tapes fast på plastkruset, så de holder magneterne. De skal sidde, så de tiltrækker hinanden. Magneterne placeres på hver side af kruset (se billedet). Diagonalt på linjen mellem magneterne tapes to clips fast som kroge for spolen. Sæt spolen i holderen og se om den roterer helt frit og er balanceret. Sæt strøm på ved at sætte snaplås på batteriet og ledningerne over på clipsene, der holder spolen. Forsøget kan varieres ved at prøve sig frem med forskellige kombinationer af tråd og magneter Forklaring Her er magnetfeltet, der får spolen i rotation, kraftigere, fordi spolen er udspændt mellem to magneter. Dette giver en større effekt på spolen. side 19
Lærervejledning Elevvejledning 6 62 Lærerudgave Elmotor 6 Byg en elmotor hvor kobbertråden roterer rundt om batteriet. Elmotoren er meget spinkel og kræver en hel del fingerfærdighed. Du skal bruge: Materialer i festivalpakken: 1,5 volt batteri 2 små stærke magneter Tynd, (0,25 mm) lakeret kobbertråd Køleskabsmagnet Vejledning 45 cm uisoleret kobbertråd formes som vist på billedet. 2 stærke magneter stilles ovenpå en køleskabsmagnet. Batteriet sættes ovenpå stablen af magneter med plus-polen nedad. Tråden placeres således, at den rører batteriets minus-pol og klemmer sammen om den øverste magnet. Elmotoren sættes i gang ved at skubbe forsigtigt til tråden. Tråden i Elmotor 6 vikles som vist på billedet. Brug isoleret tynd kobbertråd og afisoler tråden i den lille løkke og i spidsen som skal røre batteriet foroven. Tegningen ved siden af tråden viser, hvordan tråden skal foldes sammen. Batteriet balancerer ovenpå stablen af magneter. Tråden klemmes forsigtigt fast om den øverste magnet i stablen og vil (med lidt starthjælp) rotere hurtigt rundt om batteriet. Den lille løkke på tråden klemmes rundt på den øverste magnet, så tråden let og gnidningsløst kan dreje rundt om batteriet. Forklaring Elmotor 6 har samme forklaring som elmotor 1, men her er det tråden, der roterer, i stedet for magneten. På http://scitoys.com/scitoys/scitoys/electro/railgun/railgun.html kan man se en lille film, der viser den roterende elmotor. Her vises også en udgave, hvor batteriet ruller på en bordplade. side 20
Materialeliste Materiale i Festivalpakken: Sæbebobler Kobbertråd isoleret ø0,25mm Kobbertråd isoleret ø0,50mm Kobbertråd isoleret ø1,00mm Ståltråd Små stærke magneter Kontorclips 1,5 volt batterier 9 volt batterier Snaplåse Sandpapir Tape Plastikbægre Isoleret ledning Sidebidetang Skuer, elforzinkede Elektrikerrør Filt Køleskabsmagnet Flamingo Søm Balloner Klassens egne materialer: Cd-æske Papirkonfetti Sodavandsdåser Tynde plastikark side 21
Links Links til andre elektriske modeller og små elmotorer: http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/electro/electro4.html www.fysikbasen.dk (forsøg 44, 85) http://scitoys.com/scitoys/scitoys/electro/railgun/railgun.html http://www.dr.dk/dr1/noerd (Store Nørd udsendelserne har behandlet emnet om statisk elektricitet. På hjemmesiden findes et arkiv over alle sendte udsendelser.) Andre links til Internettet: Her kan der findes baggrundsviden, flere aktiviteter, hands-on forsøg, undersøgelser, eksperimenter og aktiviteter. www.danfossuniverse.com www.naturvidenskabsformidling.dk www.formidling.dk www.test-o-teket.dk www.vand.au.dk www.europhysicsfun.org www.sthelens.org.uk/teachers/curriculum/science/index.htm www.exploratorium.edu/explore/handson.html www.exploratorium.edu/snacks/ www.kemishow.dk/ http://users.bigpond.net.au/mechtoys/index.html http://members.ozemail.com.au/~macinnis/scifun/miniexp.htm www.exploratorium.edu/science_explorer/ www.bellahoj.dk/klasser/astronomi/sjove_forsoeg.htm http://skol.chem.umu.se/experiment/list.html http://science-on-stage.web.cern.ch/science-on-stage/webcatalog/webcatalog.htm www.scienceonstage.net side 22