Undervisningsforløb om elforsyning og transformation.

Undervisningsforløb om elforsyning og transformation. Forløbet tager udgangspunkt i at eleverne besidder følgende forhåndsviden: el, strøm, spænding, modstand, effekt og elkraftværk. Målgruppe: 9. klasse. Varighed: 5 uger a 3 lektioner Mål: beskrive hovedtræk ved samfundets energiforsyning, herunder induktion og transformationn. give eksempler på, at der ved energiforsyning ofte produceres stoffer og varme, der påvirker miljøet. gøre rede for energiomsætninger, nyttevirkning og tab i energikvalitet i forbindelse med samfundets elektriske energiforsyning. Materialer: Ny fysik/kemi 8 - Samfundets el-forsyning (kapitel 1, 2, 3 og 5) eller Ny Prisma Fysik og Kemi 9 (Kapitel 5). Hvis ikke man arbejder med et af de ovennævnte bogsystemer, kan man beskæftige sig med et der omhandler tilsvarende. Det drejer sig om el-generatoren, induktion, hvad spændingen afhænger af, vekselspændingskurven og bygning af mini-elværk. Desuden transformation, herunder transformersætningen og bygning af diverse transformere. Desuden bruges enkelte sider fra Ny fysik/kemi 6 Boligens opvarmning (s. 22, 24 og 25 om centralvarme og fjernvarme) og Ny fysik/kemi 7 Kemisk produktion og forurening (s. 24, 25 og 65 om SNOX-anlæg og flyveaske). Siderne er vedlagt i bilag for nemheds skyld. Forsøgene er fra arbejdshæftet til Ny fysik/kemi 8- Samfundets el-forsyning, hvis ikke andet er nævnt. Desuden er tre forsøg om SO 2 og syreregn vedlagt til sidst i dokumentet. Gode råd inden besøget på Avedøreværket. Det er en god idé at ringe (tlf. 99 55 01 07) og bestille tid et halvt år inden, du ønsker din klasse skal besøge Avedøreværket. Avedøreværket modtager kun 9. klasse-elever (max 30 pr. besøg). Besøget varer ca. 2 timer og består af en sikkerhedsinstruktion, præsentation og en rundvisning. Det er tilladt for eleverne at tage billeder evt. med mobiler ved rundvisningen. På følgende link kan du læse om Avedøreværket og se små film: http://www.dongenergy.dk/privat/energiforum/energiiforandring/kraftv%c3%a6rker/pages/avedoe revaerket.aspx Andre links om energi: www.dongenergy.dk/skole http://www.vvsu.dk/folkeskole/energiinfo.pdf www.skoleenergi.dk www.energien.dk 1

Uge 1 - Induktion Lad eleverne huske tilbage til 8. klasse og tegne et elkraftværk. Hvilke begreber kan de huske? Tegn på tavlen. Snak om, at det de skal lære om i den følgende periode er generatoren og transformatoren. Tegning er fra: http://www.experimentarium.dk/undervisning/undervisningsmateriale/materiale-tilhovedudstillingen/energi/ - skolematerialet s. 22. Arbejd med følgende begreber: Induktion, magnet, spole, spænding, strøm, oscilloskop, voltmeter, amperemeter, jernkerne, vindinger, generator, vekselstrøm, jævnstrøm, elværk, strømforsyning, motor, pære, vekselspændingskurven. Lad eleverne spille begrebs-spillet (se bilag A med kort og regler). Forsøg: Lav en strømkilde. Byg et mini-elværk. Uddel Tip en tekst (se bilag B med kopi og facit) til kapitel 3 i Ny fysik/kemi samfundets elforsyning. Lad eleverne gætte sig til løsningerne ud fra viden og fornuft. Eleverne får derefter kapitel 3 for som lektie. 2

Uge 2 - Vekselstrøm Forslag til arbejde med kapitlets teori. 1) Læreren kan udlevere 10 spørgsmål til eleverne som de løser alene. Brug derefter CLstrukturen dobbeltcirkler hvor halvdelen af eleverne former en cirkel og vender ryggen til cirklens centrum. Den anden halvdel af eleverne danner en cirkel udenom, således at hver elev stiller sig ansigt til ansigt med en fra indercirklen. Læreren læser første spørgsmål op. Partnerne diskuterer svaret i den aftalte tid. De to partnere bliver enige om at den ene har tallet 1 og den anden tallet 2. Læreren siger f.eks.: Marie og Thomas, 1. Dette betyder, at den elev i parret Marie og Thomas, som har tallet 1, skal forsøge og svare. Ydercirklen rykker en person til højre og læreren stiller et nyt spørgsmål. 2) Læreren kan også lade eleverne lave en kryds og tværs til kapitlet. Se bilag C. Eleverne kan f.eks. koncentrere sig om nogle bestemte sider i kapitlet. Når kryds og tværsen er færdig kan den kopieres til andre elever, som har haft nogle andre sider i kapitlet. 3) Læreren kan også lave en stafet. Læreren stiller f.eks. 10 sandt/falsk spørgsmål til kapitlet. De skrives ud på et A3-papir og to eksemplarer hænges op i klassen med et par meters mellemrum. Eleverne deles i to hold og stafetten er en blyant. Det gælder nu om at svare rigtig på flest muligt spørgsmål med s for sandt og f for falsk, men samtidig gøre det hurtigst muligt. Det hold som har flest rigtige vinder. Hvis holdene har lige mange rigtige, er det holdet som var hurtigst, der vinder. 4) Læreren vælger centrale begreber fra kapitlet og klipper kort med et begreb på hver. F.eks. maksimal spænding, effektiv spænding, volt, ampere, strøm, spænding, vekselspændingskurve, oscilloskop, periode, frekvens, hertz, fase-ledninger, trefase-kontakt, trefase-generator, spændingsforskel, watt-forbrug osv. Herefter kan eleverne lave fysikimprovisation (idé efter Klog på energi sol, strøm og spænding, skolemateriale fra Experimentarium). Formålet med improvisation i fysik/kemi er, at eleverne lærer at udtale fagtermerne. Man kan vælger at have fokus udelukkende på udtalen og derfor er det uden betydning om eleverne bruger fagtermerne korrekt. Man kan også beslutte det omvendte. 2-3 elever diskuterer et emne. Når scenen er godt i gang, får hver elev på skift et kort. Eleverne skal så indarbejde ordet i deres næste sætning. Eleverne får løbende en ny seddel, som de skal indarbejde i dialogen. Læs evt. alle ordene op, inden eleverne går på scenen, så udtalen ikke er en barriere. Eksempel på scene: To personer argumenterer for og imod forskellige situationer og teknologier. Se hvordan elever improvisere på: http://www.experimentarium.dk/undervisning/undervisningsmateriale/materiale-tilhovedudstillingen/energi/ Forsøg: Opvarmning med el. 3

Uge 3 - Transformation Forslag til arbejde med kapitlets teori: Se under uge 2. Desuden kort til ordleg med ordet: Transformation (se bilag D) Forsøg: Primær og sekundær spænding. Uge 4 Fjernvarme og røgrensning Teori (se bilag E) er fra Ny fysik/kemi 6 Boligens opvarmning og Ny fysik/kemi 7 Kemisk produktion og forurening (se bilag F). Forslag til arbejde med teori: Se under uge 2. Forsøg: (se til sidst i dokumentet): 1. Sådan påvises SO 2 2. Sådan kan røg renses for SO 2 3. Syreregn Uge 5 Avedøreværket og evaluering Forberedelse til besøget. Har eleverne haft spørgsmål undervejs i forløbet, som skal nedskrives og medbringes? Eleverne kan medbringe blyant og papir, evt. kamera/mobil til at tage billeder med (det er tilladt). Det er ikke en god idé at have højhælede sko på, da en stor del af rundvisningen foregår på riste. Vis evt. processen på Avedøreværket. Processen på Avedøreværket I:\Branding\skr\PowerPoint\SBI 1. Kedel 6. Askeudskiller 2. Brænder 7. Afsvovlingsanlæg 3. Turbine 8. Gipslager 4. Fjernvarmeveksler 9. Skorsten 5. Generator 10. Varmeakkumulatortank 4

Besøg Avedøreværket. Efterbehandling af besøget på skolen. Læreren kan evt. spørge Pernille Harder Risto, kommunikationsmedarbejder i Dong Energy (eller den person, som viste klassen rundt på Avedøreværket) om forskellige tal på f.eks. på nyttevirkning, fjernvarme og el til at regne på. De kan eftersendes pr. mail. Evaluering Forslag til evalueringsmetoder. 1. Lad eleverne skrive en rapport om emnet ud fra billeder af de forsøg, som de har udført under forløbet og de billeder, som de tager på Avedøreværket. Se bilag G. 2. Lad f.eks. eleverne skrive et eventyr ud fra nogle centrale begreber. Se bilag H. 3. Hvis skolen har abonnement på www.fysik-kemi-tjek.dk kan eleverne løse følgende træningsopgaver: EL07, EL08, EL09 og EL10 og følgende prøver: TEL4 og TEL5. Perspektivering Alternative energikilder. Forslag til arbejde med disse kunne være: Eleverne kan i grupper undersøge oplysninger om forskellige alternative energikilder (evt. medtag atomkraft og de fossile brændstoffer). Vindenergi, vandenergi, solenergi, bølgekraft, geotermisk energi, biomasse. Lad eleverne undersøge energikilderne med henblik på at fremlægge om funktion, fordele/ulemper osv. Gør eleverne opmærksomme på at alle i gruppen skal være eksperter på den viden de opnår om energikilderne. Til fremlæggelserne går én elev fra hver gruppe sammen, således der skabes nye grupper, hvor hver elev er ekspert i én eller flere energikilder. Derefter skal de dele deres viden med de andre elever på skift. På http://www.experimentarium.dk/undervisning/undervisningsmateriale/materiale-tilhovedudstillingen/energi/ kan læreren downloade energiteknologi-kort eller brikker til energiens vej. 5

Bilag A: Begrebs-spillet Induktion Spænding Elværk Strøm Magnet Spole Oscilloskop Voltmeter Amperemeter 6

Jernkerne Vindinger Jævnstrøm Generator Vekselstrøm Motor Pære Strømforsyning Vekselspændingskurven 7

Begrebs-spillet Mindst 2 hold med mindst 2 spillere på hvert hold spiller mod hinanden. Hold 1 starter ved at spiller A trækker et kort fa bunken. Tiden startes og spiller A har nu 30 sek. til at forklare spiller B, hvad der er på kortet. Spiller A må naturligvis ikke sige ordet, som kortet viser. Hvis spiller B gætter, hvad der er på kortet, så får hold 1 et point. Vinderholdet er det hold, der efter 10 runder har flest point. Pointtavle: Runde: Hold: Hold: Hold: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 I alt: 8

Bilag B: Tip en tekst til kapitel 3 i Samfundets el-forsyning. Sæt R = rigtigt F = forkert Vekselstrøm fra el-værket. Gennemsnitsværdien for vekselstrøm kaldes effektiv spænding. 220 volt vekselspænding er mindre farlig end 220 volt jævnspænding. Vekselspændingen er 2/100 sekund om først at gå i den ene retning og derefter i den modsatte retning. 2/100 = 1/50 som kaldes for vekselspændingens periode. I stedet for betegnelsen perioder pr. sekund bruger man betegnelsen hertz, forkortet Hz. I de fleste boliger er der installeret stikkontakter specielt beregnet til komfur, opvaskemaskine osv. El-værket leverer både 180 volt og 500 volt. De generatorer der findes på el-værkerne, er alle konstrueret til at levere tofaset vekselstrøm. Et apparats watt-forbrug er et mål for, hvor meget energi det pågældende apparat får leveret pr. sekund. Spænding strømstyrke = watt-forbrug. Man kan tilslutte mange el-apparater til samme stikkontakt uden at sikringen går. Betegnelsen for en watt-time er Wh, idet w står for watt 9

og h for hour (time). Tip en tekst til kapitel 3 i Samfundets el-forsyning. FACIT Sæt R = rigtigt F = forkert r f r r r Vekselstrøm fra el-værket. Gennemsnitsværdien for vekselstrøm kaldes effektiv spænding. S. 25 220 volt vekselspænding er mindre farlig end 220 volt jævnspænding. S. 26 Vekselspændingen er 2/100 sekund om først at gå i den ene retning og derefter i den modsatte retning. 2/100 = 1/50 som kaldes for vekselspændingens periode. S. 27 I stedet for betegnelsen perioder pr. sekund bruger man betegnelsen hertz, forkortet Hz. S. 27 I de fleste boliger er der installeret stikkontakter specielt beregnet til komfur, opvaskemaskine osv. S. 28 f El-værket leverer både 180 volt og 500 volt. S. 29 f r De generatorer der findes på el-værkerne, er alle konstrueret til at levere tofaset vekselstrøm. S. 30 Et apparats watt-forbrug er et mål for, hvor meget energi det pågældende apparat får leveret pr. sekund. S. 33 r Spænding strømstyrke = watt-forbrug. S. 33 f r Man kan tilslutte mange el-apparater til samme stikkontakt uden at sikringen går. S. 34 Betegnelsen for en watt-time er Wh, idet w står for watt 10

og h for hour (time). S. 35 Bilag C: Kryds og tværs til kapitel 3 i Samfundets el-forsyning. 11

Bilag D: Kort til ordleg: Transformation. Stav ordet højt Giv en definition på ordet Giv et synonym til ordet Giv et antonym til ordet Sig ordet i en sætning Sig ordets ordklasse Dan et nyt ord ved at tilføje en forstavelse eller en afledningsendelse Find et ord, der rimer 12

Bilag E: Ny fysik/kemi 6 Boligens opvarmning 13

14

15

16

Bilag F: Ny fysik/kemi 7 Kemisk produktion og forurening. 17

Hvidovre science-kommune Juni 2010 Joanna U. Billesbølle, Frydenhøjskolen 18

Hvidovre science-kommune Juni 2010 Joanna U. Billesbølle, Frydenhøjskolen 19

Bilag G: Evaluering. Rapport om energi, el-forsyning og transformation Rapporten skrives ud fra billeder af ét selvvalgt forsøg og besøget på Avedøre kraftværk. Du skal minimum have været igennem følgende emner: Hvad bruges magnet og spole til? Hvad afhænger spændingen af? Hvad sker der på et kraftvarmeværk, og hvordan fungere det (redegør for processen)? Hvorfor og hvordan transformeres strømmen? Redegør for perioder, vekselspændingskurver og maksimal spænding. Vis et eksempel med beregning af watt-forbrug. Beskriv historisk, hvilken betydning el har haft og har på vores hverdag, samt hvilke miljøkonsekvenser, der er ved fossile brændstoffer. Rapporten afleveres elektronisk/i udskrift d. xx/xx20xx. 20

Bilag H: Evaluering. Fysikkens eventyr I skal skrive et eventyr i gruppen (2 og 2) I skal i historien bruge alle de begreber, der står her nedenunder: Induktion Transformation Generator Vekselspænding Jævnspænding Strøm Energi Turbine Effekt Primær-spole Sekundær-spole Avedøreværket Skriv historien sådan at begreberne bliver brugt i deres rette sammenhæng. F.eks. Historien om neutronen der ændrede verden: Der var en gang en sød neutron, der ønskede sig mange flere venner. Den løb og løb omkring i den voksende verden. Den så fremme i atomskoven en masse atomkerner. Derinde må der være mange af mine venner, jeg må hellere skynde mig derhen. tænkte neutronen. Han løb så hurtigt som han kunne, men ak inde i atomskoven, var der meget meget mørkt! Vores lille neutron løb med hovedet først ind i en atomkerne, der straks gik i stykker. Hurra! udbrød neutronen, der kommer flere af mine venner. Neutronens venner var meget forvirret i den mørke skov, de stødte ind i mange flere atomkerner. Disse gik også i stykker, og endnu flere neutroner så dagens lys. Pludselig gik alting meget hurtigt og alt forvandlede sig til et stærkt hvidt lys. Vores neutron havde skabt en kædereaktion, der foregik ukontrollabel. Det der var blevet dannet var en atom-eksplosion! 21

Sådan påvises SO 2 Baggrund: Når f.eks. kraftværk brænder fossile brændsler eller affald til el og fjernvarme, udvikles der svovldioxid. Når svovldioxid går i forbindelse med vand kan det give syreregn, og er derfor et problem. Du har valgt at undersøge, hvordan SO 2 påvises. Du bør vide noget om hvordan et kraftværk producerer varme og el, og noget om kemiske reaktioner og kemisk analyse, samt noget om at arbejde i et laboratorium. Dette skal du bruge: 1. Brintoverilte (H 2 O 2, 10%) 2. Saltsyre (HCl, 2M) 3. Bariumclorid (BaCl 2, 0,5 M) 4. Svovl 5. Bunsenbrænder og jernske 6. Forsøgsstativ 7. Reagensglas og glastragt 8. Diverse slanger og glasrør 9. Vandpumpe (vakuumpumpe) Sådan kan du starte dine undersøgelser: 1. Brug opstillingen som er vist på tegningen husk at sætte tingene fast i et forsøgsstativ 2. Fyld 10 ml brintoverilte (H 2 O 2 ), 10 ml fortyndet saltsyre (HCl) og 10 20 dråber bariumclorid (BaCl 2 ) i et reagensglas 3. Skru langsomt op for vandet, så det bobler roligt i reagensglasset 4. Fyld en jernske halvt med svovlpulver 5. Hold skeen under tragten, mens flammen fra bunsenbrænderen varmer svovlet op, så der udvikles røg 6. Iagttag, hvad der sker i reagensglasset er der bundfald hvis ja, hvad betyder det? Undersøg selv og lav forsøg: 1. Hvilken kemisk reaktion sker der i SO 2 -indikatorvædsken (den blanding du selv fremstillede) 2. Hvad kan syreregn gøre ved karse? (Se også 3.9) 3. Udvikler afbrænding af olie SO 2? 4. Udvikler afbrænding af træ, papir eller andet affald SO 2? 5. Hvad ville det betyde for miljøet, hvis alle danske familier brugte oliefyr? 6. Hvad ville det betyde for miljøet, hvis der ikke fandtes engangsemballage? 7. Er syreregn et stort problem i Europa i dag? var det for 10 år siden? 8. Kan det lade sig gøre at undgå syreregn fuldstændigt? 22

Sådan kan røg renses for SO 2 Baggrund: Når f.eks. kraftværk brænder olie, kul eller affald til el og fjernvarme, udvikles der svovldioxid. Når svovldioxid går i forbindelse med vand kan det give syreregn, og det skal derfor filtreres fra. Du har valgt at undersøge, hvordan SO 2 kan filtreres ud af røg. Lav først blad 3.7. Du bør vide noget om hvordan et kraftværk producerer varme og el, samt noget om at arbejde i et laboratorium. Dette skal du bruge: 1. Brintoverilte (H 2 O 2, 10%) 2. Saltsyre (HCl, 2M) 3. Bariumclorid (BaCl 2, 0,5 M) 4. Svovl 5. Mættet kalkvand (Ca(OH) 2 ) 6. Bunsenbrænder og jernske 7. Forsøgsstativ 8. Reagensglas og glastragt 9. Diverse slanger og glasrør 10. Vandpumpe (vakuumpumpe) Sådan kan du starte dine undersøgelser: 1. Brug opstillingen som er vist på tegningen. Husk at sætte tingene fast i et forsøgsstativ. 2. Fyld det første reagensglas med 10 ml mættet kalkvand (Ca(OH) 2 ) 3. Fyld 10 ml brintoverilte (H 2 O 2 ), 10 ml fortyndet saltsyre (HCl) og 10 20 dråber bariumclorid (BaCl 2 ) i et reagensglas. 4. Start for pumpen til udsugningen, så det bobler roligt i reagensglasset. 5. Fyld en jernske halvt med svovlpulver. 6. Hold skeen under tragten, mens flammen fra bunsenbrænderen varmer svovlet op, så der udvikles røg. 7. Iagttag, hvad der sker i reagensglassene 8. Hvordan er det forskelligt fra reaktionen i 3.7? Undersøg selv og lav 1. Kan kalkvand rense for andet end svovldioxid (SO 2 )? 2. Hvad kan syreregn gøre ved karse? (Se også blad 3.9) 3. Udvikler afbrænding af olie SO 2? 4. Udvikler afbrænding af træ, papir eller andet affald SO 2? 5. Hvad ville det betyde for miljøet, hvis alle danske familier brugte oliefyr? 6. Er syreregn et stort problem i Europa i dag? var det for 10 år siden? 7. Kan det lade sig gøre at undgå syreregn fuldstændigt? 23

Syreregn Baggrund: Ved forbrændingsprocesser kan der dannes svovldioxid, nitrogenoxid og klorholdige forbindelser. I atmosfæren vil disse stoffer ofte omdannes til svovlsyre, salpetersyre og saltsyre. Du har valgt at undersøge, hvordan syreregn påvirker miljøet. Du bør vide noget om ph-værdi og planters vækst. Blad 3.7 og 3.8 er også relevante i denne sammenhæng. Dette skal du bruge: 1. 8 skåle 2. Melkalk (CaOH 2 ikke vandig form) 3. Afkalket sand (sandet kan afkalkes med syre inden brug og skylles igennem med vand) 4. Vat 5. Karsefrø 6. Svovlsyre, H 2 SO 4 1M 7. 4 bægerglas og 4 glasplader 8. 4 pipetter Sådan kan du starte dine undersøgelser: 1. Nummerer 8 skåle fra 1-8 2. I skål 1-4 kommes melkalk og i skål 5-8 kommes afkalket sand 3. I alle 8 skåle anbringes en tot vat og der strøs lidt karsefrø oven på alle vattotterne 4. Nummerer 4 bægerglas 1-4 5. I bægerglas 1 fremstiller du med svovlsyre og vand en væske med ph-værdien 1 6. I bægerglas 2 fremstiller du med svovlsyre og vand en væske med ph-værdien 2 7. I bægerglas 3 fremstiller du med svovlsyre og vand en væske med ph-værdien 4 8. I bægerglas 4 fremstiller du med svovlsyre og vand en væske med ph-værdien 6 9. Vand nu karseskål 1 og 5 med væske fra bægerglas 1, karseskål 2 og 6 med væske fra bægerglas 2 o.s.v. 10. Se til karsen hver dag, vand, hvis det er nødvendigt. Noter eller tegn, hvordan karsen i de forskellige skåle ser ud Undersøg selv og lav 1. Hvad sker der med phværdien, hvis man brænder svovl af og leder dampene gennem vand? 2. Hvad sker der med phværdien, hvis man brænder PVC-plast af og leder dampene gennem vand? 3. Hvad sker der med bygninger og broer, når de udsættes for syreregn? 4. Hvilken betydning har syreregn for vores drikkevand? 24