Eksamensrapport i liniefaget fysik/kemi Udarbejdet af: Morten Pærregaard, 230726 Morten Bue Nydal, 230921 Mikkel Brits Sørensen, 230926 2. maj 2006 Frederiksberg Seminarium Underviser og vejleder: Nina Troelsgaard Jensen
Indholdsfortegnelse Indledning...2 Mål...2 Teoriresumé til læreren...3 Ladning...3 Elektrisk feltstyrke...3 Elektrisk potential...3 Spændingsforskel...3 Strømstyrke...3 Resistans...4 Ohms lov...4 Serieforbindelse...4 Parallelforbindelse...4 Magnetfelter frembragt af strømførende ledere...4 Induktion...5 Sikkerhedsforanstaltninger og praktiske rammer...6 Læringssyn...6 Fagsyn...6 Undervisnings-, arbejds-, og organisationsformer...7 Evaluering...8 Undervisningsplan...9 Aktiviteter...11 Elevforsøg 1...11 Elevforsøg 2...12 Elevforsøg 3...12 Elevforsøg 3...13 Elevforsøg 4...14 Elevforsøg 5...15 Elevforsøg 6...16 Elevforsøg 7...17 Elevforsøg 8...18 Elevforsøg 9...19 Elevforsøg 10...20 Elevforsøg 11...21 Elevforsøg 12...22 Litteraturliste...23 Bilag 1...24 Side 1 af 24
Indledning Emnevalget tog udgangspunkt i at eleverne i stor udstrækning omgiver sig med el i deres hverdag. Vi synes, det kunne være spændende at udfordre nogle af de hverdagserfaringer med elektricitet og elektriske apparater, de fleste elever har og koble det sammen med fysikkens love. Vi mener umiddelbart, at der ligger et stort læringspotentiale i at vise, at begreber fra fysikkens verden kan bruges i elevernes nære hverdagsliv. Dette udgangspunkt er ikke ensbetydende med, at der kan drages paralleller mellem al undervisningen og elevernes hverdag. Men det er vores forestilling, at der kan vises eksempler på, at den fysik, de arbejder med i skolen, kan genfindes i elevernes hverdagsoplevelser. Emnet er tiltænkt til en 7. klasse, der lige er startet med fysik/kemi-undervisning. Der bygges altså videre på elevernes viden fra natur/teknik. Mål Målet med dette undervisningsforløb er, at eleverne når frem til generelle indsigter om sammenhængen mellem elektricitet og elektromagnetisme. De skal have kendskab til hvordan man laver et kredsløb og kunne forklare begreber som spændingsforskel, strømstyrke og modstand ud fra de forsøg, der anvendes i undervisningen. Derudover skal eleverne blive fortrolige med hvordan man laver en elektromagnet og hvordan man kan producere elektricitet. Eleverne skal blive fortrolige med fagtermerne og kunne bruge disse naturligt i de rette sammenhænge. Endelig skal eleverne være i stand til at sætte fænomenerne de arbejder med i forhold til deres egen dagligdag. Som det står i formålsparagraffen for fysik/kemi skal undervisningen medvirke til udvikling af naturvidenskabelige arbejdsmetoder og udtryksformer hos den enkelte elev med henblik på at øge elevernes viden om og forståelse af den verden, de selv er en del af. Nogle af trinmålene efter 8. klassetrin er, at eleverne skal 1 : anvende enkle fysiske og kemiske begreber til at beskrive hverdagens fænomener som elektricitet i hjemmet kende nogle generelle egenskaber ved hverdagens stoffer og materialer som ledningsevne kende til eksempler på fysisk/kemiske beskrivelser af fænomener i naturen, herunder vejrfænomener planlægge og gennemføre praktiske og teoretiske undersøgelser Disse mål mener vi blandt andet at vores mål kan være med til at opfylde. Vi har en forventning om, at eleverne har arbejdet med flere af begreberne i forbindelse med Natur/teknik-undervisning men muligvis ikke på en systematisk måde. Forløbet kræver ikke særlige faglige forudsætninger, men det stiller krav til elevernes måde at arbejde og tænke på. Det er en fordel, hvis de tidligere har arbejdet med at stille spørgsmål, fremsætte forudsigelser og gennemføre eksperimenter på en måde, hvor deres begrebsverden er blevet udfordret og udviklet. 1 Fælles mål, Faghæfte 16 Side 2 af 24
Teoriresumé til læreren 2 Ladning Enheden for elektrisk ladning er coloumb (C) Man betegner mængden af elektrisk ladning med bogstavet Q. Den elektriske elementarladning e har størrelsen e = 1,602. 10-19 C. Elektrisk feltstyrke 3 Ved den elektriske feltstyrke E i et punkt P i et elektrostatisk felt, vil vi forstå kraft F pr. ladning q i punktet P. F Dvs. E = q 1 q1 q2 Kraften F bestemmes ud fra Coulomb s lov: F = πε 0 ( ) e 2 4 r Elektrisk potential (elektrisk spænding) 4 Vi tænker os en ladning, q 0 anbragt i et punkt A i et elektrisk felt. I punktet A har ladningen og feltet den potentielle energi E,. Nu flyttes ladningen fra punktet A til et andet punkt i feltet, B. pot A ( E pot, A E pot, B ) Da E pot = Ffelt ds og F felt = E q0 får vi at = E ds q ( E E pot, A pot, B ) q 0 kaldes spændingsforskellen mellem A og B, og betegnes ofte som 0 U AB. Spændingsforskel Enheden er joule pr. coulomb, som kaldes volt (V). I henhold til ovenstående kan spændingsforskellen mellem A og B defineres som feltkraftens arbejde pr. positiv ladning, der føres fra A til B. 5 I forlængelse af dette definerer man ofte spændingsforskellen U som den elektriske energi, der omsættes mellem to punkter i et elektrisk kredsløb for hver ladning, der gennemløber dette kredsløb. Dvs.: omsat energi E spændingsforskel = eller U = ladning Q Strømstyrke Enheden er coulomb pr. sekund, som kaldes ampere (A) Strømstyrken I i en ledning er defineret som den ladning, der løber igennem et bestemt tværsnit af ledningen pr. tidsenhed. Dvs.: ladning Q strømstyrke = eller I = tid τ 2 Holck, Per m.fl. (Hele afsnittet hvis ikke andet er angivet) 3 Troelsgaard 4 Troelsgaard 5 Troelsgaard Side 3 af 24
1 Ampere er defineret som den strømstyrke, der går i to uendelig lange parallelle ledere, hvis 7 indbyrdes afstand er 1,00 meter, når kraften mellem de to ledere er 2 10 N. 6 Resistans Enheden er ohm (Ω). En komponents resistans R er forholdet mellem spændingsforskellen over komponenten og strømstyrken gennem den. Dvs.: Resistans = spændingsforskel strømstyrke eller R = I U Ohms lov For en resistor gælder ligningen: U = R. I Hvor resistansen R er konstant, dvs. uafhængig af U og I. Serieforbindelse Der er samme strømstyrke gennem komponenter i serieforbindelse. Erstatningsresistans: R = R + R + 1 2 R3 Parallelforbindelse Der er samme spændingsforskel over komponenter i parallelforbindelse. Erstatningsresistans: 1 1 1 1 = + + R R R R 1 2 Magnetfelter frembragt af strømførende ledere 7 Enheden for et magnetfelt B kaldes Tesla. 3 Biot-Savarts lov Det magnetiske felt B fra et strømførende lederstykke er givet ved: B µ 0 I r = sinϕ 2 4π R Det magnetiske felt B fra en flad spole er givet ved: B I = µ 0 2R Det magnetiske felt B fra en uendelig lang lige leder er givet ved: B = µ 0 I 2 π a Lorentz-kraften Kraften F på en partikel med ladningen q, der bevæger sig i et magnetfelt B med hastigheden u, der ikke er parallel med magnetfeltlinjerne er givet ved: F = q u B sinα. 6 Troelsgaard 7 Troelsgaard Side 4 af 24
Laplaces lov En strømførende leder med længden l og strømstyrken I påvirkes i et magnetfelt B af en kraft F, som er givet ved: F = B I l sinϕ Induktion 8 Den inducerede spændingsforskel i et ledningsstykke, der bevæges i et magnetfelt findes ved formlen = v B l U AB Spændingsforskellen U afhænger altså af hastigheden v og størrelsen af magnetfeltet B og længden l af lederstykket - typisk antal vindinger. 8 Troelsgaard Side 5 af 24
Sikkerhedsforanstaltninger og praktiske rammer Det vil være optimalt, at der er rigelig med materialer, så dette ikke bliver en begrænsende faktor i forbindelse med elevernes eksperimenterende arbejde. Her tænkes specielt på et stort antal af forskellige spoler. I forbindelse med strømkilder er det vigtig at holde sig for øje, hvad eleverne må arbejde med. Eleverne må ifølge El og sikkerhed i skolen 9 kun arbejde med maksimum 25 volt vekselspænding eller 60 volt jævnspænding. Derudover skal man holde sig for øje, at jernkerner og spoler bliver meget varme, når de står tilsluttet i længere tid. Læringssyn Vi har en konstruktivistisk tilgang til læring, idet vi opfatter viden som noget den enkelte elev konstruerer. Det indebærer, at eleverne er nysgerrige og interesserede i at løse deres egne kognitive konflikter. Læringen er et samspil mellem en kognitiv, en psykodynamisk samt en social, samfundsmæssig proces. Det er et gensidigt forhold mellem eleven og omverdenen og forudsætter, at eleven bliver forstyrret i dennes nuværende opfattelse og får mulighed for at opnå ny erkendelse 10. For at lære er det vigtigt, at eleven kan rette sin opmærksomhed mod det der er interessant og fastholde koncentrationen på dette 11. Ligeledes skal eleven være bevidst om sin egen læring som en forudsætning for at udvikle sig altså at have viden om og forståelse for hvordan man lærer bedst. Denne evne til at være refleksiv og at undre sig styrker elevens læring 12. Derfor må undervisningen tage udgangspunkt i eleverne og i noget der er relevant for dem. For at opnå denne relevans og opmærksomhed er det derfor vigtigt at eleverne i videst muligt omfang opnår medbestemmelse og inddrages aktivt i planlægning, gennemførelse og evaluering af undervisningen. Lærerens opgave er med baggrund i samspillet mellem den kognitive, den psykodynamiske og den sociale, samfundsmæssige dimension at støtte og vejlede eleverne i deres forsøg på at tilegne sig viden samt sørge for at undervisningens rammer understøtter læringen. Fagsyn Vi ser fysik/kemi-undervisningen som en del af elevens almendannelse og støtter os i den forbindelse op af Svein Sjøbergs 4 argumenter: 1. Økonomiargumentet: Fysik/kemi som forberedelse til arbejde og uddannelse i et højteknologisk og videnskabsbaseret samfund. 2. Nytteargumentet: Fysik/kemi til praktisk mestring af dagliglivet i et moderne samfund. 3. Demokratiargumentet: Fysik/kemi som vigtig kundskab til kvalificeret meningsdannelse og ansvarlig deltagelse i demokratiet. 9 El- og vvs-branchens uddannelsessekretariat 10 Illeris 11 Hansen 12 Illeris Side 6 af 24
4. Kulturargumentet: Fysik/kemi som en vigtig del af menneskets kultur 13. I et hensigtsmæssigt undervisningsforløb veksles der mellem teoretisk og praktisk arbejde, for at give eleven mulighed for at afprøve sin viden og for at skabe erfaring og erkendelse. Denne vekselvirkning kan eksempelvis startes med et teoretisk oplæg som så efterprøves i praksis eller eleverne kan i praksis udforske et teoretisk område, som så afklares teoretisk efterfølgende. Ligeledes bør der veksles mellem selvstændigt arbejde og arbejde i grupper for at tilgodese og udvikle den enkelte elevs måde at lære på. Når eleverne skal lave forsøg er der en række sikkerhedsmæssige overvejelser der spiller ind. Vi mener ikke, at det altid er forsvarligt at lave forsøg, hvor eleverne udelukkende selv eksperimenterer og ligeledes mener vi heller ikke, at forsøg skal laves ud fra deciderede opskrifter, hvor eleven ikke har mulighed for at undres og for at undersøge. Optimalt bør eleverne i sikre rammer kunne eksperimentere og derfor vil vi som udgangspunkt styre forsøgene, så potentielle risici undgås, men hvor eleverne stadig har mulighed for engageret at undersøge og opdage. Vi ønsker derfor at lave forsøgsvejledninger der er så åbne som muligt, så eleverne har mulighed for at konstruere deres egen viden ud fra de undersøgelser de laver. Vi mener at det er vigtigt, at eleverne har mulighed for på forskellige måder at samle op på den viden de behandler. Det kan være gennem debat i klassen, via forskellige evalueringsformer både individuelt og i større grupper. Undervisnings-, arbejds-, og organisationsformer I fysik/kemi-undervisningen er det ikke i alle aspekter at eleverne kan inddrages aktivt i planlægningen, gennemførelsen og evalueringen. Således er nogle ting givet på forhånd mens eleverne med fordel kan inddrages i andre sammenhænge. Vi har på forhånd valgt hvilke forsøg eleverne skal lave i undervisningsforløbet fordi vi som lærere har det overordnede ansvar for undervisningens tilrettelæggelse og for at vi følger de angivne nationale mål som er givet i Fælles Mål. Derfor udvælger vi forsøgene og skaber en rød tråd gennem dem. Vi vil også vælge hvordan eleverne skal arbejde, om det skal være i grupper eller individuelt, på baggrund af vores kendskab til elevernes sociale og faglige kunnen. Fysik/kemi-faget er gennem Fælles Mål bundet op på naturvidenskabelige arbejdsmåder. Arbejdsmådernes slutmål for eleverne er: Identificere og formulere relevante spørgsmål, samt opstille enkle hypoteser. Planlægge, gennemføre og vurdere undersøgelser og eksperimenter. Vælge udstyr, redskaber og hjælpemidler, der passer til opgaven. Vores undervisning skal hjælpe eleverne til at beherske disse arbejdsmetoder. Eleverne får mulighed for gennem forsøgene at stille relevante spørgsmål og hypoteser ligesom de også skal planlægge, gennemføre og vurdere deres forsøg både alene og sammen med flere. Endelig vil eleverne på grund af flere åbne forsøgsopstillinger selv skulle vælge materialer og udstyr. 13 Sjøberg Side 7 af 24
Vi vil gerne have at eleverne tager noter mens de udfører forsøg, men også under debat og samtaler. Noterne kan noteres i deres kladdehæfter. Det er nødvendigt at alle, og ikke bare én fra en gruppe, noterer vigtige pointer og forsøgsresultater. For at hjælpe læreren vil vi i vores elevforsøg lave en lærer-boks som indeholder forslag til hvordan man kan inddrage forsøgene i samtaler med eleverne. Evaluering Vi mener, at det ville være oplagt at benytte et begrebskort til, at evaluere efter dette undervisningsforløb enten enkeltvis eller i grupper. Emnet kan også startes op med at eleverne laver et begrebskort for at synliggøre elevernes forforståelse inden for emnet, og på den måde danne grundlag for den videre undervisning. Begrebskort er en planche, der viser elevernes tanker, sprog og begreber og de forståelsesmæssige sammenhænge. 14 For en konkret beskrivelse af anvendelsen af begrebskort, samt et eksempel henvises til bilag 1. Pædagogisk kan begrebskort blandt andet bruges på følgende måder 15 : Det er en god og hurtig metode til at få kortlagt elevernes forhåndsviden om et emne, og hvordan de forestiller sig forskellige sammenhænge. På den måde, kan begrebskort danne grundlag for lærerens detailplanlægning af undervisningen, og samtidig bruge kortene som et redskab, til at synliggøre elevernes forforståelser og medtænke dem i overvejelserne omkring læringsforudsætningerne. Begrebskort kan også anvendes efter et forløb, som en evaluering af arbejdet. Både lærer og elever kan bruge denne evaluering, og på denne måde bliver delelementet vurdering bragt i spil. Endelig kan begrebskort også bruges som udgangspunkt for at diskutere begreber og sammenhænge samt som en træning hos eleverne i at argumentere for egne synspunkter, og for at forstå andres. Vi mener det er interessant, at man kan bruge det samme redskab, til opbygning af undervisningen og evaluering af denne. Det er en fordel, idet eleverne stifter bekendtskab med samme arbejdsmetode både i starten og slutningen af et forløb, og det kan være med til at give eleverne et klart billede af deres egen læring. Vi er dog opmærksomme på, at når vi bruger begrebskort som evalueringsværktøj, er der en risiko for, det kun er begreber vi underviser i. Evalueringen må ikke medvirke til at indsnævre perspektivet for undervisningen. Sammenholdt med vores mål for undervisningen vil det være oplagt at fokusere på sammenhængen mellem spændingsforskel, strømstyrke og modstand. Disse begreber vil vi udlevere eller lade fremgå af en begrebsliste sammen med begreber som kredsløb, serie- og parallelforbindelse. Enhedsbegreber som volt, ampere og ohm vil ligeledes være naturlige at tage med på en sådan begrebsliste. I en opsamlende dialog om begrebskortene mener vi derudover, det er muligt at få et indtryk af, om eleverne kan beskrive fænomener fra deres hverdag ved hjælp af deres nye erfaringer. Som beskrevet bliver der i forsøgsvejledninger lagt op til samtaler efter hvert forsøg. Ud fra disse mener vi, at vi også løbende er i stand til at evaluere elevernes øgede viden om og forståelse af den verden, de selv er en del af. 14 Bering, Lisbeth m.fl. 15 Bering, Lisbeth m.fl. Side 8 af 24
Undervisningsplan Vores undervisningsforløb gennemgås nu med de valgte elevforsøg. Først er der en oversigt med elevforsøg, formål og bagvedliggende teori for at skitsere progressionen i undervisningen. Der er ikke lavet en egentlig inddeling i forhold til lektioner, da man som lærer på den måde selv kan prioritere hvor man vil vægte at gå i dybden med elevernes eventuelle læringsmæssige vanskeligheder. Forsøg 1 er valgt for at introducere eleverne til emnet og for at vise hvilke kræfter, de skal til at arbejde med. Det kan give dem en sund respekt for apparaturet og få dem til at tænke på sikkerheden i deres omgang med elektricitet både i forbindelse med undervisningen men også i deres dagligdag. Forsøg 2-3 er valgt således, at de giver en grundlæggende forståelse for hvordan et kredsløb kan opbygges enten som parallel- eller serieforbindelse. Forsøg 4-7 er valgt for at indføre begreberne spænding, strøm og modstand, samt se på sammenhængen mellem dem beskrevet ved Ohms lov. Herfra tilstræber forløbet at følge den historiske kronologi. Forsøg 8-10 er medtaget for at give eleverne en viden om at der skabes et magnetfelt omkring en strømførende ledning. Forsøgene leder frem mod at eleverne kan sige noget om hvordan magnetfeltet optimeres. Endelig afsluttes forløbet med forsøg 11 og 12, der giver eleverne et indblik i, at der løber en strøm, når en magnet bevæges henover en ledning. Der stilles krav om en mere systematisk undersøgelse af hvordan den største induktionsspænding opnås. Forløbet er bygget op, så den enkelte aktivitet gerne skulle give eleven en viden og åbne op for nogle spørgsmål, som herefter bliver besvaret i de efterfølgende aktiviteter med brug af den nyerhvervede viden. Efterhånden som eleverne er klar til det skal de udfordres til at arbejde mere og mere systematisk. Forsøgene knyttes til eksempler fra elevernes hverdag, så deres interesse for emnet bliver vakt, og fagbegreberne bliver knyttet til velkendte ting fra elevernes hverdag. Alle forsøgene skal udføres af eleverne, både fordi vi mener, at de lærer mere ved selv at udføre dem, og fordi et af målene med forløbet er, at de skal kunne sætte tingene i forhold til hinanden, og dette bedst lader sig gøre, hvis eleverne selv arbejder med begreberne i praksis. Aktiviteter Formål Teori Elevforsøg 1 Hvordan virker en sikring? At gøre eleverne bekendte med hvad der sker ved en kortslutning. Generelt om sikkerhed. Elevforsøg 2 Kan du få en pære til at lyse? Elevforsøg 3 Motor og pærer At gøre eleverne bekendte med hvordan ledninger og pærer skal forbindes for at få en pære til at lyse. Arbejde videre med elevernes forståelse af parallel- og serieforbindelse samt introducere eleverne for diagramtegning. Generel kredsløbsforståelse. Parallel- og serieforbindelse. Parallel- og serieforbindelse. Side 9 af 24
Elevforsøg 4 Mål spænding Elevforsøg 5 Måling af strøm Elevforsøg 6 Ohms opdagelse Elevforsøg 7 Ohms lov Elevforsøg 8 Hvad opdagede H.C. Ørsted? Elevforsøg 9 Kan du lave en elektromagnet? Elevforsøg 10 Hvor stærk en elektromagnet kan du lave? Elevforsøg 11 Kan du selv lave elektricitet? Elevforsøg 12 Hvor meget elektricitet kan du lave? At gøre eleverne i stand til at måle spændingsforskellen på forskellige spændingskilder. At gøre eleverne i stand til at måle strømmen gennem forskellige pærer og el-apparater. Eleverne skal finde frem til Ohms lov Eleverne skal blive fortrolige med Ohms lov ved at måle på sammenhængen mellem strøm og spændingsfald. At vise eleverne, at der skabes et magnetfelt, når der løber en strøm. At eleverne udnytter deres viden om magnetfelt omkring en strømførende ledning til at fremstille en elektromagnet og finde dens poler. På den måde bliver de fortrolige med elektromagnetisme. At eleverne introduceres til spoler og de bliver bekendt med at antallet af vindinger, jernkerne og strømstyrke har betydning for elektromagnetens styrke. At eleverne skal opdage, at der løber en strøm, når en magnet bevæges henover en ledning her i form af en spole. At sætte eleverne i stand til at lave den størst mulige induktionsspænding gennem systematisk arbejde. Eleverne skal stifte bekendtskab med at opstille og afprøve hypoteser, herunder vigtigheden af kun at ændre en parameter ad gangen i undersøgelsen. Elektrisk feltstyrke. Elektrisk potential. Spændingsforskel. Strømstyrke. Spændingsforskel, strømstyrke og resistans. Ohms lov Spændingsforskel, strømstyrke og resistans. Ohms lov Magnetfelter frembragt af strømførende ledere Magnetfelter frembragt af strømførende ledere Magnetfelter frembragt af strømførende ledere Induktion Induktion Side 10 af 24
Aktiviteter 16 Elevforsøg 1 Hvordan virker en sikring? Formål: At gøre eleverne bekendte med hvad der sker ved en kortslutning. Materialer Åben forsøgsopstilling: Strømforsyning Sikring Sikringstråd Ledninger Udførelse: Sæt sikringstråd i sikringen Forbind sikringen til spændingskilden Kan du få sikringen til at springe? Til læreren Snak med eleverne om sikkerheden og respekten for apparaturet når der arbejdes med elektricitet. 16 Bergmann og Christensen Side 11 af 24
Elevforsøg 2 Kan du få en pære til at lyse? Formål: At gøre eleverne bekendte med hvordan ledninger og pærer skal forbindes for at få en pære til at lyse. Materialer Åben forsøgsopstilling: Strømforsyning med sikring Ledninger Fatninger Kontakter Pærer (Vigtigt at alle pærer er ens) Udførelse: Tilslut sikringen og indstil spændingskilden til 6V jævnstrøm. Sluk for spændingskilden hver gang du skal lave en ny opstilling. Løs følgende opgaver: 1. Kan du få én pære til at lyse. Tegn en skitse af din opstilling. 2. Lav et kredsløb hvor én pære lyser når du trykker på kontakten. Tegn en skitse af din opstilling. 3. Lav et kredsløb der får 2 pære til at lyse svagere end normalt. Tegn en skitse af din opstilling og skriv hvad der sker, når den ene pære skrues løs. 4. Lav et kredsløb der får 2 pærer til at lyse med normal styrke. Tegn en skitse af din opstilling og skriv hvad der sker, når den ene pære skrues løs. 5. Prøv om du kan lave et kredsløb, hvor den ene pære lyser hele tiden og den anden kun lyser når du trykker på kontakten. Tegn en skitse af din opstilling. Til læreren Der snakkes med eleverne om hvad der skulle til for at få pærerne til at lyse. De skulle gerne indse at det kræver et lukket kredsløb. Derefter snakkes der om, hvad forskellen er på de kredsløb, hvor to pærer lyser med forskellig styrke. Der snakkes parallel- og serieforbindelse. Der snakkes om hvordan lamperne er forbundet i et hus og hvorfor. Side 12 af 24
Elevforsøg 3 Motor og pærer Formål: Arbejde videre med elevernes forståelse af parallel- og serieforbindelse samt introducere eleverne for diagramtegning. Materialer Åben forsøgsopstilling: Strømforsyning med sikring Ledninger 6 volt pærer Fatninger Kontakter Motor Udførelse: Tilslut sikringen og indstil spændingskilden til 6V jævnstrøm. Kan du få pærerne til at lyse normalt og motoren til at kører uden at skrue op for spændingen? Kan du tænde og slukke for pære og motor hver for sig? Tegn et diagram af dit opstillede kredsløb. Til læreren Snak videre om kredsløb, parallel- og serieforbindelse. Snak om hvorfor det er en fordel med standardiserede symboler når man skal tegne diagrammer. Side 13 af 24
Elevforsøg 4 Mål spænding Formål: At gøre eleverne i stand til at måle spændingsforskellen på forskellige spændingskilder. Materialer Åben forsøgsopstilling: Voltmeter 2 ledninger 2 krokodillenæb Forskellige spændingskilder Udførelse: Lav en liste over de ting du vil måle spændingen på og placer dem efter hvor stor du tror spændingen er. Mål spændingen på de forskellige spændingskilder og bestem hvilken spændingstype det er. Skriv resultaterne i skemaet. Nr. Spændingskilde Spændingstype Spænding 1 Nyt AA Batteri 2 3 4 5 6 7 8 Til læreren Der snakkes om resultaterne. Var der nogen overraskelser? Hvorfor er det vigtigt at kende en kildes spænding? Snak evt. om forskellen på jævnstrøm og vekselstrøm. Hvad er spændingsforskellen i stikkontakten derhjemme? Side 14 af 24
Elevforsøg 5 Måling af strøm Formål: At gøre eleverne i stand til at måle strømmen gennem forskellige pærer og elapparater. Materialer Halvåben forsøgsopstilling: Strømforsyning med sikring Amperemeter Forskellige 6 volt pærer Fatninger El-motor Andre apparater til 6 volt Ledninger Udførelse: Tilslut sikringen og indstil spændingskilden til 6V jævnstrøm. Sluk for spændingskilden hver gang du skal lave en ny opstilling. Mål med amperemetret den strøm, der sendes gennem de forskellige pærer og apparater. Skriv resultaterne i skemaet. Til læreren Nr. Pære eller apparat Strøm 1 2 3 4 5 6 7 8 Der snakkes om resultaterne. Var der nogen overraskelser? Hvorfor er det vigtigt at kende strømstyrken? Kan man sætte uendelig mange apparater i den samme stikkontakt derhjemme? Hvordan virker sikringerne? Side 15 af 24
Elevforsøg 6 Ohms opdagelse Formål: Eleverne skal finde frem til Ohms lov. Materialer Forsøgsopstilling: Strømforsyning med sikring Amperemeter 1 pære (6V-1A) med fatning Ledninger 2 polstænger på fod 50 cm konstantantråd (Ø = 0,25 mm) Udførelse: Tilslut sikringen og indstil spændingskilden til jævnstrøm. Opstil kredsløbet som på tegningen. Mål strømstyrken med forskellig trådlængde, og forskellige spændinger. Skriv målingerne ind i skemaet, og beregn modstanden. 10 cm konstantantråd (Ø = 0,25 mm) yder en modstand på 1 ohm (Ω) og når trådens længde fordobles bliver modstanden dobbelt så stor. Spænding Strømstyrke Modstand Trådlængde (U) (I) (R) 40 cm 40 cm 6 V 1 Ω = 4 Ω 10 cm 30 cm 6 V 20 cm 6 V 10 cm 6 V 10 cm 3 V Til læreren Hvad sker der med strømstyrken når modstanden fordobles? Hvad sker der med strømstyrken når spændingen fordobles? Kan de selv komme frem til Ohms lov? Side 16 af 24
Elevforsøg 7 Formål: Ohms lov Eleverne skal blive fortrolige med Ohms lov ved at måle på sammenhængen mellem strøm og spændingsfald. Materialer Strømforsyning med sikring 2 modstande, (100 Ω og 220 Ω) 1 pære (6V-50 ma) med fatning Ledninger og krokodillenæb Voltmeter Amperemeter Ohmmeter Halvåben forsøgsopstilling: Udførelse: Byg opstillingen som vist. Vælg først modstanden på 100 Ω, brun-sort-brun-guld. Indsæt et voltmeter over modstanden, så den måler spændingsfaldet, U, over modstanden. Der skal være skruet helt ned for spændingen. Skru op for spændingen fra 0 V, og hold øje med strømmen. Den må ikke komme over 50 ma. Se, at pæren går fra slukket til ca. normalt lys. Mål strømmen, I, for forskellige værdier af U og skriv resultaterne i skemaet. Tegn et diagram af dit opstillede kredsløb. Udfør forsøget på samme måde for modstanden på 220 Ω og skriv resultaterne i skemaet. Beregn strømmen ud fra Ohms lov, U = R. I, dvs. I = U/R Modstand brun-sort-brun-guld, R = 100 Ω Målt strøm I Spændingsfald U Beregnet strøm I Modstand rød-rød-brun-guld, R = 220 Ω Målt strøm I Spændingsfald U Beregnet strøm I 0 V 0 ma 0 ma 0 V 1 V 10 ma 1 V 2 V 2 V 3 V 3 V 4 V 4 V 5 V 5 V Mål til sidst modstandene med et Ohmmeter og skriv resultatet herunder. Målt værdi for brun-sort-brun-guld = Ω og for rød-rød-brun-guld = Ω Til læreren Tal med eleverne om sammenhængen mellem spændingsforskel, modstand og strømstyrke. Hvad kan grunden være til at der er forskel på den målte og beregnede strøm? Hvad er en fejlkilde? Side 17 af 24
Elevforsøg 8 Hvad opdagede H.C. Ørsted? Formål: At vise eleverne, at der skabes et magnetfelt, når der løber en strøm. Materialer Forsøgsopstilling: Strømforsyning med sikring (jævnstrøm) Pære (6V-1A) med fatning Ledninger 2 polstænger på fod Isoleret kobbertråd Magnetnål Udførelse: Inden forsøget sættes i gang skal du undersøge om magnetnålen er magnetiseret. Opstil det viste forsøg. Tilslut strømmen og observer, hvad der sker. Til læreren Der snakkes med klassen om det observerede. Eleverne ved, at der kan løbe en strøm i et lukket kredsløb, hvilket kan ses, da pæren lyser. At magnetnålen bevæger sig, når strømmen tilsluttes, må betyde at strømmen påvirker magneten. Gennem denne dialog skal eleverne erkende, at strømmen danner et magnetfelt, når den gennemløber metaltråden. Side 18 af 24
Elevforsøg 9 Kan du lave en elektromagnet? Formål: At eleverne udnytter deres viden om magnetfelt omkring en strømførende ledning til at fremstille en elektromagnet og finde dens poler. På den måde bliver de fortrolige med elektromagnetisme. Materialer Åben forsøgsopstilling: Strømforsyning med sikring (jævnstrøm) Stort jernsøm Isoleret kobbertråd (0,5 mm) 2 krokodillenæb Magnetnål Kontakt Ledninger Clips Udførelse: Fremstil en elektromagnet, der er så stærk som muligt. Husk at indsætte en kontakt i dit kredsløb, så strømmen ikke er tilsluttet konstant. Hvor mange clips kan din elektromagnet løfte op? Undersøg med magnetnålen, hvor din elektromagnet har N og S pol? Til læreren Eleverne sammenligner deres elektromagneter, og sammenstiller hvor mange clips der kan sidde fast på dem. Er der en sammenhæng mellem antallet af vindinger og antallet af clips? Snak om sømmets betydning. Hvilken betydning har strømstyrken? Side 19 af 24
Elevforsøg 10 Hvor stærk en elektromagnet kan du lave? Formål: At eleverne introduceres til spoler og de bliver bekendt med at antallet af vindinger, jernkerne og strømstyrke har betydning for elektromagnetens styrke. Materialer Åben forsøgsopstilling: Strømforsyning med sikring (jævnstrøm) Amperemeter Skydemodstand Clips Spoler med forskellige antal vindinger Jernkerne Ledninger Udførelse: Du skal fremstille en elektromagnet, der er så stærk som muligt. Brug din viden fra foregående forsøg. Du kan både ændre på antallet af vindinger og på strømstyrken, men husk kun at ændre på en parameter ad gangen. Hvor mange clips kan din elektromagnet løfte op? Hvad viste din undersøgelse? Til læreren Tal om resultaterne af forsøget. Hvad afhænger elektromagnetens styrke af? I dette forsøg får eleverne genopfrisket Ohms lov, idet de skal regulere strømstyrken ved at ændre på skydemodstanden. Der snakkes derudover med eleverne om, hvor man bruger elektromagneter i hverdagen f.eks. i skrotindustrien. Gennem arbejdet med de sidste 3 forsøg er eleverne blevet fortrolige med at strømmen danner et magnetfelt, når den gennemløber metaltråden. Samtalerne om forsøgene skulle gerne lede frem til spørgsmålet: Kan en magnet frembringe en elektrisk strøm? Side 20 af 24
Elevforsøg 11 Kan du selv lave elektricitet? Formål: At eleverne skal opdage, at der løber en strøm, når en magnet bevæges henover en ledning her i form af en spole. Materialer Åben forsøgsopstilling: Amperemeter Spoler med forskellige antal vindinger Ledninger Stangmagnet Pære med fatning Udførelse: Ved hjælp af en spole og en magnet skal du undersøge hvorledes man kan fremstille strøm. Strømmen skal du måle med amperemetret. Noter de målte strømstyrker. Tegn og forklar hvordan du gjorde. Kan du få en pære til at lyse? Til læreren Tal med eleverne om dynamolygter og de nu tilladte induktionslygter på cykler. Da definitionen af strømstyrke forudsætter, at der er en spændingsforskel imellem to vilkårligt valgte poler i det strømførende kredsløb, går vi fra at arbejde med strømstyrke til at arbejde med spændingsforskel. Inden næste forsøg vil vi derfor tale med eleverne om, hvad der har betydning for den inducerede spændings størrelse. Side 21 af 24
Elevforsøg 12 Hvor meget elektricitet kan du lave? Formål: At sætte eleverne i stand til at lave den størst mulige induktionsspænding gennem systematisk arbejde. Eleverne skal stifte bekendtskab med at opstille og afprøve hypoteser, herunder vigtigheden af kun at ændre en parameter ad gangen i undersøgelsen. Materialer Åben forsøgsopstilling: Spoler med forskelligt antal vindinger Voltmeter til vekselspænding Ledninger Stangmagneter med forskellig styrke (kan evt. laves ved at sætte flere magneter sammen) Udførelse: Snak med din makker om, hvilke parametre, I tror, har betydning for spændingens størrelse, og hvilke materialer der skal bruges til at afprøve jeres antagelser. Derefter skal I afprøve jeres hypoteser, og med aflæsninger af voltmeteret skal I vurdere om I havde ret. Til læreren Efter forsøget snakkes med eleverne om deres resultater og om hvorvidt disse stemmer overens med de opstillede hypoteser. Kan eleverne komme med bud på hvornår den inducerede spænding voksede (antallet af vindinger, magnetens styrke og farten, hvormed magneten bevæges) Side 22 af 24
Litteraturliste Bering, Lisbeth og Kith Bjerg Hansen - Tanker, sprog og begreber - Kaskelot 01, 1996 Bergmann, Ib m.fl. - Ny Prisma Fysik og Kemi 7 - Malling Beck, 2002 Brydensholt, Morten m.fl. Orbit 1, 2. udgave Forlaget Systime, 2003 Christensen, Lise Fabricius m.fl. Univers Fysik/kemi i 7. klasse Alinea, 2003 El- og vvs-branchens uddannelsessekretariat http://www.el-uddannelse.dk/folkeskole/download/eoss.pdf Fælles Mål, Faghæfte 16 - Fysik/kemi, 1.udgave, 1.oplag, 2004 - Undervisningsministeriets forlag Hansen, Mogens Børn og opmærksomhed, 3.udgave Gyldendal, 2004 Holck, Per m.fl. Orbit B htx Forlaget Systime, 2005 Illeris, Knud Læring, 1.udgave, 5.oplag - Roskilde Universitets forlag, 2004 Sjøberg, Svein Naturfag som almendannelse Klim, 2005 Troelsgaard, Nina Elektricitet og magnetisme den teoretiske baggrund - Frederiksberg Seminarium, 2002 Undervisningsministeriet - http://www.uvm.dk/fsa/janus/eks/220/sbilagc.htm Side 23 af 24
Bilag 1 Ved et begrebskort forstås almindeligvis en planche, der viser sammenhænge mellem begreber. Sammenhængene har benævnelser i form af relationsudtryk, der fortæller noget væsentligt om forholdet mellem de sammenknyttede begreber. Der er ofte tale om en hierarkisk ordning, dvs. overordnede og underordnede begreber; på eksemplet herunder er det overordnede begreb vand. Eksempel på begrebskort 17 : (Kortene skal altid læses oppefra og ned begreberne er hierarkisk ordnet.) Et eksempel på et begrebskort, der viser vand og nogle tilknyttede begreber samt nogle relationer udtrykt i sætninger. 17 Undervisningsministeriet Side 24 af 24