Електрическо тесто

Необходими материали

• Проводимо тесто (вижте рецептата по -долу)
• Непроводимо/изолиращо тесто (вижте рецептата по-долу)
• АА батерии
• Батерии с клеми
• Светодиоди (препоръчителен размер 10 мм)
• Тел с алигаторни скоби

Незадължителни материали (Таблица на възможностите)

• Мини DC електрически хоби двигатели
• Вентилатори, зумери и други компоненти

Рецепта за проводимо тесто

Продукти:

• 1 чаша вода
• 1 ½ чаша брашно
• 1⁄4 чаша сол
• 3 супени лъжици. крем от зъбен камък
• 1 супена лъжица. растително масло
• Оцветители за храна

1. Смесете вода с 1 чаша брашно, сол, сметана от тартар, растително масло и оцветител за храна в тенджера със среден размер.
2. Сместа се вари на умерен огън, като се разбърква непрекъснато.
3. Продължете да разбърквате, докато сместа образува топка в центъра на тенджерата.
4. Поставете топката върху леко набрашнена повърхност. Тестото ще е много горещо. Оставете го да се охлади за няколко минути преди работа.
5. Омесете останалата ½ чаша брашно в топката, докато достигне желаната консистенция.
6. Съхранявайте тестото в херметически затворен контейнер.

Рецепта за непроводимо/изолиращо тесто

Продукти:

• 1 ½ чаша брашно
• 1⁄2 чаша захар
• 3 супена лъжица. растително масло
• ½ чаша вода (най -добре е дейонизирана или дестилирана, но може да се използва чешмяна вода)

1. Смесете 1 чаша брашно, захар и олио в купа.
2. Разбъркайте в малко количество вода. Продължавайте да добавяте вода и бъркайте, докато по -голямата част от водата се абсорбира.
3. След като сместа стане на консистенция на малки, отделени бучки, омесете сместа с ръце, докато се образува единична бучка.
4. Добавете вода към тестото и продължете да месите, докато стане на лепкава, подобна на тесто текстура.
5. Добавете част от останалото брашно и го омесете в тестото, докато достигне желаната текстура.
6. Съхранявайте тестото в херметически затворен контейнер.

материали

• Използвайте елементи от комплекта за изграждане

Процес

1. Започнете с топка от проводимото тесто. Поставете проводниците на батерията в противоположните страни на тестото. Поставете светодиод в тестото. Гледайте какво се случва.
2. След това разделете проводимото тесто на две части. Поставете една жица от батерията в едно парче тесто, а другото в другото парче тесто. Сега поставете светодиода с един проводник в едно парче тесто, а другия проводник във второто парче тесто. Гледайте какво се случва.
3. След това премахнете светодиода и го завъртете, като проводниците са в обратна посока. Гледайте какво се случва. Документирайте защо мислите, че това се е случило.
4. Когато светодиодът е в осветено положение, докоснете двете парчета тесто заедно. Гледайте какво се случва. Документирайте защо мислите, че това се е случило.
5. Добавете парче изолиращо тесто между двете парчета проводимо тесто и ги прикрепете така, че да се допират. Със светодиода, разположен на изолационното тесто и вмъкнат в двете части на проводимото тесто. Свети ли LED?
6. Използвайте проводимото и изолиращо тесто, за да създадете последователна верига с два или повече светодиода. Какво забелязвате за светлините? Документирайте защо смятате, че това се е случило.
7. Използвайте проводимото и изолиращо тесто, за да създадете паралелна верига с три светодиода. Какво забелязвате за светлините? По какво се различават от светлините в последователната верига? Документирайте защо смятате, че това се е случило.

TED разговор: AnnMarie Thomas

Източник: TED YouTube Channel

Пластична скулптура на Ан Мари Томас

Източник: YouTube Channel на Университета на Сейнт Томас

Design Challenge

Вие сте инженер, който работи за проектиране и изграждане на електропроводи, създадени от тесто.

Критерии

• Трябва да използвате два вида тесто (проводимо и непроводимо)
  към LED (и) за захранване.

Ограничения

Завършете скулптурата си в рамките на даденото време.

1. Разбийте класа на екипи от по 2.
2. Раздайте работен лист за електрическо тесто и рецепти за проводимо и непроводимо тесто.
3. Обсъдете темите в раздела „Основни понятия“.
4. Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектирането, критериите, ограниченията и материалите. Ако времето позволява, прегледайте „Приложения в реалния свят“, преди да започнете предизвикателството за проектиране.
5. Преди да инструктирате учениците да започнат мозъчна атака и да скицират своите дизайни, помолете ги да обмислят следното
   ● Как работят последователните и паралелните вериги
   ● Разликите между проводящи и изолационни материали
   ● Какво е късо съединение?
   ● Какво е полярност?
6. Предоставете на всеки екип своите материали.
7. Обяснете, че учениците трябва да правят проводимо и непроводимо (изолиращо) тесто. Те ще тестват тестото, като правят различни схеми, използвайки LED светлини.
8. Обявете времето, необходимо за проектиране и изграждане (препоръчително 1 час).
9. Използвайте таймер или онлайн хронометър (функция за обратно броене), за да сте сигурни, че сте навреме. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Давайте на учениците редовни „проверки на времето“, за да останат на задачата. Ако се борят, задавайте въпроси, които ще ги доведат до по -бързо решение.
10. Екипите правят тестото си.
11. Тествайте тестото, като използвате стъпките за тестване в раздела Материали за изпитване и процес.
12. Екипите трябва да документират резултатите от всяка стъпка на тестване.
13. Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.

Вариации

Използвайте LED светлини, двигатели, зумери, вентилатори или други материали, за да проявите креативност!

схеми

Цикълът, през който тече електричеството, се нарича верига. Една верига започва от източник на захранване, като например батерия, и протича през проводници и електрически компоненти (като светлини, двигатели и т.н.). Има два вида вериги - последователни схеми и паралелни схеми.

Поредични вериги

Серийните вериги позволяват само един път за преминаване на електричество. В последователна верига със светодиоди, светодиодите по -далеч от източника на захранване ще изглеждат по -слаби, тъй като за тях се захранва по -малко електричество. Ако един светодиод изгори или бъде премахнат в последователна верига, всички светлини след него също ще изгаснат, тъй като единият път към останалите светлини ще бъде изключен.

Паралелни схеми

Паралелните вериги позволяват преминаването на различни пътища за електричество. В паралелна верига със светодиоди всеки светодиод има електричество, което тече директно към него по свой собствен път. Всеки светодиод може да свети ярко, без значение
където е, защото електричеството достига директно до всеки светодиод. Също така, в паралелна верига, ако една светлина изгори или бъде премахната, другите ще продължат да светят.

Проводими и изолационни материали

Проводими материали: позволяват на електричеството да тече през тях. Можете ли да се сетите за някои материали, които провеждат електричество?

Изолационни материали: не позволявайте на електричеството да тече през тях. Можете ли да се сетите за някои изолационни материали? Изолацията се измерва в съпротивление. Колкото по -изолационен е материалът, толкова по -голяма е неговата устойчивост. Изолационното тесто, с което ще работите, е резистивно, което означава, че през него може да тече малко електричество. Изолаторите действат като стена, която блокира електричеството.

Късо съединение

Късо съединение се случва, когато проводниците, които не трябва да влизат в контакт помежду си, се докосват. Ето защо светодиодът няма да светне, когато е поставен в едно парче проводимо тесто или в него
две парчета проводимо тесто, които след това се допират едно до друго.

Полярност

Посоката на потока на тока във веригата се нарича полярност. При тази дейност червеният проводник от батерията е положителният полюс, а черният проводник е отрицателният полюс. Някои електронни компоненти също имат положителна и отрицателна страна и трябва да бъдат прикрепени в правилната посока, за да работят.

Всеки от светодиодите в тази дейност има два проводника, един къс и един дълъг. По -дългият отвод отива към положителната страна, а по -късият - към отрицателната.

Отражение на ученика (инженерна тетрадка)

1. Електричеството винаги върви по пътя на най -малкото съпротивление. В стъпка 1, защо мислите, че светодиодът не свети, когато е поставен в едно парче проводимо тесто? В стъпка 4, защо мислите, че светодиодът се е изключил, когато двете парчета проводимо тесто се докоснат?
2. Проводимото тесто е направено от вода, брашно, сол, сметана от зъбен камък и растително масло. Изолационното тесто е направено от вода, брашно, захар и растително масло. Какво мислите, че кара едното тесто да провежда електричество, а другото не?
3. Какви други материали смятате за проводими?
4. Какви други материали според вас са изолационни?

Урокът може да бъде направен само за 1 клас за по -големите ученици. Въпреки това, за да помогнете на учениците да не се чувстват прибързани и да осигурят успех на учениците (особено за по -малките ученици), разделете урока на два периода, като дадете на учениците повече време за мозъчна атака, тестване на идеи и финализиране на техния дизайн. Проведете тестването и разбора през следващия учебен период.

• Диригент: Материал, който позволява на електричеството да тече през него.
• изолатор: Материал, който не позволява на електричеството да тече през него.
• Устойчивост: Изолацията се измерва в съпротивление. Колкото по -изолационен е материалът, толкова по -голяма е неговата устойчивост.
• Верига: Контур, през който преминава електричеството. Една верига започва от източник на захранване, като например батерия, и протича през проводници и електрически компоненти (като светлини, двигатели и т.н.).
• Серия верига: Позволява един път за преминаване на електричество.
• Паралелна верига: Позволява множество пътища за преминаване на електричество.
• Късо съединение: Когато проводници, които не трябва да влизат в контакт помежду си, се докосват.

Интернет връзки

• Мръсни вериги
• Makerspaces.com: Squishy Circuits
• Ан Мари Томас: Практическа наука с плавни схеми

Препоръчителна четене

• Електроника за деца: Играйте с прости схеми и експериментирайте с електричество! (ISBN: 978-1593277253)
• Ръководство за начинаещи по схеми: Девет прости проекта със светлини, звуци и други! (ISBN: 978-1593279042)
• Изграждане на скучни схеми (ISBN: 978-1634727235)
• Голямата книга на проектите на Makerspace: Вдъхновяващи създатели за експерименти, създаване и учене (ISBN: 978-1259644252)

Писателска дейност

В тази дейност ще изграждате обекти, използвайки материал, който може да провежда електричество. Това ще ви позволи да добавите светлини, двигатели, вентилатори и други електрически елементи към вашето творение. Крис Туан, строителен инженер от Университета в Небраска, Линкълн, разработи формула за производство на проводим бетон, който може да се използва за направата на пътища и тротоари, които могат да разтопят лед и сняг. Ако можете да построите сграда с проводими материали, как бихте използвали нейните електрически свойства?

Привеждане в съответствие с учебните програми

Забележка: Всички учебни планове от тази поредица са приведени в съответствие със Стандартите за компютърни науки на Асоциацията на учителите по компютърни науки K-12, Общите основни държавни стандарти на САЩ за математика и, ако е приложимо, и с Принципите и стандартите на Националния съвет на учителите по математика за училище Математика, Стандартите на Международната технологична образователна асоциация за технологична грамотност и Националните стандарти за научно образование в САЩ, които са изготвени от Националния изследователски съвет.

Научни стандарти от следващо поколение

Учениците, които демонстрират разбиране, могат

• 3-5-ETS1-1. Определете прост проблем при проектирането, отразяващ нужда или желание, който включва определени критерии за успех и ограничения върху материалите, времето или разходите.
• 3-5-ETS1-2. Генерирайте и сравнете множество възможни решения на даден проблем въз основа на това доколко всеки от тях отговаря на критериите и ограниченията на проблема.
• 3-5-ETS1-3. Планирайте и провеждайте справедливи тестове, при които променливите се контролират и точките на повреда се считат за идентифициране на аспекти на модел или прототип, които могат да бъдат
  подобрен.
• 4-PS3-2. Направете наблюдения, за да предоставите доказателства, че енергията може да се прехвърля от място на място чрез звук, светлина, топлина и електрически токове
• 4-PS3-4. Приложете научни идеи за проектиране, тестване и усъвършенстване на устройство, което преобразува
  енергия от една форма в друга.
• MS-ETS1-1. Определете критериите и ограниченията на проектния проблем с достатъчно
  прецизност, за да се осигури успешно решение, като се вземат предвид съответните научни
  принципи и потенциални въздействия върху хората и природната среда, които могат да ограничат възможните решения.
• MS-ETS1-2. Оценявайте конкурентни дизайнерски решения, като използвате систематичен процес
  определят колко добре отговарят на критериите и ограниченията на проблема.
• MS-ETS1-3. Анализирайте данните от тестовете, за да определите приликите и разликите между няколко дизайнерски решения, за да идентифицирате най -добрите характеристики на всяко, което може да бъде комбинирано в ново решение, за да отговаря по -добре на критериите за успех.
• MS-ETS1-4. Разработете модел за генериране на данни за итеративно тестване и модификация на предложен обект, инструмент или процес, така че да може да се постигне оптимален дизайн.

Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти

• Глава 8 - Атрибутите на дизайна
  • Определения на дизайна
  • Изисквания към дизайна
• Глава 9 - Инженерно проектиране
  • Процес на инженерно проектиране
  • Творчество и обмисляне на всички идеи
  • Модели
• Глава 10 - Ролята на отстраняване на неизправности, изследвания и разработки, изобретения и експерименти при решаването на проблеми
  • Отстраняване на проблеми
  • Изобретение и иновации
  • Експериментирането
• Глава 11 - Прилагане на процеса на проектиране
  • Събирайте информация
  • Визуализирайте решение
  • Тествайте и оценявайте решенията
  • Подобрете дизайна
• Глава 16 - Енергия и енергийни технологии
  • Енергията идва под различни форми
  • Инструменти, машини, продукти и системи

схеми

Една верига е контур, през който тече електричество. Една верига започва от източник на захранване, като например батерия, и протича през проводници и електрически компоненти (като светлини, двигатели и т.н.). Има два вида вериги - последователни и паралелни.

Поредични вериги позволяват само един път, по който да тече електричеството. В последователна верига със светодиоди, светодиодите по -далеч от източника на захранване ще изглеждат по -слаби, тъй като за тях се захранва по -малко електричество. Ако един светодиод изгори или бъде отстранен в последователна верига, всички светлини след него също ще изгаснат, тъй като единият път към останалите светлини ще бъде изключен.

Паралелни вериги позволява множество пътища за преминаване на електричество. В паралелна верига със светодиоди всеки светодиод има електричество, което тече директно към него по свой собствен път. Всеки светодиод може да свети ярко, независимо къде се намира, защото електричеството достига директно до всеки светодиод. Също така, в паралелна верига, ако една светлина изгори или бъде премахната, другите ще продължат да светят.

Проводимост и изолация

Материалите, които провеждат електричество - позволявайки на електричеството да тече през тях - се наричат ​​проводими. Проводими материали могат да се използват за създаване на вериги. Това може да означава използване на метална тел или по -необичайни неща като плодове, картофи и дори тесто. В проводимото тесто, което ще използвате, солта в тестото помага за преместването на електричеството през него, като се дисоциира на Na+ и Cl-йони.

Материали, които не позволяват на електричеството да тече през тях, се наричат ​​изолационни. Изолацията се измерва в съпротивление. Колкото по -изолационен е материалът, толкова по -голяма е неговата устойчивост. Изолационното тесто, с което ще работите, е резистивно, което означава, че през него може да тече малко електричество.

Изолаторите действат като стена за електричество. Електричеството или е спряно от изолатор, или трябва да намери начин да го заобиколи. Тъй като изолационното тесто не провежда електричество, то може да се използва за отделяне на проводимото тесто и за принуждаване на електричеството да тече през други електрически компоненти, като светодиоди и двигатели.

Съпротивлението също е важно, като спомага за забавяне на потока на електричество към определен компонент. Например, проводимото тесто позволява на електричеството да тече през него, но също така предлага известна съпротива. Това помага да се забави притока на електричество от батерията към светодиодите. Ако светодиодът бъде свързан директно към батерията, той ще изгори.

Късо съединение

Електричеството винаги върви по пътя на най -малкото съпротивление. Вместо бавно да тече през устойчив материал, електричеството ще поеме по пътя на нещо по -проводимо, като светодиод, двигател, проводник или друг по -проводим материал. По този начин изолационните материали могат да се използват за промяна на електричеството и преминаване през компонентите, през които искате да преминава.

Ако има път около електрически компонент, като светодиод, който предлага по -малко съпротивление, електричеството ще заобиколи светодиода, поемайки пътя на най -малкото съпротивление. Това се нарича късо съединение. Ето защо светодиод, поставен в едно парче проводимо тесто или в две парчета проводимо тесто, които след това се допират един до друг, светодиодът няма да светне.

Полярност

Електрическият ток тече от положителния полюс на енергиен източник към отрицателния полюс. Посоката на потока на тока във веригата се нарича полярност. При тази дейност червеният проводник от батерията е положителният полюс, а черният проводник е отрицателният полюс. Някои електронни компоненти също имат положителна и отрицателна страна и трябва да бъдат прикрепени в правилната посока, за да работят. Всеки от светодиодите, с които ще работите, има два проводника, един къс и един дълъг. По -дългият отвод отива към положителната страна, а по -късият - към отрицателната. Ако светодиодът е прикрепен в грешна посока, той няма да светне, докато не бъде обърнат. Двигателите ще работят, когато са прикрепени в двете посоки. Посоката, в която тече електричеството, ще определи посоката на въртене на вала на двигателя.

В това занимание ще изграждате творения от тесто, точно както сте правили, когато бяхте по -млади. Само тези творения могат да провеждат електричество, което ви позволява да създавате вериги и да добавяте функции като светлини, двигатели и др. Ще работите с два вида тесто. Едно тесто (цветно) е проводимо и ще позволи на електричеството да тече през него. Другият (бял) е изолационен и не пропуска електричество през него. Ще започнете, като проучите двата вида тесто и как те работят заедно, за да създадат вериги. След това можете да се забавлявате да станете креативни.

Практикувайте вериги/Запознайте се с тестото си

1. Започнете с топка от проводимото тесто. Поставете проводниците на батерията в противоположните страни на тестото. Поставете светодиод в тестото. Какво става?

   

2. След това разделете проводимото тесто на две части. Поставете една жица от батерията в едно парче тесто, а другото в другото парче тесто. Сега поставете светодиода с един проводник в едно парче тесто, а другият проводник във второто парче тесто. Какво става?

   

3. След това премахнете светодиода и го завъртете, след което го поставете обратно в двете парчета тесто с проводниците в обратната посока от предишната. Какво става? Защо мислите, че се е случило?

4. Когато светодиодът е в осветено положение, докоснете двете парчета тесто заедно. Какво става? Защо мислите, че се е случило?

5. След това добавете парче изолиращо тесто между двете парчета проводимо тесто и ги прикрепете така, че да се допират. Със светодиода, разположен върху изолационното тесто, вмъкнат в двете части на проводимото тесто, имате един твърд предмет. Светодиодът обаче свети, тъй като няма късо съединение. Тъй като изолационното тесто не позволява електричеството да тече през него, електричеството преминава през светодиода, като го осветява.

   

6. Използвайте проводимото и изолиращо тесто, за да създадете последователна верига с два или повече светодиода. Какво забелязвате за светлините? Защо мислиш, че е така?

   

7. Използвайте проводимото и изолиращо тесто, за да създадете паралелна верига с три светодиода. Какво забелязвате за светлините? По какво се различават от светлините в последователната верига? Защо мислиш, че е така?

   

Вземи творчество

Сега, когато разбирате как да използвате двата вида тесто за захранване на светодиод и за стартиране на мотор, опитайте да изградите нещо креативно. Можете да използвате светодиоди, двигатели, зумери, вентилатори или други материали, предоставени от вашия учител. Можете да направите животно със светли очи, хеликоптер с въртящо се витло или нещо друго, което можете да си представите. След като приключите, споделете вашето творение с останалата част от класа и вижте какво сте си помислили съучениците. Ето някои творения, направени от други студенти: