Elektrické těsto

Požadované materiály

• Vodivé těsto (viz recept níže)
• Nevodivé/izolační těsto (viz recept níže)
• AA baterie
• Balíčky baterií s terminály
• LED diody (doporučená velikost 10 mm)
• Drát s aligátorovými sponami

Volitelné materiály (tabulka možností)

• Mini DC elektrické hobby motory
• Ventilátory, bzučáky a další součásti

Vodivý recept na těsto

Složení:

• 1 šálku vody
• 1 1⁄2 šálku mouky
• 1⁄4 šálku soli
• 3 lžíce vinný kámen
• 1 polévková lžíce rostlinný olej
• Potravinářské barvivo

1. Ve středně velkém hrnci smíchejte vodu s 1 šálkem mouky, soli, zubního kamene, rostlinného oleje a potravinářského barviva.
2. Směs za stálého míchání vařte na středním ohni.
3. Pokračujte v míchání, dokud směs ve středu hrnce nevytvoří kouli.
4. Umístěte míč na lehce pomoučený povrch. Těsto bude velmi horké. Před manipulací nechte několik minut vychladnout.
5. Zbylou 1⁄2 šálku mouky vmíchejte do kuličky, dokud nedosáhne požadované konzistence.
6. Těsto skladujte ve vzduchotěsné nádobě.

Recept na nevodivé/izolační těsto

Složení:

• 1 1⁄2 šálku mouky
• 1⁄2 šálku cukru
• 3 polévková lžíce rostlinný olej
• 1⁄2 šálku vody (nejlepší je deionizovaná nebo destilovaná, ale lze použít vodu z vodovodu)

1. V míse smíchejte 1 šálek mouky, cukru a oleje.
2. Vmíchejte malé množství vody. Pokračujte v přidávání vody a míchejte, dokud se většina vody nevstřebá.
3. Jakmile je směs konzistence malých, oddělených hrudek, promíchejte směs rukama, dokud nevytvoří jedinou hrudku.
4. Přidejte do těsta vodu a pokračujte v hnětení, dokud nebude mít lepkavou texturu podobnou těstu.
5. Přidejte část zbývající mouky a hněte ji do těsta, dokud nedosáhne požadované struktury.
6. Těsto skladujte ve vzduchotěsné nádobě.

Materiály

• Použijte položky ze stavebnice

Proces

1. Začněte kuličkou vodivého těsta. Vložte vodiče akumulátoru na protilehlé strany těsta. Vložte LED do těsta. Sledujte, co se stane.
2. Dále rozdělte vodivé těsto na dva kusy. Vložte jeden drát baterie do jednoho kusu těsta a druhý do druhého kusu těsta. Nyní vložte LED s jedním olovem do jednoho kusu těsta a druhým olovem do druhého kusu těsta. Sledujte, co se stane.
3. Dále vyjměte LED a otočte ji, s přívody v opačném směru. Sledujte, co se stane. Zdokumentujte, proč si myslíte, že se to stalo.
4. S LED v rozsvícené poloze se dotkněte dvou kusů těsta dohromady. Sledujte, co se stane. Zdokumentujte, proč si myslíte, že se to stalo.
5. Mezi dva kusy vodivého těsta přidejte kousek izolačního těsta a připevněte je tak, aby se dotýkaly. S LED obkročmo na izolační těsto a vložené do dvou částí vodivého těsta. Svítí LED dioda?
6. Pomocí vodivého a izolačního těsta vytvořte sériový obvod se dvěma nebo více LED diodami. Čeho si na světlech všimnete? Zdokumentujte, proč si myslíte, že se to stalo.
7. Pomocí vodivého a izolačního těsta vytvořte paralelní obvod se třemi LED diodami. Čeho si na světlech všimnete? Jak se liší od světel v sériovém obvodu? Zdokumentujte, proč si myslíte, že se to stalo.

TED Talk: AnnMarie Thomas

Zdroj: TED kanál YouTube

Squishy Circuit Socha AnnMarie Thomas

Zdroj: YouTube kanál YouTube University of St. Thomas

Design Challenge

Jste inženýr, který pracuje na navrhování a výrobě výtvorů vedoucích elektřinu z těsta.

Kritéria

• Musíte použít dva druhy těsta (vodivé a nevodivé)
  k napájení LED diod.

Omezení

Dokončete svou sochu v daném čase.

1. Rozdělte třídu na týmy po 2.
2. Rozdejte pracovní list Elektrické těsto a recepty na vodivé i nevodivé těsto.
3. Diskutujte o tématech v části Pojmy na pozadí.
4. Prohlédněte si Engineering Engineering Process, Design Challenge, Criteria, Constraints and Materials. Pokud vám to čas dovolí, před provedením výzvy k návrhu si přečtěte „Aplikace skutečného světa“.
5. Než dáte studentům pokyn, aby začali brainstorming a skicování jejich návrhů, požádejte je, aby zvážili následující
   ● Jak fungují sériové a paralelní obvody
   ● Rozdíly mezi vodivými a izolačními materiály
   ● Co je zkrat?
   ● Co je polarita?
6. Poskytněte každému týmu své materiály.
7. Vysvětlete, že studenti musí vyrábět vodivé a nevodivé (izolační) těsto. Budou testovat těsto vytvářením různých obvodů pomocí LED světel.
8. Oznamte dobu, kterou musí navrhnout a postavit (doporučeno 1 hodinu).
9. Použijte časovač nebo online stopky (funkce odpočítávání), abyste si udrželi čas. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Poskytněte studentům pravidelné „časové kontroly“, aby zůstali na úkolu. Pokud se potýkají, zeptejte se na otázky, které je dovedou rychleji k řešení.
10. Týmy dělají své těsto.
11. Těsto vyzkoušejte pomocí testovacích kroků v části Testovací materiály a proces.
12. Týmy by měly zdokumentovat výsledky každého kroku testování.
13. Jako třída diskutujte o studentových reflexních otázkách.

Varianty

K kreativitě použijte LED světla, motory, bzučáky, ventilátory nebo jiné materiály!

Circuits

Smyčka, kterou protéká elektřina, se nazývá obvod. Obvod začíná u zdroje energie, jako je baterie, a protéká dráty a elektrickými součástmi (jako jsou světla, motory atd.). Existují dva druhy obvodů - sériové obvody a paralelní obvody.

Sériové obvody

Obvody série umožňují průchod elektřiny pouze jednou cestou. V sériovém obvodu s LED diodami se LED diody dále od zdroje napájení budou zdát tlumenější, protože k jejich napájení je k dispozici méně elektřiny. Pokud by LED zhasla nebo byla odstraněna v sériovém obvodu, všechna světla za ní by také zhasla, protože jedna cesta ke zbývajícím světlům by byla odpojena.

Paralelní obvody

Paralelní obvody umožňují průchod více cest elektřinou. V paralelním obvodu s LED diodami každou LED proudí elektřina přímo k němu po vlastní cestě. Každá LED může svítit jasně bez ohledu na to
kde to je, protože elektřina dosahuje každé LED přímo. Také v paralelním obvodu, pokud jedno světlo shoří nebo je odstraněno, ostatní budou nadále svítit.

Vodivé a izolační materiály

Vodivé materiály: nechte jimi proudit elektřinu. Napadají vás nějaké materiály, které vedou elektřinu?

Izolační materiály: nedovolte, aby jimi protékala elektřina. Napadají vás nějaké izolační materiály? Izolace se měří v odporu. Čím více je materiál izolační, tím má větší odpor. Izolační těsto, se kterým budete pracovat, je odporové, což znamená, že jím může protékat málo elektřiny. Izolátory fungují jako stěna, která blokuje elektřinu.

Zkrat

Ke zkratu dochází, když se dotýkají vodiče, které by neměly přijít do vzájemného kontaktu. To je důvod, proč se LED nerozsvítí, když je vložena do jednoho kusu vodivého těsta nebo do
dva kusy vodivého těsta, které se poté navzájem dotýkají.

Polarita

Směr toku proudu v obvodu se nazývá polarita. Při této činnosti je červený vodič z baterie kladným pólem a černý vodič záporným pólem. Některé elektronické součástky mají také kladnou a zápornou stránku a musí fungovat správně.

LED diody v této činnosti mají každý dva svody, jeden krátký a jeden dlouhý. Delší svod jde na pozitivní stranu a kratší vede na negativní stranu.

Studentská reflexe (technický notebook)

1. Elektřina vždy jde cestou nejmenšího odporu. Proč si v kroku 1 myslíte, že se LED nerozsvítila, když byla vložena do jednoho kusu vodivého těsta? Proč si v kroku 4 myslíte, že LED zhasla, když se dva kusy vodivého těsta navzájem dotýkaly?
2. Vodivé těsto je vyrobeno z vody, mouky, soli, zubního kamene a rostlinného oleje. Izolační těsto je vyrobeno z vody, mouky, cukru a rostlinného oleje. Co podle vás vede k tomu, aby jedno těsto vedlo elektřinu a druhé ne?
3. Jaké další materiály jsou podle vás vodivé?
4. Jaké další materiály podle vás izolují?

Lekci lze u starších studentů absolvovat za pouhou 1 hodinu. Aby však studentům pomohl cítit spěch a zajistil studentský úspěch (zejména u mladších studentů), rozdělte lekci na dvě období a dejte studentům více času na brainstorming, testování nápadů a dokončení jejich designu. Proveďte testování a vysvětlení v příštím semestru.

• Dirigent: Materiál, který umožňuje průchod elektřiny.
• Izolátor: Materiál, který nedovolí, aby jím protékala elektřina.
• Odpor: Izolace se měří v odporu. Čím více je materiál izolační, tím má větší odpor.
• Obvod: Smyčka, kterou protéká elektřina. Obvod začíná u zdroje energie, jako je baterie, a protéká dráty a elektrickými součástmi (jako jsou světla, motory atd.).
• Sériový obvod: Umožňuje průchod jedné cesty elektřiny.
• Paralelní obvod: Umožňuje protékání více cest elektřinou.
• Zkrat: Když se dotknou vodiče, které by neměly přijít do vzájemného kontaktu.

Připojení k internetu

• Squishy obvody
• Makerspaces.com: Squishy Circuits
• AnnMarie Thomas: Praktická věda s rozmačkanými obvody

Doporučená literatura

• Elektronika pro děti: Hrajte s jednoduchými obvody a experimentujte s elektřinou! (ISBN: 978-1593277253)
• Průvodce obvodů pro začátečníky: Devět jednoduchých projektů se světly, zvuky a dalšími! (ISBN: 978-1593279042)
• Building Squishy Circuits (ISBN: 978-1634727235)
• Velká kniha projektů Makerspace: Inspirující tvůrce k experimentování, tvorbě a učení (ISBN: 978-1259644252)

Psací činnost

V této činnosti budete stavět objekty pomocí materiálu, který může vést elektrický proud. To vám umožní přidat ke svému výtvoru světla, motory, ventilátory a další elektrické prvky. Chris Tuan, stavební inženýr z University of Nebraska, Lincoln vyvinul vzorec pro výrobu vodivého betonu, který lze použít k výrobě silnic a chodníků, které mohou tát led a sníh. Pokud byste mohli postavit budovu z vodivých materiálů, jak byste použili její elektrické vlastnosti?

Sladění s rámcovými osnovami

Poznámka: Všechny plány lekcí v této sérii jsou v souladu se standardy Computer Science Teachers Association K-12 Computer Science Standards, US Common Core State Standards for Mathematics, a případně také s National Council of Teachers of Mathematics 'Principles and Standards for School Matematika, Standardy technologické gramotnosti Mezinárodní asociace technologického vzdělávání a Americké národní standardy pro vzdělávání v oblasti vědy, které vytvořila Národní rada pro výzkum.

Vědecké standardy příští generace

Studenti, kteří prokáží porozumění, mohou

• 3-5-ETS1-1. Definujte jednoduchý návrhový problém odrážející potřebu nebo přání, který zahrnuje specifikovaná kritéria úspěchu a omezení materiálu, času nebo nákladů.
• 3-5-ETS1-2. Generujte a porovnávejte více možných řešení problému na základě toho, jak dobře každé z nich pravděpodobně splňuje kritéria a omezení problému.
• 3-5-ETS1-3. Naplánujte a proveďte spravedlivé testy, ve kterých jsou kontrolovány proměnné a jsou považovány body selhání za účelem identifikace aspektů modelu nebo prototypu, které lze
  vylepšeno.
• 4-PS3-2. Proveďte pozorování, abyste získali důkaz, že energii lze přenášet z místa na místo zvukem, světlem, teplem a elektrickými proudy
• 4-PS3-4. Aplikujte vědecké nápady při navrhování, testování a vylepšování zařízení, které převádí
  energie z jedné formy do druhé.
• MS-ETS1-1. Dostatečně definujte kritéria a omezení konstrukčního problému
  přesnost, aby bylo zajištěno úspěšné řešení, s přihlédnutím k příslušným vědeckým
  zásady a potenciální dopady na lidi a přírodní prostředí, které mohou omezovat možná řešení.
• MS-ETS1-2. Vyhodnoťte konkurenční návrhová řešení pomocí systematického postupu
  určit, jak dobře splňují kritéria a omezení problému.
• MS-ETS1-3. Analyzujte data z testů, abyste určili podobnosti a rozdíly mezi několika návrhovými řešeními, abyste identifikovali nejlepší charakteristiky každého z nich, které lze spojit do nového řešení, aby lépe splňovalo kritéria úspěchu.
• MS-ETS1-4. Vytvořte model pro generování dat pro iterativní testování a úpravy navrhovaného objektu, nástroje nebo procesu tak, aby bylo možné dosáhnout optimálního návrhu.

Standardy pro technologickou gramotnost - všechny věkové kategorie

• Kapitola 8 - Atributy designu
  • Definice designu
  • Požadavky na design
• Kapitola 9 - Engineering Design
  • Proces konstrukčního návrhu
  • Kreativita a zvážení všech nápadů
  • modely
• Kapitola 10 - Role odstraňování problémů, výzkumu a vývoje, vynálezu a experimentování při řešení problémů
  • Řešení problémů
  • Vynález a inovace
  • Experimentování
• Kapitola 11 - Použití procesu návrhu
  • Sbírat informace
  • Vizualizace řešení
  • Testujte a vyhodnoťte řešení
  • Vylepšete design
• Kapitola 16 - Energie a energetické technologie
  • Energie přichází v různých formách
  • Nástroje, stroje, výrobky a systémy

Circuits

Obvod je smyčka, kterou protéká elektřina. Obvod začíná u zdroje energie, jako je baterie, a protéká dráty a elektrickými součástmi (jako jsou světla, motory atd.). Existují dva druhy obvodů - sériové obvody a paralelní obvody.

Sériové obvody povolit průchod pouze jedné cesty. V sériovém obvodu s LED diodami, které jsou vzdálenější od zdroje napájení, se budou jevit tmavší, protože k jejich napájení je k dispozici méně elektřiny. Pokud by LED zhasla nebo byla odstraněna v sériovém obvodu, všechna světla za ní by také zhasla, protože jedna cesta ke zbývajícím světlům by byla odpojena.

Paralelní obvody umožňují průchod více cest pro průchod elektřiny. V paralelním obvodu s LED diodami každou LED proudí elektřina přímo k němu po vlastní cestě. Každá LED může jasně svítit bez ohledu na to, kde je, protože elektřina dosahuje každé LED přímo. Také v paralelním obvodu, pokud jedno světlo shoří nebo je odstraněno, ostatní budou nadále svítit.

Vodivost a izolace

Materiály, které vedou elektřinu - což jim umožňuje proudit - se nazývají vodivé. K vytváření obvodů lze použít vodivé materiály. To může znamenat použití kovového drátu nebo neobvyklých věcí, jako je ovoce, brambory a dokonce i těsto. Ve vodivém těstu, které budete používat, sůl v těstě přes něj přenáší elektřinu tím, že disociuje na ionty Na+ a Cl-.

Materiály, které jim neumožňují proudit, se nazývají izolační. Izolace se měří v odporu. Čím více je materiál izolační, tím má větší odpor. Izolační těsto, se kterým budete pracovat, je odporové, což znamená, že jím může protékat málo elektřiny.

Izolátory působí jako stěna pro elektřinu. Elektřinu zastavuje buď izolant, nebo musí najít cestu kolem ní. Vzhledem k tomu, že izolační těsto nevede elektřinu, lze jej použít k oddělení vodivého těsta a k tomu, aby proud protékal jinými elektrickými součástmi, jako jsou diody LED a motory.

Odpor je také důležitý, protože pomáhá zpomalit tok elektřiny do určité složky. Vodivé těsto například umožňuje průchod elektřiny, ale také nabízí určitý odpor. To pomáhá zpomalit tok elektřiny z baterie do LED. Pokud by byla LED dioda připojena přímo k bateriovému bloku, LED by shořela.

Zkrat

Elektřina vždy jde cestou nejmenšího odporu. Elektřina místo pomalého protékání odolným materiálem projde cestou něco vodivějšího, jako je LED, motor, drát nebo jiný vodivější materiál. Takto lze použít izolační materiály k tomu, aby se kurz elektřiny změnil a pohyboval se komponentami, kterými má protékat.

Pokud kolem elektrického dílu, jako je LED, existuje dráha, která nabízí menší odpor, elektřina obejde LED a vydá se cestou nejmenšího odporu. Toto se nazývá zkrat. To je důvod, proč LED dioda vložená do jednoho kusu vodivého těsta nebo do dvou kusů vodivého těsta, které se poté navzájem dotýkají, LED nesvítí.

Polarita

Elektrický proud teče od kladného pólu zdroje energie k zápornému pólu. Směr toku proudu v obvodu se nazývá polarita. Při této činnosti je červený vodič z baterie kladným pólem a černý vodič záporným pólem. Některé elektronické součástky mají také kladnou a zápornou stránku a musí fungovat správně. LED diody, se kterými budete pracovat, mají dva vodiče, jeden krátký a jeden dlouhý. Delší vedení vede na kladnou stranu a kratší vedení na negativní stranu. Pokud je dioda LED připojena ve špatném směru, nerozsvítí se, dokud není otočena. Motory budou fungovat, pokud jsou připojeny v obou směrech. Směr, kterým proudí elektřina, však určí směr otáčení hřídele motoru.

Při této aktivitě budete stavět výtvory z těsta, stejně jako jste byli mladší. Pouze tyto výtvory mohou vést elektrický proud, což vám umožní vytvářet obvody a přidávat funkce, jako jsou světla, motory a další. Budete pracovat se dvěma druhy těsta. Jedno těsto (barevné) je vodivé a umožní jím proudit elektřinu. Druhý (bílý) je izolační a nedovoluje, aby jím prošel elektrický proud. Začnete tím, že prozkoumáte dva druhy těsta a jejich vzájemnou spolupráci při vytváření obvodů. Pak se můžete bavit kreativitou.

Procvičte si obvody/Seznamte se s těstem

1. Začněte kuličkou vodivého těsta. Vložte vodiče akumulátoru na opačné strany těsta. Vložte LED do těsta. Co se stalo?

   

2. Dále rozdělte vodivé těsto na dva kusy. Jeden drát baterie vložte do jednoho kusu těsta a druhý do druhého kusu těsta. Nyní vložte LED s jedním olovem do jednoho kusu těsta a druhým olovem do druhého kusu těsta. Co se stalo?

   

3. Poté vyjměte LED a otočte ji, poté ji vložte zpět do dvou kusů těsta s přívody v opačném směru, než byly dříve. Co se stalo? Proč si myslíš, že se to stalo?

4. Když LED svítí, dotkněte se obou kusů těsta dohromady. Co se stalo? Proč si myslíš, že se to stalo?

5. Dále mezi dva kusy vodivého těsta přidejte kousek izolačního těsta a připevněte je tak, aby se dotýkaly. S LED obkročením izolačního těsta vloženého do dvou částí vodivého těsta máte jeden pevný předmět. LED dioda se však rozsvítí, protože nedochází ke zkratu. Vzhledem k tomu, že izolační těsto nedovoluje, aby jím protékala elektřina, elektřina místo toho prochází LED a rozsvítí ji.

   

6. Pomocí vodivého a izolačního těsta vytvořte sériový obvod se dvěma nebo více LED diodami. Čeho si na světlech všimnete? Proč si myslíš, že je to tak?

   

7. Pomocí vodivého a izolačního těsta vytvořte paralelní obvod se třemi LED diodami. Čeho si na světlech všimnete? Jak se liší od světel v sériovém obvodu? Proč si myslíš, že je to tak?

   

Získejte kreativu

Nyní, když rozumíte tomu, jak používat dva druhy těsta k napájení LED a spuštění motoru, zkuste vytvořit něco kreativního. Můžete použít diody LED, motory, bzučáky, ventilátory nebo jakýkoli jiný materiál, který vám učitel poskytl. Můžete si vyrobit zvíře se svítícími očima, helikoptéru s otáčející se vrtulí nebo cokoli jiného, ​​co si dokážete představit. Jakmile skončíte, podělte se o svůj výtvor se zbytkem třídy a uvidíte, co si spolužáci vymysleli. Zde jsou některé výtvory, které vytvořili ostatní studenti: