Elektrisk dej

Nødvendige materialer

• Ledende dej (se opskrift nedenfor)
• Ikke-ledende/isolerende dej (se opskrift nedenfor)
• AA-batterier
• Batteripakker med terminaler
• LED'er (10 mm størrelse anbefales)
• Tråd med krokodilleklip

Valgfrie materialer (tabel over muligheder)

• Mini DC elektriske hobbymotorer
• Ventilatorer, summer og andre komponenter

Ledende dejopskrift

Ingredienser:

• 1 kop vand
• 1 1⁄2 kop mel
• 1⁄4 kop salt
• 3 spsk. fløde af tandsten
• 1 spsk. vegetabilsk olie
• Frugtfarve

1. Bland vand med 1 kop mel, salt, fløde af tandsten, vegetabilsk olie og madfarve i en mellemstor gryde.
2. Kog blandingen ved middel varme under konstant omrøring.
3. Fortsæt med at røre, indtil blandingen danner en kugle i midten af ​​gryden.
4. Læg bolden på en let melet overflade. Dejen bliver meget varm. Lad det køle af i et par minutter før håndtering.
5. Ælt den resterende 1⁄2 kop mel i kuglen, indtil den har nået en ønsket konsistens.
6. Opbevar dejen i en lufttæt beholder.

Opskrift på ikke-ledende/isolerende dej

Ingredienser:

• 1 1⁄2 kop mel
• 1⁄2 kop sukker
• 3 spsk. vegetabilsk olie
• 1⁄2 kop vand (deioniseret eller destilleret er bedst, men postevand kan bruges)

1. Bland 1 kop mel, sukker og olie i en skål.
2. Rør en lille mængde vand i. Fortsæt med at tilsætte vand og rør, indtil det meste af vandet er absorberet.
3. Når blandingen er konsistens af små, adskilte klumper, æltes blandingen med hænderne, indtil den danner en enkelt klump.
4. Tilsæt vand til dejen og ælt videre, indtil den har en klistret, dejlignende tekstur.
5. Tilsæt noget af det resterende mel og ælt det ind i dejen, indtil det har nået den ønskede tekstur.
6. Opbevar dejen i en lufttæt beholder.

Materialer

• Brug genstande fra byggesættet

Proces

1. Start med en kugle af den ledende dej. Sæt batteripakkens ledninger i de modsatte sider af dejen. Sæt en LED i dejen. Se hvad der sker.
2. Derefter adskilles den ledende dej i to stykker. Sæt den ene batteripakke i det ene stykke dej og det andet i det andet stykke dej. Indsæt nu LED'en med en bly i det ene stykke af dejen og den anden bly i det andet stykke dej. Se hvad der sker.
3. Fjern derefter LED'en og drej den rundt med ledningerne i den modsatte retning. Se hvad der sker. Dokumenter hvorfor tror du, at dette skete.
4. Når LED'en er tændt, skal du røre de to stykker dej sammen. Se hvad der sker. Dokumenter hvorfor tror du, at dette skete.
5. Tilsæt et stykke isolerende dej mellem de to stykker ledende dej, og fastgør dem, så de rører hinanden. Med LED'en over den isolerende dej og indsat i de to sektioner af ledende dej. Lyser LED'en?
6. Brug den ledende og isolerende dej til at oprette et seriekredsløb med to eller flere lysdioder. Hvad bemærker du ved lysene? Dokumenter hvorfor du tror, ​​at dette skete.
7. Brug den ledende og isolerende dej til at oprette et parallelt kredsløb med tre lysdioder. Hvad bemærker du ved lysene? Hvordan adskiller de sig fra lysene i seriekredsløbet? Dokumenter hvorfor du tror, ​​at dette skete.

TED Talk: AnnMarie Thomas

Kilde: TED YouTube Channel

Squishy Circuit -skulptur af AnnMarie Thomas

Kilde: University of St. Thomas YouTube -kanal

Design Challenge

Du er en ingeniør, der arbejder med at designe og bygge elektricitetsledende kreationer ud af dej.

Kriterier

• Skal bruge to typer dej (ledende og ikke-ledende)
  til at tænde LED (er).

Begrænsninger

Gennemfør din skulptur inden for den givne tid.

1. Del klassen i hold på 2.
2. Del det elektriske dej-regneark og opskrifter til den ledende og ikke-ledende dej ud.
3. Diskuter emnerne i afsnittet Baggrundskoncepter.
4. Gennemgå Engineering Design Process, Design Challenge, Kriterier, begrænsninger og materialer. Hvis tiden tillader det, skal du gennemgå “Real World Applications”, inden du udfører designudfordringen.
5. Inden du instruerer eleverne i at begynde at brainstorme og tegne deres designs, skal du bede dem overveje følgende
   ● Hvordan serier og parallelle kredsløb fungerer
   ● Forskellene mellem ledende og isolerende materialer
   ● Hvad er en kortslutning?
   ● Hvad er polaritet?
6. Giv hvert hold deres materialer.
7. Forklar, at eleverne skal lave ledende og ikke-ledende (isolerende) dej. De vil teste dejen ved at lave forskellige kredsløb ved hjælp af LED -lys.
8. Annoncer den tid, de har til at designe og bygge (1 time anbefales).
9. Brug en timer eller et online stopur (nedtællingsfunktion) for at sikre, at du holder tiden. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Giv eleverne regelmæssige "tidstjek", så de fortsætter med opgaven. Hvis de kæmper, skal du stille spørgsmål, der vil føre dem til en hurtigere løsning.
10. Hold laver deres dej.
11. Test dejen ved hjælp af testtrinnene i afsnittet Testmaterialer og proces.
12. Hold bør dokumentere resultaterne af hvert testtrin.
13. Som klasse kan du diskutere de studerendes refleksionsspørgsmål.

Variationer

Brug LED -lys, motorer, summer, blæsere eller andre materialer til at blive kreativ!

kredsløb

Sløjfen, som elektricitet strømmer igennem, kaldes et kredsløb. Et kredsløb begynder ved en strømkilde, f.eks. Et batteri, og strømmer gennem ledninger og elektriske komponenter (såsom lys, motorer osv.). Der er to slags kredsløb - seriekredsløb og parallelle kredsløb.

Seriekredsløb

Seriekredsløb tillader kun en vej for elektricitet at strømme igennem. I et seriekredsløb med lysdioder vil lysdioderne længere fra strømkilden virke svagere, fordi der er mindre strøm til rådighed for dem. Hvis en LED skulle brænde ud eller blive fjernet i et seriekredsløb, ville alle lysene efter den også slukke, fordi den ene vej til de resterende lys ville blive afbrudt.

Parallelle kredsløb

Parallelle kredsløb tillader flere veje for elektricitet at strømme igennem. I et parallelt kredsløb med lysdioder har hver LED elektricitet, der strømmer direkte til den ad sin egen vej. Hver LED kan lyse stærkt uanset
hvor det er, fordi elektriciteten når hver LED direkte. Også i et parallelt kredsløb, hvis et lys brænder ud eller fjernes, vil de andre fortsætte med at skinne.

Ledende og isolerende materialer

Ledende materialer: lad strøm strømme gennem dem. Kan du tænke på nogle materialer, der leder elektricitet?

Isolerende materialer: lad ikke strøm strømme igennem dem. Kan du tænke på nogle isolerende materialer? Isolering måles i modstand. Jo mere isolerende et materiale er, jo mere modstand har det. Den isolerende dej, du vil arbejde med, er resistiv, hvilket betyder, at der ikke kan strømme lidt elektricitet igennem den. Isolatorer fungerer som en væg, der blokerer for elektricitet.

Short Circuit

En kortslutning sker, når ledninger, der ikke formodes at komme i kontakt med hinanden, berører. Derfor lyser en LED ikke, når den indsættes i et enkelt stykke ledende dej eller i
to stykker ledende dej, der derefter rører hinanden.

Polaritet

Strømningsretningen i et kredsløb kaldes polaritet. I denne aktivitet er den røde ledning fra batteripakken den positive pol, og den sorte ledning er den negative pol. Nogle elektroniske komponenter har også en positiv og negativ side og skal fastgøres i den rigtige retning for at fungere.

Lysdioderne i denne aktivitet har hver to afledninger, en kort og en lang. Den længere bly går til den positive side, og den kortere bly går til den negative side.

Studentrefleksion (ingeniørbog)

1. Elektricitet tager altid vejen til mindst modstand. Hvorfor tror du i trin 1, at LED'en ikke tændte, da den blev indsat i et stykke ledende dej? Hvorfor tror du i trin 4, at LED'en slukkede, da de to stykker ledende dej rørte hinanden?
2. Den ledende dej er lavet af vand, mel, salt, fløde af tandsten og vegetabilsk olie. Den isolerende dej er lavet af vand, mel, sukker og vegetabilsk olie. Hvad tror du får en dej til at lede elektricitet og den anden ikke?
3. Hvilke andre materialer synes du er ledende?
4. Hvilke andre materialer synes du er isolerende?

Lektionen kan udføres på kun 1 klasse for ældre elever. For at hjælpe eleverne fra at føle sig forhastet og for at sikre elevernes succes (især for yngre studerende), opdel lektionen i to perioder, så eleverne får mere tid til at brainstorme, teste ideer og færdiggøre deres design. Udfør afprøvningen og debriefen i den næste klasseperiode.

• Dirigent: Materiale, der tillader strøm at strømme igennem det.
• insulator: Materiale, der ikke tillader elektricitet at strømme igennem det.
• Modstand: Isolering måles i modstand. Jo mere isolerende et materiale er, jo mere modstand har det.
• Circuit: Sløjfen, som elektricitet strømmer igennem. Et kredsløb begynder ved en strømkilde, f.eks. Et batteri, og strømmer gennem ledninger og elektriske komponenter (f.eks. Lys, motorer osv.).
• Seriekredsløb: Tillader en vej for elektricitet at strømme igennem.
• Parallelt kredsløb: Gør det muligt for flere stier at strømme igennem.
• Short Circuit: Når ledninger, der ikke skal komme i kontakt med hinanden, berører.

Internetforbindelser

• Squishy kredsløb
• Makerspaces.com: Squishy -kredsløb
• Ann Marie Thomas: Praktisk videnskab med squishy kredsløb

Anbefalet læsning

• Elektronik til børn: Leg med simple kredsløb, og eksperimentér med elektricitet! (ISBN: 978-1593277253)
• En begynderguide til kredsløb: Ni enkle projekter med lys, lyde og mere! (ISBN: 978-1593279042)
• Bygning af Squishy-kredsløb (ISBN: 978-1634727235)
• The Big Book of Makerspace Projects: Inspiring Makers to Experiment, Create and Learn (ISBN: 978-1259644252)

Skriveaktivitet

I denne aktivitet vil du bygge genstande ved hjælp af et materiale, der kan lede elektricitet. Dette giver dig mulighed for at tilføje lys, motorer, ventilatorer og andre elektriske elementer til din skabelse. Chris Tuan, civilingeniør ved University of Nebraska, Lincoln udviklede en formel til fremstilling af ledende beton, der kan bruges til at lave veje og fortove, der kan smelte is og sne. Hvis du kunne konstruere en bygning med ledende materialer, hvordan ville du bruge dens elektriske egenskaber?

Tilpasning til pensumrammer

Bemærk: Alle lektionsplaner i denne serie er tilpasset Computer Science Teachers Association K-12 Computer Science Standards, US Common Core State Standards for Mathematics og, hvis det er relevant, også til National Council of Teachers of Mathematics 'Principles and Standards for School Matematik, International Technology Education Association's Standards for Technological Literacy og US National Science Education Standards, som blev produceret af National Research Council.

Næste generations videnskabsstandarder

Det kan elever, der viser forståelse

• 3-5-ETS1-1. Definer et simpelt designproblem, der afspejler et behov eller et ønske, der indeholder specificerede kriterier for succes og begrænsninger i materialer, tid eller omkostninger.
• 3-5-ETS1-2. Generer og sammenlign flere mulige løsninger på et problem baseret på, hvor godt hver enkelt sandsynligvis vil opfylde kriterierne og begrænsningerne i problemet.
• 3-5-ETS1-3. Planlæg og udfør fairtests, hvor variabler kontrolleres, og fejlpunkter betragtes for at identificere aspekter af en model eller prototype, der kan
  forbedret.
• 4-PS3-2. Gør observationer for at bevise, at energi kan overføres fra sted til sted ved hjælp af lyd, lys, varme og elektriske strømme
• 4-PS3-4. Anvend videnskabelige ideer til at designe, teste og forfine en enhed, der konverterer
  energi fra en form til en anden.
• MS-ETS1-1. Definer kriterierne og begrænsningerne for et designproblem med tilstrækkelig
  præcision for at sikre en vellykket løsning under hensyntagen til relevant videnskabelig
  principper og potentielle virkninger på mennesker og det naturlige miljø, der kan begrænse mulige løsninger.
• MS-ETS1-2. Evaluer konkurrerende designløsninger ved hjælp af en systematisk proces til
  bestemme, hvor godt de opfylder problemets kriterier og begrænsninger.
• MS-ETS1-3. Analyser data fra test for at bestemme ligheder og forskelle mellem flere designløsninger for at identificere de bedste egenskaber ved hver, der kan kombineres til en ny løsning for bedre at opfylde kriterierne for succes.
• MS-ETS1-4. Udvikle en model til generering af data til iterativ testning og ændring af et foreslået objekt, værktøj eller proces, så et optimalt design kan opnås.

Standarder for teknologisk litteratur - alle aldre

• Kapitel 8 - Designets egenskaber
  • Definitioner af design
  • Krav til design
• Kapitel 9 - Engineering Design
  • Engineering designproces
  • Kreativitet og overvejer alle ideer
  • Modeller
• Kapitel 10 - Rollen ved fejlfinding, forskning og udvikling, opfindelse og eksperimentering i problemløsning
  • Fejlfinding
  • Opfindelse og innovation
  • eksperimenter
• Kapitel 11 - Anvend designprocessen
  • Indsaml information
  • Visualiser en løsning
  • Test og evaluer løsninger
  • Forbedre et design
• Kapitel 16 - Energi- og effektteknologi
  • Energi kommer i forskellige former
  • Værktøjer, maskiner, produkter og systemer

kredsløb

Et kredsløb er en sløjfe, gennem hvilken strøm strømmer. Et kredsløb begynder ved en strømkilde, f.eks. Et batteri, og strømmer gennem ledninger og elektriske komponenter (f.eks. Lys, motorer osv.). Der er to slags kredsløb - seriekredsløb og parallelle kredsløb.

Seriekredsløb kun tillade en vej for elektricitet at strømme igennem. I et seriekredsløb med lysdioder vil lysdioderne længere fra strømkilden virke svagere, fordi der er mindre strøm til rådighed for dem. Hvis en LED skulle brænde ud eller blive fjernet i et seriekredsløb, ville alle lysene efter den også slukke, fordi den ene vej til de resterende lys ville blive afbrudt.

Parallelle kredsløb tillade flere stier for elektricitet at strømme igennem. I et parallelt kredsløb med lysdioder har hver LED elektricitet, der strømmer direkte til den ad sin egen vej. Hver LED kan lyse stærkt, uanset hvor den er, fordi elektriciteten når hver LED direkte. Også i et parallelt kredsløb, hvis et lys brænder ud eller fjernes, vil de andre fortsætte med at skinne.

Ledningsevne og isolering

Materialer, der leder elektricitet - der lader elektricitet strømme gennem dem - kaldes ledende. Ledende materialer kan bruges til at skabe kredsløb. Det kan betyde at bruge metaltråd eller mere usædvanlige ting som frugt, kartofler og endda dej. I den ledende dej, du vil bruge, hjælper saltet i dejen med at flytte elektriciteten igennem den ved at dissociere til Na+ og Cl-ioner.

Materialer, der ikke tillader elektricitet at strømme gennem dem, kaldes isolerende. Isolering måles i modstand. Jo mere isolerende et materiale er, jo mere modstand har det. Den isolerende dej, du vil arbejde med, er resistiv, hvilket betyder, at der ikke kan strømme lidt elektricitet igennem den.

Isolatorer fungerer som en væg til elektricitet. Elektricitet stoppes enten af ​​en isolator eller skal finde en vej udenom. Da den isolerende dej ikke leder elektricitet, kan den bruges til at adskille den ledende dej og til at tvinge elektriciteten til at strømme gennem andre elektriske komponenter, såsom lysdioder og motorer.

Modstand er også vigtig for at hjælpe med at bremse strømmen af ​​elektricitet til en bestemt komponent. For eksempel tillader den ledende dej elektricitet at strømme gennem den, men giver også en vis modstand. Dette hjælper med at bremse strømmen af ​​elektricitet fra batteriet til lysdioderne. Hvis LED'en skulle sluttes direkte til batteriet, ville LED'en brænde ud.

Short Circuit

Elektricitet tager altid vejen til mindst modstand. I stedet for langsomt at strømme gennem et modstandsdygtigt materiale, vil elektricitet gå en vej gennem noget mere ledende, som en LED, motor, ledning eller andet mere ledende materiale. Sådan kan isoleringsmaterialer bruges til at få elektricitet til at ændre kurs og bevæge sig gennem de komponenter, du vil have den til at strømme igennem.

Hvis der er en sti omkring en elektrisk komponent, f.eks. En LED, der giver mindre modstand, vil elektriciteten omgå LED'en og tage vejen med mindst modstand. Dette kaldes en kortslutning. Det er derfor, at en LED indsat i et enkelt stykke ledende dej eller i to stykker ledende dej, der derefter rører hinanden, lyser LED'en ikke.

Polaritet

Elektrisk strøm strømmer fra den positive pol i en energikilde til den negative pol. Strømningsretningen i et kredsløb kaldes polaritet. I denne aktivitet er den røde ledning fra batteripakken den positive pol, og den sorte ledning er den negative pol. Nogle elektroniske komponenter har også en positiv og negativ side og skal fastgøres i den rigtige retning for at fungere. Lysdioderne, du vil arbejde med, har hver to ledninger, en kort og en lang. Den længere bly går til den positive side, og den kortere bly går til den negative side. Hvis LED'en er sat i den forkerte retning, lyser den ikke, før den er vendt. Motorer fungerer, når de er fastgjort i begge retninger. Dog vil retningen i hvilken strømmen strømmer bestemme rotationsretningen for motorens aksel.

I denne aktivitet vil du bygge kreationer af dej, ligesom du gjorde da du var yngre. Kun disse kreationer kan lede elektricitet, så du kan oprette kredsløb og tilføje funktioner som lys, motorer og mere. Du arbejder med to typer dej. En dej (farvet) er ledende og lader strøm strømme igennem den. Den anden (hvid) er isolerende og tillader ikke elektricitet at komme igennem den. Du vil begynde med at undersøge de to typer dej, og hvordan de arbejder sammen for at skabe kredsløb. Derefter kan du have det sjovt med at blive kreativ.

Øv kredsløb/Lær din dej at kende

1. Start med en kugle af den ledende dej. Sæt batteriets ledninger i de modsatte sider af dejen. Sæt en LED i dejen. Hvad der sker?

   

2. Derefter adskilles den ledende dej i to stykker. Sæt den ene batteripakke i det ene stykke dej og det andet i det andet stykke dej. Indsæt nu LED'en med en bly i det ene stykke af dejen og den anden bly i det andet stykke dej. Hvad der sker?

   

3. Fjern derefter LED'en og drej den rundt, og sæt den derefter tilbage i de to stykker dej med ledningerne i den modsatte retning fra, hvordan de var før. Hvad der sker? Hvorfor tror du, at det skete?

4. Når LED'en er tændt, skal du røre de to stykker dej sammen. Hvad der sker? Hvorfor tror du, at det skete?

5. Tilføj derefter et stykke isolerende dej mellem de to stykker ledende dej og fastgør dem, så de rører hinanden. Med LED'en over den isolerende dej, indsat i de to sektioner af ledende dej, har du en fast genstand. LED'en lyser dog, fordi der ikke sker nogen kortslutning. Da den isolerende dej ikke tillader strømmen at strømme igennem den, går elektriciteten gennem LED'en i stedet for at tænde den.

   

6. Brug den ledende og isolerende dej til at oprette et seriekredsløb med to eller flere lysdioder. Hvad bemærker du ved lysene? Hvorfor tror du det er?

   

7. Brug den ledende og isolerende dej til at oprette et parallelt kredsløb med tre lysdioder. Hvad bemærker du ved lysene? Hvordan adskiller de sig fra lysene i seriekredsløbet? Hvorfor tror du det er?

   

Få kreativitet

Nu hvor du forstår, hvordan du bruger de to typer dej til at drive en LED og køre en motor, kan du prøve at bygge noget kreativt. Du kan bruge lysdioder, motorer, summer, blæsere eller andre materialer, som din lærer har leveret. Du kan lave et dyr med lysende øjne, en helikopter med en roterende propel eller andet, du kan forestille dig. Når du er færdig, kan du dele din skabelse med resten af ​​klassen og se, hvad dine klassekammerater syntes. Her er nogle kreationer, som andre studerende har lavet: