Elektrischer Teig
Gesponserte Lektion von KEYSIGHT Technologies

In dieser Lektion lernen die Schüler Elektrizität und Schaltkreise kennen, indem sie leitfähigen und isolierenden Teig verwenden, um kreative elektrische Kreationen zu bauen. Diese Aktivität basiert auf der Arbeit von Dr. AnnMarie Thomas und ihrem Team an der Universität St. Thomas.

  • Die Grundbegriffe der Elektrizität und Stromkreise.
  • Konzepte der elektrischen Isolierung und Leitung.
  • Wie man Schaltungen baut und wie Kurzschlüsse entstehen.

Altersstufen: 8 – 14

Übersicht über den Unterrichtsplan

Benötigtes Material

  • Leitfähiger Teig (siehe Rezept unten)
  • Nicht leitender/isolierender Teig (siehe Rezept unten)
  • AA-Batterien
  • Akkupacks mit Klemmen
  • LEDs (10 mm Größe empfohlen)
  • Draht mit Krokodilklemmen

Optionale Materialien (Tabelle der Möglichkeiten)

  • Mini-DC-Elektro-Hobbymotoren
  • Lüfter, Summer und andere Komponenten

Leitfähiges Teigrezept

Zutaten

  • 1 Tasse Wasser
  • 1 1/2 Tasse Mehl
  • 1⁄4 Tasse Salz
  • 3 EL. Sahne von Zahnstein
  • 1 EL. Pflanzenöl
  • Lebensmittelfarbe
  1. Mischen Sie Wasser mit 1 Tasse Mehl, Salz, Weinstein, Pflanzenöl und Lebensmittelfarbe in einem mittelgroßen Topf.
  2. Kochen Sie die Mischung bei mittlerer Hitze unter ständigem Rühren.
  3. Rühren Sie weiter, bis sich die Mischung in der Mitte des Topfes zu einer Kugel formt.
  4. Legen Sie die Kugel auf eine leicht bemehlte Fläche. Der Teig wird sehr heiß. Lassen Sie es einige Minuten abkühlen, bevor Sie es anfassen.
  5. Kneten Sie die restlichen 1⁄2 Tasse Mehl in die Kugel, bis sie die gewünschte Konsistenz erreicht hat.
  6. Bewahren Sie den Teig in einem luftdichten Behälter auf.

Nicht leitendes/isolierendes Teigrezept

Zutaten

  • 1 1/2 Tasse Mehl
  • 1⁄2 Tasse Zucker
  • 3 EL. Pflanzenöl
  • 1⁄2 Tasse Wasser (entionisiertes oder destilliertes Wasser ist am besten, aber Leitungswasser kann verwendet werden)
  1. 1 Tasse Mehl, Zucker und Öl in einer Schüssel vermischen.
  2. Eine kleine Menge Wasser einrühren. Fügen Sie weiterhin Wasser hinzu und rühren Sie, bis das meiste Wasser absorbiert ist.
  3. Sobald die Mischung die Konsistenz kleiner, getrennter Klumpen hat, kneten Sie die Mischung mit den Händen, bis sie einen einzigen Klumpen bildet.
  4. Fügen Sie dem Teig Wasser hinzu und kneten Sie weiter, bis er eine klebrige, teigartige Textur hat.
  5. Fügen Sie etwas von dem restlichen Mehl hinzu und kneten Sie es in den Teig, bis er die gewünschte Textur erreicht hat.
  6. Teig in einem luftdichten Behälter aufbewahren.

Materialien

  • Verwenden Sie Gegenstände aus dem Baukasten

Verfahren

  1. Beginnen Sie mit einer Kugel des leitfähigen Teigs. Stecken Sie die Drähte des Akkupacks in die gegenüberliegenden Seiten des Teigs. Setzen Sie eine LED in den Teig ein. Beobachten Sie, was passiert.
  2. Als nächstes trennen Sie den leitfähigen Teig in zwei Teile. Stecken Sie einen Akkudraht in ein Teigstück und den anderen in das andere Teigstück. Stecken Sie nun die LED mit einer Leitung in ein Teigstück und die andere Leitung in das zweite Teigstück. Beobachten Sie, was passiert.
  3. Als nächstes entfernen Sie die LED und drehen Sie sie um, mit den Leitungen in die entgegengesetzte Richtung. Beobachten Sie, was passiert. Dokumentieren Sie, warum das Ihrer Meinung nach passiert ist.
  4. Berühren Sie mit der LED in der leuchtenden Position die beiden Teigstücke zusammen. Beobachten Sie, was passiert. Dokumentieren Sie, warum dies Ihrer Meinung nach passiert ist.
  5. Fügen Sie ein Stück isolierenden Teig zwischen die beiden leitfähigen Teigstücke und befestigen Sie sie so, dass sie sich berühren. Mit der LED, die den Isolierteig spreizt und in die beiden Abschnitte des leitfähigen Teigs eingesetzt wird. Leuchtet die LED?
  6. Verwenden Sie den leitfähigen und isolierenden Teig, um eine Reihenschaltung mit zwei oder mehr LEDs zu erstellen. Was fällt dir an den Lichtern auf? Dokumentieren Sie, warum dies Ihrer Meinung nach passiert ist.
  7. Verwenden Sie den leitfähigen und isolierenden Teig, um eine Parallelschaltung mit drei LEDs zu erstellen. Was fällt dir an den Lichtern auf? Wie unterscheiden sie sich von den Leuchten in der Reihenschaltung? Dokumentieren Sie, warum dies Ihrer Meinung nach passiert ist.

TED-Talk: AnnMarie Thomas

Quelle: TED YouTube-Kanal

Squishy Circuit Skulptur von AnnMarie Thomas

Quelle: YouTube-Kanal der Universität St. Thomas

Design-Herausforderung

Sie sind Ingenieur und arbeiten daran, stromleitende Kreationen aus Teig zu entwerfen und zu bauen.

Eigenschaften

  • Muss zwei Arten von Teig verwenden (leitfähig und nicht leitend)
    LED(s) mit Strom zu versorgen.

Einschränkungen

Vervollständigen Sie Ihre Skulptur innerhalb der vorgegebenen Zeit.

  1. Teilen Sie die Klasse in Zweierteams auf.
  2. Verteilen Sie das Arbeitsblatt für den elektrischen Teig und die Rezepte für den leitfähigen und nicht leitfähigen Teig.
  3. Besprechen Sie die Themen im Abschnitt Hintergrundkonzepte.
  4. Überprüfen Sie den Konstruktionsprozess, die Designherausforderung, die Kriterien, Einschränkungen und Materialien. Wenn es die Zeit erlaubt, überprüfen Sie „Real World Applications“, bevor Sie die Design-Challenge durchführen.
  5. Bevor Sie die Schüler anweisen, mit dem Brainstorming und dem Skizzieren ihrer Entwürfe zu beginnen, bitten Sie sie, Folgendes zu berücksichtigen:
    ● Funktionsweise von Reihen- und Parallelschaltungen
    ● Die Unterschiede zwischen leitfähigen und isolierenden Materialien
    ● Was ist ein Kurzschluss?
    ● Was ist Polarität?
  6. Stellen Sie jedem Team seine Materialien zur Verfügung.
  7. Erklären Sie, dass die Schüler leitfähigen und nicht leitfähigen (isolierenden) Teig herstellen müssen. Sie testen den Teig, indem sie verschiedene Stromkreise mit LED-Leuchten herstellen.
  8. Geben Sie die Zeit an, die sie zum Entwerfen und Bauen haben (1 Stunde empfohlen).
  9. Verwenden Sie einen Timer oder eine Online-Stoppuhr (Countdown-Funktion), um sicherzustellen, dass Sie pünktlich sind. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Geben Sie den Schülern regelmäßige „Zeitprüfungen“, damit sie bei der Arbeit bleiben. Wenn sie Probleme haben, stellen Sie Fragen, die sie schneller zu einer Lösung führen.
  10. Teams machen ihren Teig.
  11. Testen Sie den Teig mit den Testschritten im Abschnitt Testmaterialien und Verfahren.
  12. Die Teams sollten die Ergebnisse jedes Testschritts dokumentieren.
  13. Besprechen Sie als Klasse die Reflexionsfragen der Schüler.

Variationen

Verwenden Sie LED-Lichter, Motoren, Summer, Lüfter oder andere Materialien, um kreativ zu werden!

Schaltungen

Die Schleife, durch die Strom fließt, wird als Kreislauf bezeichnet. Ein Stromkreis beginnt an einer Stromquelle, beispielsweise einer Batterie, und fließt durch Drähte und elektrische Komponenten (wie Lichter, Motoren usw.). Es gibt zwei Arten von Schaltungen – Reihenschaltungen und Parallelschaltungen.

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Serienschaltungen

Reihenschaltungen lassen nur einen Pfad für den Strom durch. In einer Reihenschaltung mit LEDs erscheinen die LEDs, die weiter von der Stromquelle entfernt sind, dunkler, da weniger Strom zur Verfügung steht, um sie zu versorgen. Würde eine LED durchbrennen oder in einer Reihenschaltung entfernt werden, würden auch alle darauffolgenden Leuchten erlöschen, da der eine Pfad zu den restlichen Leuchten unterbrochen wäre.

Parallelschaltungen

Parallelschaltungen ermöglichen mehrere Pfade für den Stromfluss. In einer Parallelschaltung mit LEDs wird jede LED auf ihrem eigenen Weg direkt mit Strom versorgt. Jede LED kann hell leuchten, egal
wo es ist, weil der Strom jede LED direkt erreicht. Wenn in einer Parallelschaltung ein Licht durchbrennt oder entfernt wird, leuchten die anderen weiter.

Leitfähige und isolierende Materialien

Leitfähige Materialien: Lassen Sie Strom durch sie fließen. Können Sie sich einige Materialien vorstellen, die Elektrizität leiten?

Isoliermaterialien: Lassen Sie keinen Strom durch sie fließen. Können Sie sich ein paar Dämmstoffe vorstellen? Die Isolation wird im Widerstand gemessen. Je isolierender ein Material ist, desto widerstandsfähiger ist es. Der isolierende Teig, mit dem Sie arbeiten werden, ist widerstandsfähig, d. h., es kann wenig Strom durch ihn fließen. Isolatoren wirken wie eine Wand, die Strom blockiert.

Kurzschluss

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Ein Kurzschluss entsteht, wenn sich Drähte berühren, die sich nicht berühren sollen. Aus diesem Grund leuchtet eine LED nicht, wenn sie in ein einzelnes Stück leitfähigen Teigs oder in
zwei Stück leitfähigen Teig, die sich dann berühren.

Polarität

Die Richtung des Stromflusses in einem Stromkreis wird Polarität genannt. In dieser Übung ist das rote Kabel vom Akkupack der Pluspol und das schwarze Kabel der Minuspol. Einige elektronische Komponenten haben auch eine positive und eine negative Seite und müssen in der richtigen Richtung angebracht werden, um zu funktionieren.

Die LEDs in dieser Aktivität haben jeweils zwei Leitungen, eine kurze und eine lange. Die längere Leitung geht auf die positive Seite und die kürzere Leitung geht auf die negative Seite.

Studentenreflexion (technisches Notizbuch)

  1. Strom geht immer den Weg des geringsten Widerstands. Warum hat die LED in Schritt 1 Ihrer Meinung nach nicht aufleuchtet, wenn sie in ein Stück leitfähigen Teig eingelegt wurde? Warum ist in Schritt 4 die LED ausgegangen, als sich die beiden leitfähigen Teigstücke berührten?
  2. Der leitfähige Teig besteht aus Wasser, Mehl, Salz, Weinstein und Pflanzenöl. Der Isolierteig besteht aus Wasser, Mehl, Zucker und Pflanzenöl. Was denkst du, führt dazu, dass ein Teig Strom leitet und der andere nicht?
  3. Welche anderen Materialien sind Ihrer Meinung nach leitfähig?
  4. Welche anderen Materialien sind Ihrer Meinung nach isolierend?

Zeitänderung

Der Unterricht kann für ältere Schüler in nur 1 Unterrichtsstunde durchgeführt werden. Um den Schülern zu helfen, sich nicht gehetzt zu fühlen, und um den Erfolg der Schüler sicherzustellen (insbesondere für jüngere Schüler), teilen Sie die Lektion in zwei Abschnitte auf, damit die Schüler mehr Zeit für Brainstorming, Testideen und die Fertigstellung ihres Designs haben. Führen Sie die Tests und Nachbesprechungen in der nächsten Unterrichtsstunde durch.

Schaltungen

Ein Stromkreis ist eine Schleife, durch die Strom fließt. Ein Stromkreis beginnt an einer Stromquelle, beispielsweise einer Batterie, und fließt durch Drähte und elektrische Komponenten (wie Lichter, Motoren usw.). Es gibt zwei Arten von Schaltungen – Reihenschaltungen und Parallelschaltungen.

Reihenschaltungen nur einen Weg für Strom fließen lassen. In einer Reihenschaltung mit LEDs erscheinen die LEDs, die weiter von der Stromquelle entfernt sind, dunkler, da weniger Strom zur Verfügung steht, um sie zu versorgen. Würde eine LED durchbrennen oder in einer Reihenschaltung entfernt werden, würden auch alle darauffolgenden Leuchten erlöschen, da der eine Pfad zu den restlichen Leuchten unterbrochen wäre. 

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Parallelschaltungen lassen mehrere Pfade für den Strom fließen. In einer Parallelschaltung mit LEDs wird jede LED auf ihrem eigenen Weg direkt mit Strom versorgt. Jede LED kann überall hell leuchten, da der Strom jede LED direkt erreicht. Wenn in einer Parallelschaltung ein Licht durchbrennt oder entfernt wird, leuchten die anderen weiter.

Leitfähigkeit und Isolierung

Materialien, die Strom leiten – also Strom fließen lassen – werden als leitfähig bezeichnet. Leitfähiges Material

Als können Schaltungen erstellt werden. Das kann bedeuten, Metalldraht oder ungewöhnlichere Dinge wie Obst, Kartoffeln und sogar Teig zu verwenden. In dem leitfähigen Teig, den Sie verwenden werden, hilft das Salz im Teig, die Elektrizität durch ihn zu transportieren, indem es in Na+ und Cl- Ionen dissoziiert.

Materialien, durch die kein Strom fließen kann, werden als isolierend bezeichnet. Die Isolation wird im Widerstand gemessen. Je isolierender ein Material ist, desto widerstandsfähiger ist es. Der isolierende Teig, mit dem Sie arbeiten werden, ist widerstandsfähig, d. h., es kann wenig Strom durch ihn fließen.

Isolatoren wirken wie eine Wand zum Strom. Der Strom wird entweder durch einen Isolator gestoppt oder muss ihn umgehen. Da der isolierende Teig keinen Strom leitet, kann er verwendet werden, um den leitfähigen Teig zu trennen und den Strom zu zwingen, durch andere elektrische Komponenten wie LEDs und Motoren zu fließen.

Widerstand ist auch wichtig, um den Stromfluss zu einer bestimmten Komponente zu verlangsamen. NS

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Der leitfähige Teig lässt beispielsweise Strom durch ihn fließen, bietet aber auch einen gewissen Widerstand. Dies hilft, den Stromfluss vom Akku zu den LEDs zu verlangsamen. Würde die LED direkt an den Akku angeschlossen, würde die LED durchbrennen.

Kurzschluss

Strom geht immer den Weg des geringsten Widerstands. Anstatt langsam durch ein widerstandsfähiges Material zu fließen, nimmt die Elektrizität einen Weg durch etwas Leitfähigeres, wie eine LED, einen Motor, einen Draht oder ein anderes leitfähigeres Material. So kann der Strom mit Dämmstoffen den Kurs ändern und sich durch die Bauteile bewegen, durch die er fließen soll.

Wenn es einen Weg um ein elektrisches Bauteil wie eine LED herum gibt, der weniger Widerstand bietet, wird der Strom die LED umgehen und den Weg des geringsten Widerstands nehmen. Dies wird als Kurzschluss bezeichnet. Aus diesem Grund wird eine LED in ein einzelnes Stück leitfähigen Teig eingelegt oder

  • Leiter: Material, durch das Strom fließen kann.
  • Isolator: Material, durch das kein Strom fließen kann.
  • Kratzern: Die Isolierung wird als Widerstand gemessen. Je isolierender ein Material ist, desto widerstandsfähiger ist es.
  • Schaltung: Die Schleife, durch die Strom fließt. Ein Stromkreis beginnt an einer Stromquelle, beispielsweise einer Batterie, und fließt durch Drähte und elektrische Komponenten (wie Lichter, Motoren usw.).
  • Serienschaltung: Lässt einen Strompfad durch.
  • Parallelschaltung: Ermöglicht den Stromfluss auf mehreren Wegen.
  • Kurzschluss: Wenn sich Drähte berühren, die nicht miteinander in Kontakt kommen sollen.

Internetverbindungen

Literatur-Empfehlungen

  • Elektronik für Kinder: Spielen Sie mit einfachen Schaltungen und experimentieren Sie mit Elektrizität! (ISBN: 978-1593277253)
  • Ein Anfängerleitfaden für Schaltungen: Neun einfache Projekte mit Lichtern, Klängen und mehr! (ISBN: 978-1593279042)
  • Squishy-Schaltungen bauen (ISBN: 978-1634727235)
  • Das große Buch der Makerspace-Projekte: Inspirierende Maker zum Experimentieren, Gestalten und Lernen (ISBN: 978-1259644252)

Aktivität schreiben

In dieser Übung bauen Sie Objekte aus einem Material, das Strom leiten kann. Auf diese Weise können Sie Ihrer Kreation Lichter, Motoren, Lüfter und andere elektrische Elemente hinzufügen. Chris Tuan, ein Bauingenieur an der University of Nebraska, Lincoln, entwickelte eine Formel zur Herstellung von leitfähigem Beton, der zur Herstellung von Straßen und Gehwegen verwendet werden kann, die Eis und Schnee schmelzen können. Wenn Sie ein Gebäude aus leitfähigen Materialien bauen könnten, wie würden Sie seine elektrischen Eigenschaften nutzen?

Anpassung an Curriculum Frameworks

Hinweis: Alle Unterrichtspläne in dieser Reihe richten sich nach den K-12 Computer Science Standards der Computer Science Teachers Association, den Common Core State Standards für Mathematik in den USA und gegebenenfalls auch nach den Grundsätzen und Standards der National Council of Teachers of Mathematics für Mathematik Mathematik, die Standards der International Technology Education Association für technologische Kompetenz und die vom National Research Council erstellten US National Science Education Standards.

Wissenschaftliche Standards der nächsten Generation

Schüler, die Verständnis zeigen, können

  • 3-5-ETS1-1. Definieren Sie ein einfaches Entwurfsproblem, das einen Bedarf oder einen Wunsch widerspiegelt, das festgelegte Erfolgskriterien und Einschränkungen hinsichtlich Material, Zeit oder Kosten umfasst.
  • 3-5-ETS1-2. Generieren und vergleichen Sie mehrere mögliche Lösungen für ein Problem, basierend darauf, wie gut jede die Kriterien und Einschränkungen des Problems wahrscheinlich erfüllt.
  • 3-5-ETS1-3. Planen und führen Sie faire Tests durch, bei denen Variablen kontrolliert und Fehlerpunkte berücksichtigt werden, um Aspekte eines Modells oder Prototyps zu identifizieren, die
    verbessert.
  • 4-PS3-2. Machen Sie Beobachtungen, um nachzuweisen, dass Energie durch Schall, Licht, Wärme und elektrische Ströme von Ort zu Ort übertragen werden kann
  • 4-PS3-4. Wenden Sie wissenschaftliche Ideen an, um ein Gerät zu entwickeln, zu testen und zu verfeinern, das konvertiert
    Energie von einer Form in die andere.
  • MS-ETS1-1. Definieren Sie die Kriterien und Randbedingungen eines Entwurfsproblems mit ausreichenden
    Präzision für eine erfolgreiche Lösung unter Berücksichtigung einschlägiger wissenschaftlicher
    Prinzipien und potenzielle Auswirkungen auf Mensch und Natur, die mögliche Lösungen einschränken können.
  • MS-ETS1-2. Bewerten Sie konkurrierende Designlösungen mithilfe eines systematischen Prozesses, um
    bestimmen, wie gut sie die Kriterien und Einschränkungen des Problems erfüllen.
  • MS-ETS1-3. Analysieren Sie Daten aus Tests, um Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen mehreren Designlösungen zu bestimmen, um die besten Eigenschaften jeder einzelnen zu identifizieren, die zu einer neuen Lösung kombiniert werden können, um die Erfolgskriterien besser zu erfüllen.
  • MS-ETS1-4. Entwickeln Sie ein Modell, um Daten für iteratives Testen und Modifizieren eines vorgeschlagenen Objekts, Werkzeugs oder Prozesses zu generieren, sodass ein optimales Design erreicht werden kann.

Standards für technologische Kompetenz - alle Altersgruppen

  • Kapitel 8 – Die Attribute des Designs
    • Definitionen von Design
    • Anforderungen an das Design
  • Kapitel 9 – Technisches Design
    • Konstruktionsprozess
    • Kreativität und Berücksichtigung aller Ideen
    • Modelle
  • Kapitel 10 – Die Rolle von Fehlersuche, Forschung und Entwicklung, Erfindung und Experimentieren bei der Problemlösung
    • Problemlösung
    • Erfindung und Innovation
    • Experimentieren
  • Kapitel 11 – Anwendung des Designprozesses
    • Informationen sammeln
    • Visualisieren Sie eine Lösung
    • Lösungen testen und bewerten
    • Ein Design verbessern
  • Kapitel 16 – Energie- und Energietechnologien
    • Energie gibt es in verschiedenen Formen
    • Werkzeuge, Maschinen, Produkte und Systeme

Schaltungen

Ein Stromkreis ist eine Schleife, durch die Strom fließt. Ein Stromkreis beginnt an einer Stromquelle, beispielsweise einer Batterie, und fließt durch Drähte und elektrische Komponenten (wie Lichter, Motoren usw.). Es gibt zwei Arten von Schaltungen – Reihenschaltungen und Parallelschaltungen.

Reihenschaltungen nur einen Weg für Strom fließen lassen. In einer Reihenschaltung mit LEDs erscheinen die LEDs, die weiter von der Stromquelle entfernt sind, dunkler, da weniger Strom zur Verfügung steht, um sie zu versorgen. Würde eine LED durchbrennen oder in einer Reihenschaltung entfernt werden, würden auch alle darauffolgenden Leuchten erlöschen, da der eine Pfad zu den restlichen Leuchten unterbrochen wäre.

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Parallelschaltungen lassen mehrere Pfade für den Strom fließen. In einer Parallelschaltung mit LEDs wird jede LED auf ihrem eigenen Weg direkt mit Strom versorgt. Jede LED kann überall hell leuchten, da der Strom jede LED direkt erreicht. Wenn in einer Parallelschaltung ein Licht durchbrennt oder entfernt wird, leuchten die anderen weiter.

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Leitfähigkeit und Isolierung

Materialien, die Strom leiten – also Strom fließen lassen – werden als leitfähig bezeichnet. Leitfähige Materialien können verwendet werden, um Schaltkreise zu erstellen. Das kann bedeuten, Metalldraht oder ungewöhnlichere Dinge wie Obst, Kartoffeln und sogar Teig zu verwenden. In dem leitfähigen Teig, den Sie verwenden werden, hilft das Salz im Teig, die Elektrizität durch ihn zu transportieren, indem es in Na+ und Cl- Ionen dissoziiert.

Materialien, durch die kein Strom fließen kann, werden als isolierend bezeichnet. Die Isolation wird im Widerstand gemessen. Je isolierender ein Material ist, desto widerstandsfähiger ist es. Der isolierende Teig, mit dem Sie arbeiten werden, ist widerstandsfähig, d. h., es kann wenig Strom durch ihn fließen.

Isolatoren wirken wie eine Wand zum Strom. Der Strom wird entweder durch einen Isolator gestoppt oder muss ihn umgehen. Da der isolierende Teig keinen Strom leitet, kann er verwendet werden, um den leitfähigen Teig zu trennen und den Strom zu zwingen, durch andere elektrische Komponenten wie LEDs und Motoren zu fließen.

Widerstand ist auch wichtig, um den Stromfluss zu einer bestimmten Komponente zu verlangsamen. Der leitfähige Teig lässt beispielsweise Strom durch ihn fließen, bietet aber auch einen gewissen Widerstand. Dies hilft, den Stromfluss vom Akku zu den LEDs zu verlangsamen. Würde die LED direkt an den Akku angeschlossen, würde die LED durchbrennen.

Kurzschluss

Strom geht immer den Weg des geringsten Widerstands. Anstatt langsam durch ein widerstandsfähiges Material zu fließen, nimmt die Elektrizität einen Weg durch etwas Leitfähigeres, wie eine LED, einen Motor, einen Draht oder ein anderes leitfähigeres Material. So kann der Strom mit Dämmstoffen den Kurs ändern und sich durch die Bauteile bewegen, durch die er fließen soll.

Wenn es einen Weg um ein elektrisches Bauteil wie eine LED herum gibt, der weniger Widerstand bietet, wird der Strom die LED umgehen und den Weg des geringsten Widerstands nehmen. Dies wird als Kurzschluss bezeichnet. Aus diesem Grund wird eine LED, die in ein einzelnes Stück leitfähigen Teigs oder in zwei Stücke leitfähigen Teigs, die sich dann berühren, eingesetzt wird, die LED nicht leuchten.

Polarität

Elektrischer Strom fließt vom Pluspol einer Energiequelle zum Minuspol. Die Richtung des Stromflusses in einem Stromkreis wird Polarität genannt. In dieser Übung ist das rote Kabel vom Akkupack der Pluspol und das schwarze Kabel der Minuspol. Einige elektronische Komponenten haben auch eine positive und eine negative Seite und müssen in der richtigen Richtung angebracht werden, um zu funktionieren. Die LEDs, mit denen Sie arbeiten werden, haben jeweils zwei Leitungen, eine kurze und eine lange. Die längere Leitung geht auf die positive Seite und die kürzere Leitung geht auf die negative Seite. Wenn die LED falsch herum angebracht ist, leuchtet sie erst, wenn sie umgedreht wurde. Motoren funktionieren, wenn sie in beide Richtungen angebracht sind. Die Richtung, in die der Strom fließt, bestimmt jedoch die Drehrichtung der Motorwelle.

In dieser Aktivität werden Sie Kreationen aus Teig herstellen, genau wie Sie es in jungen Jahren getan haben. Nur diese Kreationen können Strom leiten, sodass Sie Schaltungen erstellen und Funktionen wie Lichter, Motoren und mehr hinzufügen können. Sie arbeiten mit zwei Arten von Teig. Ein Teig (farbig) ist leitfähig und lässt Strom durch ihn fließen. Der andere (weiß) ist isolierend und lässt keinen Strom durch. Sie beginnen damit, die beiden Teigarten zu erkunden und wie sie zusammenarbeiten, um Schaltkreise zu erstellen. Dann können Sie Spaß haben, kreativ zu werden.

Zirkel üben/Deinen Teig kennenlernen

  1. Beginnen Sie mit einer Kugel des leitfähigen Teigs. Stecken Sie die Drähte des Akkus in die gegenüberliegenden Seiten des Teigs. Setzen Sie eine LED in den Teig ein. Was geschieht?

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  1. Als nächstes trennen Sie den leitfähigen Teig in zwei Teile. Stecken Sie einen Akkudraht in ein Teigstück und den anderen in das andere Teigstück. Stecken Sie nun die LED mit einer Leitung in ein Teigstück und die andere Leitung in das zweite Teigstück. Was geschieht?

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  1. Als nächstes die LED entfernen und umdrehen, dann wieder in die beiden Teigstücke einführen, wobei die Leitungen in der entgegengesetzten Richtung wie zuvor waren. Was geschieht? Warum denkst du, ist es passiert?

 

 

 

 

  1. Berühren Sie mit der LED in der leuchtenden Position die beiden Teigstücke zusammen. Was geschieht? Warum denkst du, ist es passiert?

 

 

 

 

  1. Als nächstes fügen Sie ein Stück isolierenden Teig zwischen die beiden leitfähigen Teigstücke und befestigen Sie sie so, dass sie sich berühren. Mit der LED, die den isolierenden Teig überspannt und in die beiden Abschnitte des leitfähigen Teigs eingesetzt ist, haben Sie einen festen Gegenstand. Die LED leuchtet jedoch, weil kein Kurzschluss auftritt. Da der Isolierteig den Strom nicht durchfließen lässt, geht der Strom stattdessen durch die LED und leuchtet sie auf.

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  1. Verwenden Sie den leitfähigen und isolierenden Teig, um eine Reihenschaltung mit zwei oder mehr LEDs zu erstellen. Was fällt dir an den Lichtern auf? Warum denkst Du, das ist?

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  1. Verwenden Sie den leitfähigen und isolierenden Teig, um eine Parallelschaltung mit drei LEDs zu erstellen. Was fällt dir an den Lichtern auf? Wie unterscheiden sie sich von den Leuchten in der Reihenschaltung? Warum denkst Du, das ist?

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Werde kreativ

Jetzt, da Sie wissen, wie Sie die beiden Arten von Teig verwenden, um eine LED anzutreiben und einen Motor zu betreiben, versuchen Sie, etwas Kreatives zu bauen. Sie können LEDs, Motoren, Summer, Lüfter oder andere Materialien verwenden, die Ihr Lehrer zur Verfügung gestellt hat. Sie könnten ein Tier mit leuchtenden Augen bauen, einen Hubschrauber mit einem sich drehenden Propeller oder alles andere, was Sie sich vorstellen können. Wenn Sie fertig sind, teilen Sie Ihre Kreation mit dem Rest der Klasse und sehen Sie, was sich Ihre Klassenkameraden ausgedacht haben. Hier sind einige Kreationen, die andere Schüler gemacht haben:

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Vielen Dank an Matt Francis, Ph.D., IEEE East Area Chair, Region 5 für das Teilen.

Übersetzung des Unterrichtsplans

Herunterladbare Abschlussbescheinigung für Studenten