Masa eléctrica

Materiais requiridos

• Masa condutora (ver receita abaixo)
• Masa non condutora / illante (ver receita abaixo)
• pilas AA
• Baterías con terminais
• LEDs (tamaño de 10 mm recomendado)
• Arame con clips de caimán

Materiais opcionais (táboa de posibilidades)

• Motores eléctricos mini DC
• Fan, zumbadores e outros compoñentes

Receita de masa condutora

Ingredientes:

• 1 cup water
• 1 1⁄2 cunca de fariña
• 1⁄4 cunca de sal
• 3 culleres de sopa. crema de tártaro
• 1 colher de sopa. aceite vexetal
• Colorante alimentario

1. Mestura auga cunha cunca de fariña, sal, crema de tártaro, aceite vexetal e colorante alimentario nunha pota de tamaño medio.
2. Cocer a mestura a lume medio mentres remexemos continuamente.
3. Continúa removendo ata que a mestura forme unha bola no centro do pote.
4. Coloque a pelota sobre unha superficie lixeiramente enfarinhada. A masa estará moi quente. Déixeo arrefriar uns minutos antes de manipular.
5. Amasa a ½ cunca de fariña restante na bola ata que alcance a consistencia desexada.
6. Garde a masa nun recipiente hermético.

Receita de masa non condutora / illante

Ingredientes:

• 1 1⁄2 cunca de fariña
• 1⁄2 cunca de azucre
• 3 colher de sopa. aceite vexetal
• 1⁄2 cunca de auga (o mellor é desionizado ou destilado, pero pódese usar auga da billa)

1. Mestura 1 cunca de fariña, azucre e aceite nun bol.
2. Incorporar unha pequena cantidade de auga. Continúe engadindo auga e remexendo ata que a maior parte da auga se absorba.
3. Unha vez que a mestura ten a consistencia de pequenos grumos separados, amasar a mestura coas mans ata formar un único grumo.
4. Engade auga á masa e continúa amasando ata que teña unha textura pegañenta e semellante á masa.
5. Engade un pouco da fariña restante e amásao na masa ata acadar a textura desexada.
6. Garde a masa nun recipiente hermético.

Obras

• Use elementos do kit de construción

Proceso

1. Comezar cunha bola da masa condutora. Insira os fíos da batería nos lados opostos da masa. Insira un LED na masa. Vexa o que pasa.
2. A continuación, separe a masa condutora en dous anacos. Insira un fío da batería nun anaco de masa e o outro no outro anaco de masa. Agora insira o LED cun chumbo nunha peza da masa e o outro chumbo na segunda peza de masa. Vexa o que pasa.
3. A continuación, elimina o LED e xírao, cos cables na dirección oposta. Vexa o que pasa. Documenta por que cres que sucedeu isto.
4. Co LED na posición iluminada, toque as dúas pezas de masa xuntas. Vexa o que pasa. Documenta por que cres que sucedeu isto.
5. Engade un anaco de masa illante entre os dous anacos de masa condutora e únea para que toquen. Co LED a cabalo entre a masa illante e inserida nas dúas seccións da masa condutora. ¿Está iluminado o LED?
6. Use a masa condutora e illante para crear un circuíto en serie con dous ou máis LEDs. Que notas das luces? Documenta por que cres que sucedeu isto.
7. Utiliza a masa condutora e illante para crear un circuíto paralelo con tres LED. Que notas das luces? En que se diferencian das luces do circuíto da serie? Documenta por que cres que sucedeu isto.

Charla TED: AnnMarie Thomas

Fonte: canle de YouTube TED

Escultura Squishy Circuit de AnnMarie Thomas

Fonte: Canle de YouTube da Universidade de Santo Tomás

Deseño Challenge

Vostede é un enxeñeiro que traballa no deseño e construción de electricidade conducindo creacións a partir de masa.

Criterios

• Debe usar dous tipos de masa (condutora e non condutora)
  para alimentar LED (s).

Restriccións

Completa a túa escultura no tempo indicado.

1. Divida a clase en equipos de 2.
2. Entrega a folla de traballo de masa eléctrica e receitas para a masa condutora e non condutora.
3. Debate sobre os temas na sección Conceptos de fondo.
4. Revise o proceso de deseño de enxeñaría, o desafío de deseño, os criterios, as restricións e os materiais. Se o tempo o permite, revise "Aplicacións do mundo real" antes de realizar o desafío de deseño.
5. Antes de indicar aos estudantes que empecen a facer tormentas de ideas e esbozar os seus deseños, pídalles que consideren o seguinte
   ● Como funcionan os circuítos en serie e paralelos
   ● As diferenzas entre materiais condutores e illantes
   ● Que é un curtocircuíto?
   ● Que é a polaridade?
6. Proporcionar a cada equipo os seus materiais.
7. Explica que os alumnos deben fabricar masa condutora e non condutora (illante). Probarán a masa facendo diferentes circuítos usando luces LED.
8. Anuncia o tempo que teñen para deseñar e construír (recoméndase 1 hora).
9. Use un temporizador ou un cronómetro en liña (función de conta atrás) para asegurarse de manter o tempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dálles aos estudantes "controis de tempo" regulares para que poidan seguir a tarefa. Se están loitando, faga preguntas que os leven a unha solución máis rápido.
10. Os equipos fan a súa masa.
11. Proba a masa empregando os pasos da proba na sección de materiais e procesos.
12. Os equipos deberían documentar os resultados de cada paso de proba.
13. Como clase, debate sobre as preguntas de reflexión do alumno.

Variacións

Usa luces LED, motores, zumbadores, ventiladores ou calquera outro material para ser creativo.

Circuits

O lazo que atravesa a electricidade chámase circuíto. Un circuíto comeza nunha fonte de enerxía, como unha batería, e flúe a través de fíos e compoñentes eléctricos (como luces, motores, etc.). Hai dous tipos de circuítos: circuítos en serie e circuítos paralelos.

Circuítos en serie

Os circuítos en serie só permiten que circule un camiño. Nun circuíto en serie con LED, os LED máis afastados da fonte de enerxía parecerán máis tenues, porque hai menos electricidade dispoñible para alimentalos. Se un LED se queimase ou se eliminase nun circuíto en serie, tamén se apagarán todas as luces que o seguen, porque o camiño cara ás luces restantes estaría desconectado.

Circuítos paralelos

Os circuítos paralelos permiten que circule a través de múltiples rutas. Nun circuíto paralelo con LEDs, cada LED ten electricidade que flúe directamente cara a el polo seu propio camiño. Cada LED pode brillar intensamente sen importar
onde está, porque a electricidade chega directamente a cada LED. Ademais, nun circuíto paralelo, se unha luz se queima ou se elimina, as outras seguirán brillando.

Materiais condutores e illantes

Materiais condutores: permiten que a electricidade flúa a través deles. ¿Se che ocorren algúns materiais que conducen a electricidade?

Materiais illantes: non permitan que a electricidade flúa a través deles. ¿Se che ocorren algúns materiais illantes? O illamento mídese en resistencia. Canto máis illante é un material, máis resistencia ten. A masa illante coa que traballará é resistiva, o que significa que pouca electricidade pode fluír por ela. Os illantes actúan como unha parede que bloquea a electricidade.

Curto circuíto

Un curtocircuíto ocorre cando os fíos que non se supón que entran en contacto entre si tocan. É por iso que un LED non se acenderá cando se insira nunha soa peza de masa condutora ou dentro
dúas pezas de masa condutora que logo se tocan.

polaridade

A dirección do fluxo de corrente nun circuíto chámase polaridade. Nesta actividade, o fío vermello da batería é o polo positivo e o fío negro é o polo negativo. Algúns compoñentes electrónicos tamén teñen un lado positivo e negativo e deben funcionar na dirección correcta para funcionar.

Os LEDs desta actividade teñen dúas pistas, unha curta e outra longa. A vantaxe máis longa vai ao lado positivo e a vantaxe máis curta vai ao lado negativo.

Reflexión do estudante (caderno de enxeñaría)

1. A electricidade sempre toma o camiño da menor resistencia. No paso 1, por que cres que o LED non se acendeu cando se inseriu nunha peza de masa condutora? No paso 4, por que cres que se apagou o LED cando as dúas pezas de masa condutora se tocaron?
2. A masa condutora está feita de auga, fariña, sal, crema de tártaro e aceite vexetal. A masa illante está feita de auga, fariña, azucre e aceite vexetal. Que cres que fai que unha masa conduza electricidade e a outra non?
3. Que outros materiais cres que son condutores?
4. Que outros materiais cres que son illantes?

A lección pódese facer en tan só 1 período de clase para estudantes maiores. Non obstante, para evitar que os estudantes se sintan apresurados e para garantir o éxito dos estudantes (especialmente para os máis novos), divida a lección en dous períodos dándolle aos estudantes máis tempo para facer unha pluja de ideas, probar ideas e finalizar o seu deseño. Realice as probas e o resumo no seguinte período de clases.

• Condutor: Material que permite que a electricidade flúa por ela.
• Illante: Material que non permite que a electricidade flúa por ela.
• Resistencia: O illamento mídese en resistencia. Canto máis illante é un material, máis resistencia ten.
• circuíto: O lazo que atravesa a electricidade. Un circuíto comeza nunha fonte de enerxía, como unha batería, e flúe a través de fíos e compoñentes eléctricos (como luces, motores, etc.).
• Circuíto en serie: Permite que circule un camiño pola electricidade.
• Circuíto paralelo: Permite que circule a través de varios camiños.
• Curto circuíto: Cando os fíos que non se supón que entran en contacto entre si tocan.

Conexións a Internet

• Circuítos Squishy
• Makerspaces.com: Circuitos Squishy
• AnnMarie Thomas: Ciencia práctica con circuítos suaves

Lectura recomendada

• Electrónica para nenos: xoga con circuítos sinxelos e experimenta coa electricidade. (ISBN: 978-1593277253)
• Unha guía para principiantes sobre circuítos: nove proxectos sinxelos con luces, sons e moito máis. (ISBN: 978-1593279042)
• Construíndo Circuitos Squishy (ISBN: 978-1634727235)
• O gran libro dos proxectos Makerspace: inspirar aos creadores a experimentar, crear e aprender (ISBN: 978-1259644252)

Actividade escrita

Nesta actividade, construirás obxectos usando un material que poida conducir a electricidade. Isto permitiralle engadir luces, motores, ventiladores e outros elementos eléctricos á súa creación. Chris Tuan, enxeñeiro civil da Universidade de Nebraska, Lincoln desenvolveu unha fórmula para fabricar formigón condutor que se pode usar para facer estradas e beirarrúas que poidan derreter o xeo e a neve. Se puideses construír un edificio con materiais condutores, como usarías as súas propiedades eléctricas?

Aliñación aos marcos curriculares

Nota: Todos os plans de lección desta serie están aliñados cos estándares de ciencias da computación da Asociación de Profesores de Informática K-12, os estándares comúns estatais comúns de Estados Unidos para matemáticas e, se é o caso, tamén cos principios e normas para a escola do Consello Nacional de Profesores de Matemáticas. Matemáticas, os estándares para a alfabetización tecnolóxica da Asociación Internacional de Educación Tecnolóxica e os estándares nacionais de educación científica dos Estados Unidos que foron elaborados polo National Research Council.

Normas científicas de próxima xeración

Os estudantes que demostren comprensión poden

• 3-5-ETS1-1. Defina un problema de deseño sinxelo que reflicta unha necesidade ou un desexo que inclúa criterios específicos de éxito e restricións en materiais, tempo ou custo.
• 3-5-ETS1-2. Xera e compara varias solucións posibles a un problema en función do ben que cada un cumpra os criterios e as restricións do problema.
• 3-5-ETS1-3. Planificar e realizar probas xustas nas que se controlen as variables e se consideren os puntos de fallo para identificar os aspectos dun modelo ou prototipo que poden ser
  mellorado.
• 4-PS3-2. Fai observacións para proporcionar evidencias de que a enerxía pode ser transferida dun lugar a outro polo son, a luz, a calor e as correntes eléctricas
• 4-PS3-4. Aplica ideas científicas para deseñar, probar e perfeccionar un dispositivo que converta
  enerxía dunha forma a outra.
• MS-ETS1-1. Defina os criterios e as restricións dun problema de deseño con suficiente
  precisión para garantir unha solución exitosa, tendo en conta científica relevante
  principios e impactos potenciais sobre as persoas e o medio natural que poden limitar posibles solucións.
• MS-ETS1-2. Avaliar solucións de deseño competitivas empregando un proceso sistemático para
  determinar o ben que cumpren os criterios e as restricións do problema.
• MS-ETS1-3. Analiza os datos das probas para determinar similitudes e diferenzas entre varias solucións de deseño para identificar as mellores características de cada unha que se poden combinar nunha nova solución para cumprir mellor os criterios de éxito.
• MS-ETS1-4. Desenvolva un modelo para xerar datos para probas iterativas e modificacións dun obxecto, ferramenta ou proceso proposto de xeito que se poida acadar un deseño óptimo.

Normas para a alfabetización tecnolóxica - Todas as idades

• Capítulo 8 - Os atributos do deseño
  • Definicións de Deseño
  • Requisitos de deseño
• Capítulo 9 - Deseño de Enxeñaría
  • Proceso de Deseño de Enxeñaría
  • Creatividade e tendo en conta todas as ideas
  • Modelos
• Capítulo 10 - O papel da resolución de problemas, investigación e desenvolvemento, invención e experimentación na resolución de problemas
  • Solución de problemas
  • Invención e innovación
  • Experimentación
• Capítulo 11 - Aplicar o proceso de deseño
  • Recolle información
  • Visualiza unha solución
  • Probar e avaliar solucións
  • Mellorar un deseño
• Capítulo 16 - Tecnoloxías de enerxía e enerxía
  • A enerxía ten diferentes formas
  • Ferramentas, máquinas, produtos e sistemas

Circuits

Un circuíto é un bucle polo que flúe a electricidade. Un circuíto comeza nunha fonte de enerxía, como unha batería, e flúe a través de fíos e compoñentes eléctricos (como luces, motores, etc.). Hai dous tipos de circuítos: circuítos en serie e circuítos paralelos.

Circuítos en serie só permita que circule un camiño. Nun circuíto en serie con LEDs, os LED máis afastados da fonte de enerxía parecerán máis tenues, porque hai menos electricidade dispoñible para alimentalos. Se un LED se queimase ou se eliminase nun circuíto en serie, tamén se apagarán todas as luces que o seguen, porque o camiño ás luces restantes estaría desconectado.

Circuítos paralelos permitir que circule a través de varios camiños. Nun circuíto paralelo con LED, cada LED ten electricidade que flúe directamente cara a el polo seu propio camiño. Cada LED pode brillar intensamente, independentemente de onde estea, porque a electricidade chega directamente a cada LED. Ademais, nun circuíto paralelo, se se queima unha luz ou se elimina, as outras seguirán brillando.

Condutividade e illamento

Os materiais que conducen a electricidade, permitindo que a electricidade flúa a través deles, chámanse conductores. Pódense empregar materiais condutores para crear circuítos. Isto pode significar usar fíos metálicos ou cousas máis inusuales como froitas, patacas e incluso masa. Na masa condutora que empregará, o sal da masa axuda a mover a electricidade por ela disociando os ións Na + e Cl-.

Os materiais que non permiten que a electricidade flúa a través deles chámanse illantes. O illamento mídese en resistencia. Canto máis illante é un material, máis resistencia ten. A masa illante coa que traballará é resistiva, o que significa que pouca electricidade pode fluír por ela.

Os illantes actúan como unha parede á electricidade. A electricidade é detida por un illante ou ten que atopar un xeito de rodeala. Dado que a masa illante non conduce electricidade, pódese usar para separar a masa condutora e forzar a electricidade a fluír a través doutros compoñentes eléctricos, como LEDs e motores.

A resistencia tamén é importante para axudar a retardar o fluxo de electricidade a un determinado compoñente. Por exemplo, a masa condutora permite que a electricidade flúa a través dela, pero tamén ofrece certa resistencia. Isto axuda a retardar o fluxo de electricidade desde a batería ata os LED. Se o LED se conectase directamente á batería, o LED arderíase.

Curto circuíto

A electricidade sempre toma o camiño da menor resistencia. En vez de fluír lentamente a través dun material resistente, a electricidade percorrerá algo máis condutor, como un LED, un motor, un fío ou outro material máis condutor. Así é como se poden empregar materiais illantes para cambiar o rumbo da electricidade e moverse polos compoñentes polos que desexa que flúa.

Se hai un camiño ao redor dun compoñente eléctrico, como un LED, que ofrece menos resistencia, a electricidade evitarase o LED, tomando o camiño de menor resistencia. Isto chámase curtocircuíto. É por iso que un LED inserido nunha soa peza de masa condutora ou en dúas pezas de masa condutora que logo se tocan entre si, o LED non se iluminará.

polaridade

A corrente eléctrica flúe desde o polo positivo dunha fonte de enerxía ao polo negativo. A dirección do fluxo de corrente nun circuíto chámase polaridade. Nesta actividade, o fío vermello da batería é o polo positivo e o fío negro é o polo negativo. Algúns compoñentes electrónicos tamén teñen un lado positivo e negativo e deben funcionar na dirección correcta para funcionar. Os LED cos que traballará cada un teñen dúas derivacións, unha curta e outra longa. A vantaxe máis longa vai ao lado positivo e a vantaxe máis curta vai ao lado negativo. Se o LED está conectado na dirección incorrecta, non se iluminará ata que se dea a volta. Os motores funcionarán cando estean conectados en calquera dirección. Non obstante, a dirección na que flúe a electricidade determinará a dirección de xiro do eixe do motor.

Nesta actividade, crearás creacións a partir de masa, como facías cando eras máis novo. Só estas creacións poden conducir electricidade, o que lle permite crear circuítos e engadir funcións como luces, motores e moito máis. Traballarás con dous tipos de masa. Unha masa (de cor) é condutora e permitirá que a electricidade flúa por ela. O outro (branco) é illante e non deixa pasar a electricidade. Comezarás explorando os dous tipos de masa e como traballan xuntos para crear circuítos. Despois, podes divertirte facendo creatividade.

Practica circuítos / Coñece a túa masa

1. Comezar cunha bola da masa condutora. Insira os fíos da batería nos lados opostos da masa. Insira un LED na masa. Que pasa?

   

2. A continuación, separe a masa condutora en dous anacos. Insira un fío da batería nun anaco de masa e o outro no outro anaco de masa. Agora insira o LED cun chumbo nunha peza da masa e o outro chumbo na segunda peza de masa. Que pasa?

   

3. A continuación, elimina o LED e xírao e logo insíreo de novo nos dous anacos de masa cos cables na dirección oposta a como estaban antes. Que pasa? Por que cres que sucedeu?

4. Co LED na posición iluminada, toque as dúas pezas de masa xuntas. Que pasa? Por que cres que sucedeu?

5. A continuación, engade un anaco de masa illante entre os dous anacos de masa condutora e únea para que toquen. Co LED a cabalo entre a masa illante, inserida nas dúas seccións da masa condutora, tes un obxecto sólido. Non obstante, o LED está a acender porque non hai ningún curtocircuíto. Dado que a masa illante non permite que a electricidade flúa por ela, a electricidade pasa polo LED, iluminándoa.

   

6. Utiliza a masa condutora e illante para crear un circuíto en serie con dous ou máis LEDs. Que notas das luces? Por que cres que é iso?

   

7. Utiliza a masa condutora e illante para crear un circuíto paralelo con tres LED. Que notas das luces? En que se diferencian das luces do circuíto da serie? Por que cres que é iso?

   

Sexa creativo

Agora que xa entendes como usar os dous tipos de masa para alimentar un LED e facer funcionar un motor, tenta construír algo creativo. Podes usar LEDs, motores, zumbadores, ventiladores ou calquera outro material que proporcionou o teu profesor. Podería facer un animal con ollos iluminados, un helicóptero cunha hélice xiratoria ou calquera outra cousa que poida imaxinar. Unha vez rematado, comparte a túa creación co resto da clase e mira o que pensabas os teus compañeiros. Aquí tes algunhas creacións que fixeron outros estudantes: