Električno tijesto

Potrebni materijali

• Vodljivo tijesto (vidi recept ispod)
• Neprovodljivo / izolacijsko tijesto (vidi recept ispod)
• AA baterije
• Baterijske jedinice s priključcima
• LED diode (preporučena veličina 10 mm)
• Žica s aligatorskim kopčama

Fakultativni materijali (tablica mogućnosti)

• Mini DC električni hobi motori
• Ventilatori, zujalice i ostale komponente

Provodljivi recept za tijesto

Sastojci:

• 1 cup water
• 1 1⁄2 šalice brašna
• 1⁄4 šalice soli
• 3 žlice. krema od zubnog kamenca
• 1 žlica. biljno ulje
• Bojanje hrane

1. Pomiješajte vodu s 1 šalicom brašna, soli, vrhnjem tartara, biljnim uljem i bojom za hranu u loncu srednje veličine.
2. Smjesu kuhajte na umjerenoj vatri uz neprestano miješanje.
3. Nastavite miješati dok smjesa ne stvori kuglicu u središtu posude.
4. Stavite loptu na lagano pobrašnjenu površinu. Tijesto će biti jako vruće. Ostavite da se ohladi nekoliko minuta prije rukovanja.
5. Umijesite preostalu ⁄ šalice brašna u kuglu dok ne postigne željenu konzistenciju.
6. Spremite tijesto u hermetički zatvorenu posudu.

Neprovodljivi / izolacijski recept za tijesto

Sastojci:

• 1 1⁄2 šalice brašna
• 1⁄2 šalice šećera
• 3 žlica. biljno ulje
• 1⁄2 šalice vode (najbolje je deionizirana ili destilirana, ali može se koristiti voda iz slavine)

1. Pomiješajte 1 šalicu brašna, šećera i ulja u posudi.
2. Umiješajte malu količinu vode. Nastavite dodavati vodu i miješajte dok se većina vode ne upije.
3. Kad smjesa postane konzistencija malih, odvojenih nakupina, mijesite smjesu rukama dok ne stvori jednu grudu.
4. U tijesto dodajte vodu i nastavite mijesiti dok ne dobije ljepljivu teksturu nalik tijestu.
5. Dodajte malo preostalog brašna i umijesite ga u tijesto dok ne postigne željenu teksturu.
6. Tijesto čuvajte u hermetički zatvorenoj posudi.

Materijali

• Koristite predmete iz kompleta za izradu

Postupak

1. Počnite s kuglicom vodljivog tijesta. Umetnite žice baterije na suprotne strane tijesta. U tijesto umetnite LED. Pazi što se događa.
2. Zatim odvojite provodno tijesto na dva dijela. U jedan komad tijesta umetnite jednu žicu baterija, a drugi u drugi dio tijesta. Sada umetnite LED s jednim olovom u jedan komad tijesta, a drugi u drugi komad tijesta. Pazi što se događa.
3. Zatim uklonite LED i okrenite je, s vodovima u suprotnom smjeru. Pazi što se događa. Dokumentirajte zašto mislite da se to dogodilo.
4. S LED u osvijetljenom položaju, dodirnite dva komada tijesta. Pazi što se događa. Dokumentirajte zašto mislite da se to dogodilo.
5. Dodajte komadić izolacijskog tijesta između dva dijela vodljivog tijesta i pričvrstite ih tako da se dodiruju. S LED-om raskrivajući izolacijsko tijesto i umetnutim u dva dijela provodnog tijesta. Da li svijetli LED?
6. Koristite provodno i izolacijsko tijesto za stvaranje serijskog kruga s dvije ili više LED dioda. Što primjećujete na svjetlima? Dokumentirajte zašto mislite da se to dogodilo.
7. Koristite provodno i izolacijsko tijesto za stvaranje paralelnog kruga s tri LED diode. Što primjećujete na svjetlima? Po čemu se razlikuju od svjetla u serijskom krugu? Dokumentirajte zašto mislite da se to dogodilo.

TED razgovor: AnnMarie Thomas

Izvor: TED YouTube kanal

Skiski skulptura AnnMarie Thomas

Izvor: YouTube kanal Sveučilišta St. Thomas

Dizajn Challenge

Vi ste inženjer koji radi na dizajniranju i stvaranju kreacija za provođenje električne energije od tijesta.

Kriteriji

• Morate koristiti dvije vrste tijesta (provodno i neprovodno)
  za napajanje LED-a.

ograničenja

Završite svoju skulpturu u zadanom roku.

1. Razbijte razred u timove po 2.
2. Podijelite radni list za Električno tijesto i recepte za vodljivo i neprovodljivo tijesto.
3. Raspravite o temama u odjeljku Pozadine.
4. Pregledajte postupak tehničkog dizajna, izazov dizajna, kriterije, ograničenja i materijale. Ako vrijeme dopušta, pregledajte "Primjene iz stvarnog svijeta" prije izvođenja zadatka za dizajn.
5. Prije upućivanja učenika da počnu mozgati i skicirati svoje nacrte, zamolite ih da uzmu u obzir sljedeće
   ● Kako funkcioniraju serijski i paralelni krugovi
   ● Razlike između vodljivih i izolacijskih materijala
   ● Što je kratki spoj?
   ● Što je polaritet?
6. Osigurajte svakom timu svoje materijale.
7. Objasnite da učenici moraju izrađivati ​​provodno i neprovodno (izolacijsko) tijesto. Oni će testirati tijesto praveći različite sklopove pomoću LED svjetala.
8. Najavite koliko im vremena treba za projektiranje i izradu (preporučuje se 1 sat).
9. Upotrijebite tajmer ili internetsku štopericu (značajka odbrojavanja) kako biste osigurali da budete na vremenu. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dajte učenicima redovite "vremenske provjere" kako bi ostali na zadatku. Ako se muče, postavljajte pitanja koja će ih brže dovesti do rješenja.
10. Timovi rade svoje tijesto.
11. Testirajte tijesto pomoću koraka ispitivanja u odjeljku Ispitni materijali i procesi.
12. Timovi bi trebali dokumentirati rezultate svakog koraka ispitivanja.
13. Kao razred razgovarajte o pitanjima za razmišljanje učenika.

Varijacije

Koristite LED svjetla, motore, zujalice, ventilatore ili bilo koji drugi materijal da biste postali kreativni!

krugovi

Petlja kroz koju teče električna energija naziva se krug. Krug započinje na izvoru napajanja, poput baterije, i prolazi kroz žice i električne komponente (poput svjetla, motora itd.). Postoje dvije vrste krugova - serijski i paralelni.

Serijski krugovi

Serijski krugovi omogućuju samo jedan put za strujanje električne energije. U serijskom krugu sa LED diodama, LED diode dalje od izvora napajanja izgledat će prigušenije, jer je za njihovo napajanje dostupno manje električne energije. Ako bi LED izgorio ili bio uklonjen u serijskom krugu, ugasila bi se i sva svjetla koja su slijedila, jer bi jedan put do preostalih svjetala bio odspojen.

Paralelni krugovi

Paralelni krugovi omogućuju prolaz više struja kroz koje prolazi struja. U paralelnom krugu sa LED diodama, svaka LED dioda teče izravno do nje vlastitim putem. Svaka LED dioda može svijetliti sjajno bez obzira
gdje je, jer električna energija dolazi izravno do svake LED diode. Također, u paralelnom krugu, ako jedno svjetlo pregori ili se ukloni, ostale će i dalje svijetliti.

Provodljivi i izolacijski materijali

Vodljivi materijali: dopuštaju struju struje kroz njih. Možete li se sjetiti nekih materijala koji provode električnu energiju?

Izolacijski materijali: ne dopustite da kroz njih struji struja. Možete li se sjetiti nekih izolacijskih materijala? Izolacija se mjeri u otporu. Što je materijal više izoliran, to ima veći otpor. Izolacijsko tijesto s kojim ćete raditi otporno je, što znači da kroz njega može proći malo električne energije. Izolatori djeluju kao zid koji blokira električnu energiju.

Kratki spoj

Kratki spoj se događa kada se dotaknu žice koje ne bi trebale doći u kontakt. Zbog toga LED neće svijetliti kad se ubaci u jedan komad vodljivog tijesta ili u njega
dva komada provodnog tijesta koji se zatim dodiruju.

Polaritet

Smjer strujanja struje u krugu naziva se polaritet. U ovoj je aktivnosti crvena žica iz baterija pozitivni pol, a crna žica negativni pol. Neke elektroničke komponente također imaju pozitivnu i negativnu stranu i moraju biti pričvršćene u ispravnom smjeru kako bi mogle funkcionirati.

Svaka LED dioda u ovoj aktivnosti ima po dva kabela, jedan kratki i jedan dugi. Što duže vodi na pozitivnu, a kraće na negativnu stranu.

Refleksija učenika (inženjerska bilježnica)

1. Električna energija uvijek ide putem najmanjeg otpora. Zašto u 1. koraku mislite da LED nije svijetlio kad je umetnut u jedan komad vodljivog tijesta? Zašto u 4. koraku mislite da se LED isključila kad su se dva komada vodljivog tijesta dodirnula?
2. Vodljivo tijesto izrađeno je od vode, brašna, soli, kreme od kamenca i biljnog ulja. Izolacijsko tijesto izrađeno je od vode, brašna, šećera i biljnog ulja. Što mislite zbog čega jedno tijesto provodi struju, a drugo ne?
3. Koji su drugi materijali po vašem mišljenju provodljivi?
4. Koji drugi materijali mislite da su izolacijski?

Lekcija se može izvoditi za samo 1 sat za starije učenike. Međutim, kako biste učenicima pomogli da se osjećaju požurjeno i kako bi osigurali uspjeh učenika (posebno za mlađe učenike), podijelite lekciju u dva razdoblja dajući studentima više vremena za mozganje, testiranje ideja i doradu njihovog dizajna. Provedite testiranje i izvođenje u slijedećem razrednom terminu.

• Dirigent: Materijal koji omogućuje struju kroz njega.
• Izolator: Materijal koji ne dopušta da struja prolazi kroz njega.
• Otpornost: Izolacija se mjeri u otporu. Što je materijal više izoliran, to ima veći otpor.
• Strujni krug: Petlja kroz koju struja prolazi. Krug započinje na izvoru napajanja, poput baterije, i prolazi kroz žice i električne komponente (poput svjetla, motora itd.).
• Krug serije: Omogućuje jedan put za strujanje električne energije.
• Paralelni krug: Omogućuje više putova za strujanje električne energije.
• Kratki spoj: Kada se dotaknu žice koje ne bi trebale doći u kontakt.

Internetske veze

• Mučeni krugovi
• Makerspaces.com: Mrtvi krugovi
• AnnMarie Thomas: Praktična znanost s mršavim krugovima

Preporučena literatura

• Elektronika za djecu: igrajte se jednostavnim krugovima i eksperimentirajte s električnom energijom! (ISBN: 978-1593277253)
• Vodič za početnike za sklopove: Devet jednostavnih projekata sa svjetlima, zvukovima i mnogim drugim! (ISBN: 978-1593279042)
• Izgradnja škripavih krugova (ISBN: 978-1634727235)
• Velika knjiga projekata Makerspace: Poticanje stvaratelja na eksperimentiranje, stvaranje i učenje (ISBN: 978-1259644252)

Aktivnost pisanja

U ovoj aktivnosti gradit ćete predmete koristeći materijal koji može provoditi električnu energiju. To će vam omogućiti da u svoju kreaciju dodate svjetla, motore, ventilatore i druge električne elemente. Chris Tuan, inženjer građevine sa Sveučilišta Nebraska, Lincoln razvio je formulu za izradu vodljivog betona koji se može koristiti za izradu cesta i nogostupa koji mogu topiti led i snijeg. Ako biste mogli izgraditi zgradu od vodljivih materijala, kako biste koristili njena električna svojstva?

Usklađivanje s okvirima kurikuluma

Napomena: Svi planovi lekcija u ovoj seriji usklađeni su sa Udruženjem učitelja računalnih znanosti K-12 Standardi računalnih znanosti, Zajedničkim osnovnim američkim standardima za matematiku, a ako je primjenjivo i s Nacionalnim vijećem učitelja i nastavnika matematike 'Principi i standardi za školu Matematika, Standardi za tehnološku pismenost Međunarodnog udruženja za tehnološko obrazovanje i Američki nacionalni standardi za obrazovanje iz znanosti koje je izradilo Nacionalno vijeće za istraživanje.

Znanstveni standardi nove generacije

Studenti koji pokažu razumijevanje mogu

• 3-5-ETS1-1. Definirajte jednostavan dizajn problem koji odražava potrebu ili potrebu koja uključuje određene kriterije za uspjeh i ograničenja na materijale, vrijeme ili troškove.
• 3-5-ETS1-2. Generirajte i usporedite više mogućih rješenja problema na temelju toga koliko je vjerojatno da će svako zadovoljiti kriterije i ograničenja problema.
• 3-5-ETS1-3. Planirati i provesti fer ispitivanja u kojima se kontroliraju varijable i uzimaju u obzir točke otkaza kako bi se identificirali aspekti modela ili prototipa koji se mogu
  poboljšana.
• 4-PS3-2. Promatrajte kako biste pružili dokaze da se energija može prenijeti s mjesta na zvuk, svjetlost, toplinu i električne struje
• 4-PS3-4. Primijenite znanstvene ideje za dizajn, testiranje i pročišćavanje uređaja koji pretvara
  energija iz jednog oblika u drugi.
• MS-ETS1-1. Definirajte kriterije i ograničenja problema dizajna s dovoljno
  preciznost kako bi se osiguralo uspješno rješenje, uzimajući u obzir relevantne znanstvene
  principi i potencijalni utjecaji na ljude i prirodni okoliš koji mogu ograničiti moguća rješenja.
• MS-ETS1-2. Procijenite konkurentska rješenja dizajna koristeći sustavni postupak
  utvrditi koliko dobro zadovoljavaju kriterije i ograničenja problema.
• MS-ETS1-3. Analizirajte podatke iz testova kako biste utvrdili sličnosti i razlike između nekoliko projektnih rješenja kako biste identificirali najbolje karakteristike svakog od njih koje se mogu kombinirati u novo rješenje kako bi se bolje zadovoljili kriteriji za uspjeh.
• MS-ETS1-4. Razviti model za generiranje podataka za iterativno ispitivanje i izmjenu predloženog objekta, alata ili procesa tako da se može postići optimalan dizajn.

Standardi za tehnološku pismenost - sva vijeka

• Poglavlje 8 - Atributi dizajna
  • Definicije dizajna
  • Zahtjevi za dizajn
• Poglavlje 9 - Inženjerski dizajn
  • Proces inženjerskog dizajna
  • Kreativnost i razmatranje svih ideja
  • Modeli
• Poglavlje 10 - Uloga rješavanja problema, istraživanja i razvoja, izuma i eksperimentiranja u rješavanju problema
  • Rješavanje problema
  • Izum i inovacije
  • Eksperimentiranje
• Poglavlje 11 - Primjena postupka dizajniranja
  • Prikupljati informacije
  • Vizualizirajte rješenje
  • Testirajte i procijenite rješenja
  • Poboljšajte dizajn
• Poglavlje 16 - Energetske i energetske tehnologije
  • Energija dolazi u različitim oblicima
  • Alati, strojevi, proizvodi i sustavi

krugovi

Krug je petlja kroz koju struji struja. Krug počinje od izvora napajanja, poput baterije, i teče kroz žice i električne komponente (poput svjetla, motora itd.). Postoje dvije vrste krugova - serijski krugovi i paralelni krugovi.

Serijski krugovi dopustiti samo jedan put kroz koji struja prolazi. U serijskom krugu sa LED diodama, LED diode udaljenije od izvora napajanja će izgledati prigušenije, jer je manje energije dostupno za njihovo napajanje. Ako bi LED izgorjela ili bila uklonjena u serijskom krugu, sva svjetla koja slijede također bi se ugasila, jer bi se jedan put do preostalih svjetala isključio.

Paralelni krugovi omogućuju prolaz električne energije kroz više putova. U paralelnom krugu sa LED diodama, svaka LED dioda ima struju koja teče izravno do nje vlastitom putanjom. Svaka LED dioda može sjajno svijetliti bez obzira na to gdje se nalazi, jer električna energija izravno dopire do svake LED diode. Također, u paralelnom krugu, ako jedno svjetlo pregori ili se ukloni, druga će nastaviti svijetliti.

Provodljivost i izolacija

Materijali koji provode električnu struju - dopuštajući struji da struji kroz njih - nazivaju se vodljivi. Za izradu sklopova mogu se koristiti vodljivi materijali. To može značiti korištenje metalne žice ili neobičnijih stvari poput voća, krumpira, pa čak i tijesta. U vodljivom tijestu koje ćete koristiti, sol u tijestu pomaže u kretanju električne energije kroz njega disocirajući se na Na+ i Cl-ione.

Materijali koji ne dopuštaju protok električne energije nazivaju se izolacijskim. Izolacija se mjeri otporom. Što je materijal izolativniji, to ima i veću otpornost. Izolacijsko tijesto s kojim ćete raditi otporno je, što znači da kroz njega može protjecati malo električne energije.

Izolatori djeluju kao zid za električnu energiju. Električnu energiju zaustavlja izolator ili mora pronaći način zaobići je. Budući da izolacijsko tijesto ne provodi električnu energiju, može se koristiti za odvajanje vodljivog tijesta i za prisiljavanje struje da struji kroz druge električne komponente, kao što su LED diode i motori.

Otpor je također važan u usporavanju protoka električne energije do određene komponente. Na primjer, vodljivo tijesto propušta struju, ali pruža i određeni otpor. To pomaže usporiti protok električne energije iz baterije u LED diode. Ako bi LED diodu spojili izravno na bateriju, LED bi izgorjela.

Kratki spoj

Električna energija uvijek ide putem najmanjeg otpora. Umjesto da polako teče kroz otporan materijal, električna energija će proći putem kroz nešto više provodljivo, poput LED -a, motora, žice ili nekog drugog materijala koji vodi. Tako se izolacijski materijali mogu upotrijebiti za promjenu struje i kretanje kroz komponente kroz koje želite da teče.

Ako postoji put oko električne komponente, poput LED -a, koja nudi manji otpor, električna energija će zaobići LED, krećući se putem najmanjeg otpora. To se zove kratki spoj. Zbog toga LED dioda umetnuta u jedan komad vodljivog tijesta ili u dva komada vodljivog tijesta koja se zatim dodiruju, LED neće zasvijetliti.

Polaritet

Električna struja teče od pozitivnog pola izvora energije do negativnog pola. Smjer strujanja u krugu naziva se polaritet. U ovoj aktivnosti crvena žica iz baterije je pozitivni pol, a crna žica negativni pol. Neke elektroničke komponente također imaju pozitivnu i negativnu stranu i moraju biti pričvršćene u ispravnom smjeru kako bi mogle raditi. Svaka LED dioda s kojom ćete raditi ima dva vodiča, jedan kratak, a jedan dugačak. Duži vod ide na pozitivnu stranu, a kraći vodi na negativnu stranu. Ako je LED dioda pričvršćena u pogrešnom smjeru, neće svijetliti dok se ne okrene. Motori će raditi ako su pričvršćeni u bilo kojem smjeru. Međutim, smjer u kojem struji električna energija odredit će smjer okretanja osovine motora.

U ovoj aktivnosti gradit ćete kreacije od tijesta, baš kao što ste to činili dok ste bili mlađi. Samo ove kreacije mogu provoditi električnu energiju, omogućujući vam stvaranje krugova i dodavanje značajki kao što su svjetla, motori i drugo. Radit ćete s dvije vrste tijesta. Jedno tijesto (u boji) je provodljivo i omogućit će strujanje kroz njega. Druga (bijela) je izolacijska i ne dopušta struji da prođe kroz nju. Započet ćete istraživanjem dvije vrste tijesta i kako zajedno rade na stvaranju sklopova. Tada se možete zabaviti i postati kreativni.

Vježbajte krugove/Upoznajte svoje tijesto

1. Počnite s kuglicom vodljivog tijesta. Umetnite žice baterije u suprotne strane tijesta. U tijesto umetnite LED diodu. Što se događa?

   

2. Zatim odvojite vodljivo tijesto na dva dijela. Umetnite jednu žicu baterije u jedan komad tijesta, a drugi u drugi komad tijesta. Sada umetnite LED diodu s jednim odvodom u jedan komad tijesta, a drugi u drugi dio tijesta. Što se događa?

   

3. Zatim uklonite LED diodu i okrenite je, a zatim je umetnite natrag u dva komada tijesta s vodičima u suprotnom smjeru od onog koji su bili prije. Što se događa? Što mislite zašto se to dogodilo?

4. Dok LED dioda svijetli, dodirnite dva komada tijesta zajedno. Što se događa? Što mislite zašto se to dogodilo?

5. Zatim dodajte komad izolacijskog tijesta između dva komada vodljivog tijesta i pričvrstite ih tako da se dodiruju. Sa LED diodom koja prostire izolacijsko tijesto, umetnuto u dva dijela vodljivog tijesta, imate jedan čvrsti predmet. LED dioda svijetli, međutim, ne dolazi do kratkog spoja. Budući da izolacijsko tijesto ne dopušta struji da struji kroz njega, električna energija umjesto toga prolazi kroz LED, osvjetljavajući je.

   

6. Upotrijebite vodljivo i izolacijsko tijesto za stvaranje serijskog kruga s dvije ili više LED dioda. Što primjećujete na svjetlima? Zašto mislite da je to tako?

   

7. Pomoću vodljivog i izolacijskog tijesta stvorite paralelni krug s tri LED diode. Što primjećujete na svjetlima? Po čemu se razlikuju od svjetala u serijskom krugu? Zašto mislite da je to tako?

   

Nabavite kreativnost

Sada kada razumijete kako koristiti dvije vrste tijesta za napajanje LED diode i pokretanje motora, pokušajte izgraditi nešto kreativno. Možete koristiti LED diode, motore, zujalice, ventilatore ili bilo koji drugi materijal koji vam je predao učitelj. Možete napraviti životinju sa svijetlim očima, helikopter s propelerom koji se okreće ili bilo što drugo što možete zamisliti. Kad završite, podijelite svoju kreaciju s ostatkom razreda i pogledajte što ste smislili. Evo nekih kreacija drugih učenika: