Svjetiljke i baterije

Ova lekcija istražuje kako funkcionira svjetiljka, prikazujući električne sklopove i funkcije prekidača ove svakodnevne kućanske potrepštine. Studenti uče kako rade baterije, kako daju napajanje jednostavnom krugu unutar jednostavne svjetiljke i kako prekidač kontrolira protok elektrona. Studenti u timovima rade na rastavljanju svjetiljke i crtaju shemu dizajna kruga svjetiljke.

  • Saznajte kako prekidači kontroliraju protok električne energije.
  • Naučite crtati osnovne električne shematske dijagrame.
  • Saznajte kako rade električni krug i baterija u okviru svjetiljke.
  • Saznajte o timskom radu i radu u skupinama.

Starosne razine: 8-11

Materijali i priprema

Građevinski materijali

Potrebni materijali

  • baterija
  • 2 D baterije
  • Prekidači 2

Izazov inženjerskog dizajna

Dizajn Challenge

Vi ste tim inženjera koji su dobili izazov rastavljanja i ponovnog sastavljanja svjetiljke kako bi ona radila. Zatim ćete osmisliti i nacrtati shemu poboljšane svjetiljke (novi materijali, više žarulja, dodatne baterije) i podijeliti svoj dizajn s razredom.

Upute i postupci aktivnosti

  1. Razbijte razred u timove od 3-4.
  2. Podijelite radni list Svjetiljke i baterije, kao i neke listove papira za skiciranje dizajna.
  3. Raspravite o temama u odjeljku Pozadine. Pokažite učenicima radnu svjetiljku i objasnite kako prekidač na svjetiljci kontrolira protok električne energije kroz krug svjetiljke.
  4. Osigurajte svakom timu svoje materijale.
  5. Zamolite timove da rastavljaju i ponovno sastavljaju baterijsku svjetiljku tako da ona radi.
  6. Zamolite timove da nacrtaju shemu električnog kruga za baterijsku svjetiljku u položaju "uključeno".
  7. Studentski timovi sljedeći put dizajniraju poboljšanu svjetiljku i nacrtaju još jednu elektroničku shemu za svoj novi dizajn. (Ideje: novi materijali, više žarulja, dodatne baterije)
  8. Timovi razredu predstavljaju svoj novi dizajn.
  9. Za više sadržaja o toj temi, pogledajte odjeljak "Dublje kopanje".

Izmjena vremena

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.

Pozadine

Što je jednostavni krug? 

Jednostavni krug

Jednostavni sklop sastoji se od tri minimalna elementa potrebna za dovršenje funkcionalnog električnog kruga: izvora električne energije (baterija), putanje ili vodiča po kojem struja struji (žica) i električnog otpora (žarulje) koji je bilo koji uređaj koji zahtijeva struja za rad. Ilustracija u nastavku prikazuje jednostavan sklop koji sadrži jednu bateriju, dvije žice, prekidač i žarulju. Protok električne energije ide od terminala s velikim potencijalom (+) baterije kroz žarulju (osvjetljavajući je) i natrag do negativnog (-) terminala, u neprekidnom protoku kada je prekidač u položaju "uključeno", tako da trenutna struja može teći.

Shematski dijagram jednostavnog kruga

Slijedi shematski dijagram jednostavnog kruga koji prikazuje elektroničke simbole za bateriju, prekidač i žarulju.

IEEE / tryengineering.org

 

 

 

 

 

 

 

 

Simuliranje prekidača  

Simulacija prekidača odspajanjem žice ili dodavanjem olovke

Postoji nekoliko načina na koje možete simulirati prekidač u jednostavnom krugu. Jednostavno uklanjanje i zamjena žice sa žarulje može poslužiti kao prekidač. Još jedan jednostavan prekidač može se izvesti pričvršćivanjem kraja jedne od žica na kraj gumice na gumici. Zatim pričvrstite drugu gumenu traku na drugi kraj olovke i jednostavnim polaganjem drugog kraja na vrh, a zatim i izvan spojne žice, stvorili ste prekidač. U dizajnu prekidača mogu se koristiti i druge vrste vodiča, poput aluminijske folije, kopča za kosu, spajalica, spajalica za papir i nekih metalnih olovaka.

Baterije i svjetiljke   

Sofic-bigstock.com

Povijest baterije

Prvu bateriju je 1800. godine demonstrirao grof Alessandro Volta. Njegovi eksperimenti pokazali su da različiti metali u međusobnom kontaktu mogu stvoriti električnu energiju. Konstruirao je hrpu cink-diskova naizmjenično s upijajućim papirom natopljenim slanom vodom i srebrom ili bakrom. Kad su žice izrađene od dva različita metala bile pričvršćene na gornji i donji disk, Volta je mogla izmjeriti napon i struju. Također je otkrio da što je veća hrpa, to je i napon veći. Struja nastaje zbog kemijske reakcije koja proizlazi iz različitih sposobnosti privlačenja elektrona dvaju metala. Dodatne informacije o povijesti baterija mogu se naći na Wiki-u o inženjerskoj i tehnološkoj povijesti (https://ethw.org/Batteries).

Povijest svjetiljki

Sofic-bigstock.com

U 1890-ima osnivač američke tvrtke Ever-Ready Conrad Hubert izumio je električnu ručnu baklju. Hubert je patent za prvu baterijsku svjetiljku Eveready stekao 1898. godine. Prve Hubertove svjetiljke izrađene su od cijevi od papira i vlakana, sa žaruljom i mjedenim reflektorom. U to su vrijeme baterije bile vrlo slabe, a žarulje su se još uvijek razvijale, pa su prve svjetiljke proizvele samo kratki "bljesak" svjetlosti - što je izumu dalo ime.

Kako djeluju svjetiljke

Sedam je glavnih komponenti svjetiljke:

  • Kućište ili cijev: sadrži sve ostale komponente svjetiljke.
  • Kontakti: tanka opruga ili metalna traka obično izrađena od bakra ili mjedi koja služi kao veza između baterije, lampe i prekidača.
  • Prekidač: može biti u položaju za uključivanje ili isključivanje.
  • Reflektor: plastika presvučena reflektirajućim aluminijskim slojem kako bi posvijetlila efektivno svjetlo žarulje.
  • Lukovica: obično vrlo mala.
  • Leća: plastični poklopac ispred žarulje za zaštitu svjetiljke koja se lako može slomiti.
  • Baterije: Osigurajte baterijsku svjetiljku.

Kada je prekidač u položaju "uključeno", on spaja dvije ugovorne trake koje omogućuju protok elektrona. Baterije osiguravaju napajanje svjetiljke i nalaze se na vrhu male opruge koja je spojena na jednu od kontaktnih traka. Ova kontaktna traka prolazi duž duljine kućišta i kontaktira prekidač. Druga kontaktna traka povezuje prekidač sa žaruljom. Napokon, drugi kontakt spaja žarulju s gornjom baterijom, dovršavajući krug.

Rječnik

  • Baterija: Uređaj koji može pohraniti električnu energiju.
  • Krug: Kompletan put oko kojeg struja može teći.
  • Ograničenja: Ograničenja s materijalom, vremenom, veličinom tima itd.
  • Kriteriji: Uvjeti koje dizajn mora zadovoljiti poput ukupne veličine itd.
  • Protok elektrona: struja.
  • Inženjeri: izumitelji i rješavači problema svijeta. U inženjerstvu je priznato dvadeset pet glavnih specijalnosti (vidi infografiku).
  • Proces inženjerskog dizajna: Procesni inženjeri koriste za rješavanje problema. 
  • Inženjerske navike uma (EHM): Šest jedinstvenih načina na koje inženjeri razmišljaju.
  • Iteracija: Test & redizajn je jedna iteracija. Ponavljanje (više ponavljanja).
  • Prototip: Radni model rješenja za testiranje.
  • Shematski dijagram: Dijagram koji prikazuje elektroničke simbole kruga.
  • Jednostavan krug: Sastoji se od tri minimalna elementa koja su potrebna za dovršenje funkcionalnog električnog kruga: izvora električne energije (baterije), puta ili vodiča po kojem struja teče (žica) i električnog otpornika (svjetiljka) koji je svaki uređaj koji zahtijeva struja za rad.
  • Prekidač: Uređaj za stvaranje, prekid ili promjenu spojeva u električnom krugu.

Dig Deeper

Internetske veze

Preporučena literatura

  • DK Serija očevidaca: Električna energija (ISBN: 0751361321)
  • Očevidci, struja, Steve Parker (DK Publishing, ISBN: 0789455773)
  • Kako znanost djeluje, autor Judith Hann (Readers Digest, ISBN: 0762102497)
  • Usborne Book of Batteries & Magnets (How to Make Series), Paula Borton, Vicky Cave (EDC Publikacije, ISBN: 074602083X)

Aktivnost pisanja

Napišite esej ili odlomak koji opisuje kako rade ručne svjetiljke

Usklađivanje kurikuluma

Usklađivanje s okvirima kurikuluma

Bilješka: Planovi lekcija u ovoj seriji usklađeni su s jednim ili više sljedećih skupova standarda:  

Nacionalni standardi obrazovanja za znanost Razredi K-4 (uzrasti 4 - 9)

SADRŽAJ STANDARD A: Znanost kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

  • Sposobnosti potrebne za znanstveno istraživanje 
  • Razumijevanje o znanstvenom istraživanju 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizička znanost

Kao rezultat aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

  • Svjetlost, toplina, električna energija i magnetizam

SADRŽAJ STANDARD E: Znanost i tehnologija 

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

  • Razumijevanje znanosti i tehnologije 

Nacionalni standardi obrazovanja za znanost Razredi 5-8 (u dobi od 10 do 14 godina)

SADRŽAJ STANDARD A: Znanost kao upit

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

  • Sposobnosti potrebne za znanstveno istraživanje 
  • Razumijevanje o znanstvenom istraživanju 

SADRŽAJ STANDARD B: Fizička znanost

Kao rezultat svojih aktivnosti, svi bi učenici trebali razviti razumijevanje

  • Prijenos energije 

SADRŽAJ STANDARD E: Znanost i tehnologija

Kao rezultat aktivnosti, svi bi se učenici trebali razvijati

  • Razumijevanje znanosti i tehnologije 

Naučni standardi sljedeće generacije - razredi 3-5 (dob 8-11)

energija

Studenti koji pokažu razumijevanje mogu:

  • 4-PS3-4. Primijenite znanstvene ideje za dizajn, testiranje i pročišćavanje uređaja koji pretvara energiju iz jednog oblika u drugi. 

Standardi za tehnološku pismenost - sva vijeka

dizajn

  • Standard 8: Studenti će razviti razumijevanje svojstava dizajna.
  • Standard 9: Studenti će razviti razumijevanje inženjerskog dizajna.
  • Standard 10: Studenti će razviti razumijevanje uloge rješavanja problema, istraživanja i razvoja, izuma i inovacija te eksperimentiranja u rješavanju problema.

Studentski radni list

Nacrtajte shematski dijagram dizajna sklopa za standardnu ​​svjetiljku u položaju "uključeno" u donjem polju.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U donjem okviru nacrtajte shematski dijagram vaše poboljšane svjetiljke.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Ispiši Prijateljski, PDF i E-mailIspis PDF-a
Ispišite ili preuzmite PDF plan lekcije
 

Učitavanje studentske potvrde o završenom studiju