Pasta elettrica

Materiali richiesti

• Pasta conduttiva (vedi ricetta sotto)
• Impasto non conduttivo / isolante (vedi ricetta sotto)
• batterie AA
• Pacchi batteria con terminali
• LED (dimensione consigliata 10 mm)
• Filo con clip a coccodrillo

Materiali opzionali (tabella delle possibilità)

• Mini motori elettrici DC per hobby
• Ventole, cicalini e altri componenti

Ricetta pasta conduttiva

Ingredienti:

• tazza di acqua 1
• 1 1⁄2 tazza di farina
• 1⁄4 tazza di sale
• 3 cucchiai. cremor tartaro
• 1 cucchiaio. olio vegetale
• Colorante alimentare

1. Mescolare l'acqua con 1 tazza di farina, sale, cremor tartaro, olio vegetale e colorante alimentare in una pentola di medie dimensioni.
2. Cuocere il composto a fuoco medio mescolando continuamente.
3. Continua a mescolare finché il composto non forma una palla al centro della pentola.
4. Posizionare la palla su una superficie leggermente infarinata. L'impasto sarà molto caldo. Lasciar raffreddare per alcuni minuti prima di maneggiarla.
5. Impastare la rimanente 1⁄2 tazza di farina nella palla fino a raggiungere la consistenza desiderata.
6. Conserva l'impasto in un contenitore ermetico.

Ricetta pasta non conduttiva / isolante

Ingredienti:

• 1 1⁄2 tazza di farina
• 1⁄2 tazza di zucchero
• 3 cucchiaio. olio vegetale
• 1⁄2 tazza di acqua (deionizzata o distillata è la cosa migliore, ma è possibile utilizzare l'acqua del rubinetto)

1. Mescola 1 tazza di farina, zucchero e olio in una ciotola.
2. Aggiungi una piccola quantità d'acqua. Continua ad aggiungere acqua e mescola fino a quando la maggior parte dell'acqua viene assorbita.
3. Una volta che il composto è della consistenza di piccoli grumi separati, impastare il composto con le mani fino a formare un unico grumo.
4. Aggiungere l'acqua all'impasto e continuare a impastare fino a ottenere una consistenza appiccicosa e simile a un impasto.
5. Aggiungere un po 'della farina rimanente e lavorarla nell'impasto fino a ottenere la consistenza desiderata.
6. Conserva l'impasto in un contenitore ermetico.

Materiali

• Usa gli oggetti del kit di costruzione

Processi

1. Inizia con una palla di pasta conduttiva. Inserire i fili del pacco batteria nei lati opposti dell'impasto. Inserisci un LED nell'impasto. Guarda cosa succede.
2. Quindi, separare l'impasto conduttivo in due pezzi. Inserire un filo del pacco batteria in un pezzo di pasta e l'altro nell'altro pezzo di pasta. Ora, inserisci il LED con un piombo in un pezzo di pasta e l'altro piombo nel secondo pezzo di pasta. Guarda cosa succede.
3. Quindi, rimuovere il LED e girarlo, con i cavi nella direzione opposta. Guarda cosa succede. Documenta perché pensi che sia successo.
4. Con il led in posizione illuminato, toccare insieme i due pezzi di pasta. Guarda cosa succede. Documenta perché pensi che sia successo.
5. Aggiungi un pezzo di pasta isolante tra i due pezzi di pasta conduttiva e attaccali in modo che si tocchino. Con il LED a cavallo dell'impasto isolante e inserito nelle due sezioni di pasta conduttiva. Il LED è acceso?
6. Usa l'impasto conduttivo e isolante per creare un circuito in serie con due o più LED. Cosa noti delle luci? Documenta perché pensi che sia successo.
7. Usa l'impasto conduttivo e isolante per creare un circuito parallelo con tre LED. Cosa noti delle luci? In cosa differiscono dalle luci del circuito di serie? Documenta il motivo per cui pensi che sia successo.

Conferenza TED: AnnMarie Thomas

Fonte: canale YouTube TED

Scultura squishy del circuito di AnnMarie Thomas

Fonte: canale YouTube dell'Università di St. Thomas

Design Challenge

Sei un ingegnere che lavora per progettare e costruire creazioni che conducono elettricità con la pasta.

Criteri

• È necessario utilizzare due tipi di pasta (conduttiva e non conduttiva)
  per accendere i LED.

vincoli

Completa la tua scultura entro il tempo stabilito.

1. Suddividi la classe in squadre di 2.
2. Distribuire il foglio di lavoro dell'impasto elettrico e le ricette per l'impasto conduttivo e non conduttivo.
3. Discuti gli argomenti nella sezione Concetti di base.
4. Rivedi il processo di progettazione ingegneristica, la sfida di progettazione, i criteri, i vincoli e i materiali. Se il tempo lo consente, rivedere "Applicazioni del mondo reale" prima di condurre la sfida di progettazione.
5. Prima di istruire gli studenti a iniziare il brainstorming e ad abbozzare i loro progetti, chiedi loro di considerare quanto segue
   ● Come funzionano i circuiti in serie e in parallelo
   ● Le differenze tra materiali conduttivi e isolanti
   ● Cos'è un cortocircuito?
   ● Cos'è la polarità?
6. Fornisci a ogni squadra i loro materiali.
7. Spiega che gli studenti devono preparare un impasto conduttivo e non conduttivo (isolante). Metteranno alla prova l'impasto realizzando diversi circuiti utilizzando luci LED.
8. Annuncia il tempo a disposizione per progettare e costruire (1 ora consigliata).
9. Usa un timer o un cronometro in linea (funzione di conto alla rovescia) per assicurarti di rimanere puntuale. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dare agli studenti regolari "controlli del tempo" in modo che rimangano concentrati. Se hanno difficoltà, fai domande che li porteranno a una soluzione più rapida.
10. Le squadre fanno la loro pasta.
11. Testare l'impasto utilizzando le fasi di test nella sezione Processo e materiali di prova.
12. I team dovrebbero documentare i risultati di ogni fase del test.
13. In classe, discuti le domande di riflessione degli studenti.

Variazioni

Usa luci a LED, motori, cicalini, ventole o qualsiasi altro materiale per essere creativo!

circuiti

Il circuito attraverso il quale scorre l'elettricità è chiamato circuito. Un circuito inizia da una fonte di alimentazione, come una batteria, e scorre attraverso fili e componenti elettrici (come luci, motori, ecc.). Esistono due tipi di circuiti: circuiti in serie e circuiti in parallelo.

Circuiti in serie

I circuiti in serie consentono solo un percorso per il passaggio dell'elettricità. In un circuito in serie con LED, i LED più lontani dalla fonte di alimentazione appariranno più deboli, perché è disponibile meno elettricità per alimentarli. Se un LED dovesse bruciarsi o essere rimosso in un circuito in serie, si spegnerebbero anche tutte le luci che lo seguono, perché l'unico percorso verso le luci rimanenti sarebbe scollegato.

Circuiti paralleli

I circuiti paralleli consentono il flusso di più percorsi per l'elettricità. In un circuito parallelo con LED, ogni LED ha elettricità che scorre direttamente su di esso lungo il proprio percorso. Ogni LED può brillare intensamente, non importa
dove si trova, perché l'elettricità raggiunge direttamente ogni LED. Inoltre, in un circuito parallelo, se una luce si brucia o viene rimossa, le altre continueranno a brillare.

Materiali conduttivi e isolanti

Materiali conduttivi: consentono all'elettricità di fluire attraverso di essi. Riesci a pensare ad alcuni materiali che conducono l'elettricità?

Materiali isolanti: non lasciare che l'elettricità li attraversi. Riesci a pensare ad alcuni materiali isolanti? L'isolamento è misurato in resistenza. Più un materiale è isolante, maggiore è la resistenza che ha. L'impasto isolante con cui lavorerai è resistivo, il che significa che può attraversarlo poca elettricità. Gli isolanti agiscono come un muro che blocca l'elettricità.

Cortocircuito

Si verifica un cortocircuito quando fili che non dovrebbero entrare in contatto tra loro si toccano. Questo è il motivo per cui un LED non si accende quando viene inserito in un unico pezzo di pasta conduttiva o dentro
due pezzi di pasta conduttiva che poi si toccano.

Polarità

La direzione del flusso di corrente in un circuito è chiamata polarità. In questa attività, il filo rosso del pacco batteria è il polo positivo e il filo nero è il polo negativo. Alcuni componenti elettronici hanno anche un lato positivo e uno negativo e devono essere fissati nella direzione corretta per funzionare.

I LED in questa attività hanno ciascuno due cavi, uno corto e uno lungo. Il vantaggio più lungo va al lato positivo e il vantaggio più breve va al lato negativo.

Riflessione degli studenti (quaderno di ingegneria)

1. L'elettricità prende sempre il percorso di minor resistenza. Nel passaggio 1, perché pensi che il LED non si sia acceso quando è stato inserito in un pezzo di pasta conduttiva? Nel passaggio 4, perché pensi che il LED si sia spento quando i due pezzi di pasta conduttiva si sono toccati?
2. L'impasto conduttivo è composto da acqua, farina, sale, cremor tartaro e olio vegetale. L'impasto isolante è composto da acqua, farina, zucchero e olio vegetale. Cosa pensi che faccia sì che un impasto conduca l'elettricità e l'altro no?
3. Quali altri materiali pensi siano conduttivi?
4. Quali altri materiali pensi siano isolanti?

La lezione può essere svolta in un solo periodo di lezione per gli studenti più grandi. Tuttavia, per aiutare gli studenti a non sentirsi di fretta e per assicurarne il successo (specialmente per gli studenti più giovani), dividi la lezione in due periodi dando agli studenti più tempo per fare brainstorming, testare le idee e finalizzare il loro progetto. Condurre il test e il debriefing nel prossimo periodo di lezione.

• Conduttore: Materiale che consente all'elettricità di fluire attraverso di esso.
• Isolante: Materiale che non consente all'elettricità di fluire attraverso di esso.
• resistenza all'usura: L'isolamento è misurato in resistenza. Più un materiale è isolante, maggiore è la resistenza che ha.
• Circuito: Il circuito attraverso il quale scorre l'elettricità. Un circuito inizia da una fonte di alimentazione, come una batteria, e scorre attraverso fili e componenti elettrici (come luci, motori, ecc.).
• Circuiti in serie: Consente il passaggio dell'elettricità su un percorso.
• Circuito parallelo: Consente il passaggio di più percorsi per l'elettricità.
• Cortocircuito: Quando i fili che non dovrebbero entrare in contatto tra loro si toccano.

Connessioni Internet

• Circuiti Squishy
• Makerspaces.com: circuiti morbidi
• Anna Marie Thomas: Scienza pratica con circuiti morbidi

lettura consigliata

• Elettronica per bambini: gioca con circuiti semplici e sperimenta con l'elettricità! (ISBN: 978-1593277253)
• Una guida per principianti ai circuiti: nove semplici progetti con luci, suoni e altro! (ISBN: 978-1593279042)
• Costruzione di circuiti squishy (ISBN: 978-1634727235)
• Il grande libro dei progetti di Makerspace: Incoraggiare i creatori a sperimentare, creare e imparare (ISBN: 978-1259644252)

Attività di scrittura

In questa attività costruirai oggetti usando un materiale che può condurre l'elettricità. Ciò ti consentirà di aggiungere luci, motori, ventole e altri elementi elettrici alla tua creazione. Chris Tuan, un ingegnere civile presso l'Università del Nebraska, Lincoln ha sviluppato una formula per produrre calcestruzzo conduttivo che può essere utilizzato per realizzare strade e marciapiedi che possono sciogliere ghiaccio e neve. Se potessi costruire un edificio con materiali conduttivi, come useresti le sue proprietà elettriche?

Allineamento ai Curriculum Frameworks

Nota: tutti i programmi delle lezioni di questa serie sono allineati agli standard di informatica K-12 dell'Associazione degli insegnanti di informatica, agli standard statunitensi Common Core State per la matematica e, se applicabile, anche ai principi e agli standard per la scuola del Consiglio nazionale degli insegnanti di matematica Matematica, gli standard per l'alfabetizzazione tecnologica dell'International Technology Education Association e gli standard nazionali per l'educazione scientifica degli Stati Uniti, prodotti dal National Research Council.

Standard scientifici di prossima generazione

Gli studenti che dimostrano comprensione possono

• 3-5-ETS1-1. Definire un semplice problema di progettazione che rifletta un'esigenza o un desiderio che includa criteri specifici per il successo e vincoli su materiali, tempi o costi.
• 3-5-ETS1-2. Genera e confronta più possibili soluzioni a un problema in base alla probabilità che ciascuna di esse soddisfi i criteri e i vincoli del problema.
• 3-5-ETS1-3. Pianificare ed eseguire test equi in cui le variabili sono controllate e i punti di guasto sono considerati per identificare aspetti di un modello o prototipo che possono essere
  migliorata.
• 4-PS3-2. Fare osservazioni per dimostrare che l'energia può essere trasferita da un luogo all'altro tramite il suono, la luce, il calore e le correnti elettriche
• 4-PS3-4. Applica idee scientifiche per progettare, testare e perfezionare un dispositivo che converte
  energia da una forma all'altra.
• MS-ETS1-1. Definire i criteri e i vincoli di un problema di progettazione con sufficienti
  precisione per garantire una soluzione di successo, tenendo conto della pertinenza scientifica
  principi e potenziali impatti sulle persone e sull'ambiente naturale che possono limitare le possibili soluzioni.
• MS-ETS1-2. Valutare soluzioni di progettazione concorrenti utilizzando un processo sistematico per
  determinare quanto bene soddisfano i criteri e i vincoli del problema.
• MS-ETS1-3. Analizza i dati dei test per determinare somiglianze e differenze tra diverse soluzioni di progettazione per identificare le migliori caratteristiche di ciascuna che possono essere combinate in una nuova soluzione per soddisfare meglio i criteri di successo.
• MS-ETS1-4. Sviluppare un modello per generare dati per il test iterativo e la modifica di un oggetto, strumento o processo proposto in modo tale da ottenere un progetto ottimale.

Standard per l'alfabetizzazione tecnologica - Tutte le età

• Capitolo 8 - Gli attributi del design
  • Definizioni di design
  • Requisiti di progettazione
• Capitolo 9 - Progettazione ingegneristica
  • Processo di progettazione ingegneristica
  • Creatività e considerazione di tutte le idee
  • Modelli
• Capitolo 10 - Il ruolo della risoluzione dei problemi, della ricerca e sviluppo, dell'invenzione e della sperimentazione nella risoluzione dei problemi
  • Troubleshooting
  • Invenzione e innovazione
  • Sperimentazione
• Capitolo 11 - Applicare il processo di progettazione
  • Raccogliere informazioni
  • Visualizza una soluzione
  • Prova e valuta le soluzioni
  • Migliora un design
• Capitolo 16 - Energia e tecnologie energetiche
  • L'energia si presenta in diverse forme
  • Strumenti, macchine, prodotti e sistemi

circuiti

Un circuito è un anello attraverso il quale scorre l'elettricità. Un circuito inizia da una fonte di alimentazione, come una batteria, e scorre attraverso cavi e componenti elettrici (come luci, motori, ecc.). Esistono due tipi di circuiti: circuiti in serie e circuiti paralleli.

Circuiti in serie consentire solo un percorso per il flusso di elettricità. In un circuito in serie con LED, i LED più lontani dalla fonte di alimentazione appariranno più deboli, perché è disponibile meno elettricità per alimentarli. Se un LED si bruciasse o venisse rimosso in un circuito in serie, si spegnerebbero anche tutte le luci che lo seguono, perché l'unico percorso verso le luci rimanenti verrebbe disconnesso.

Circuiti paralleli consentire più percorsi per il flusso di elettricità. In un circuito parallelo con LED, ogni LED ha elettricità che scorre direttamente ad esso lungo il proprio percorso. Ogni LED può brillare brillantemente, non importa dove si trovi, perché l'elettricità raggiunge direttamente ogni LED. Inoltre, in un circuito parallelo, se una luce si brucia o viene rimossa, le altre continueranno a brillare.

Conduttività e isolamento

I materiali che conducono elettricità, consentendo all'elettricità di fluire attraverso di essi, sono chiamati conduttivi. I materiali conduttivi possono essere utilizzati per creare circuiti. Ciò può significare usare filo metallico o cose più insolite come frutta, patate e persino pasta. Nell'impasto conduttivo che utilizzerai, il sale nell'impasto aiuta a spostare l'elettricità attraverso di esso dissociandosi in ioni Na+ e Cl-.

I materiali che non consentono all'elettricità di fluire attraverso di essi sono chiamati isolanti. L'isolamento si misura in resistenza. Più un materiale è isolante, maggiore è la sua resistenza. L'impasto isolante con cui lavorerai è resistivo, il che significa che poca elettricità può fluire attraverso di esso.

Gli isolanti fungono da muro per l'elettricità. L'elettricità viene fermata da un isolante o deve trovare un modo per aggirarla. Poiché l'impasto isolante non conduce elettricità, può essere utilizzato per separare l'impasto conduttivo e per costringere l'elettricità a fluire attraverso altri componenti elettrici, come LED e motori.

La resistenza è importante anche per aiutare a rallentare il flusso di elettricità verso un determinato componente. Ad esempio, l'impasto conduttivo consente all'elettricità di fluire attraverso di esso, ma offre anche una certa resistenza. Questo aiuta a rallentare il flusso di elettricità dal pacco batteria ai LED. Se il LED dovesse essere collegato direttamente al pacco batteria, il LED si brucerebbe.

Cortocircuito

L'elettricità prende sempre il percorso di minor resistenza. Piuttosto che scorrere lentamente attraverso un materiale resistente, l'elettricità prenderà un percorso attraverso qualcosa di più conduttivo, come un LED, un motore, un filo o un altro materiale più conduttivo. È così che i materiali isolanti possono essere utilizzati per far sì che l'elettricità cambi rotta e si muova attraverso i componenti attraverso i quali si desidera che fluisca.

Se c'è un percorso attorno a un componente elettrico, come un LED, che offre meno resistenza, l'elettricità bypasserà il LED, prendendo il percorso di minor resistenza. Questo si chiama cortocircuito. Per questo un led inserito in un unico pezzo di pasta conduttiva o in due pezzi di pasta conduttiva che poi si toccano, il led non si accenderà.

Polarità

La corrente elettrica scorre dal polo positivo di una fonte di energia al polo negativo. La direzione del flusso di corrente in un circuito è chiamata polarità. In questa attività, il filo rosso del pacco batteria è il polo positivo e il filo nero è il polo negativo. Alcuni componenti elettronici hanno anche un lato positivo e uno negativo e devono essere fissati nella direzione corretta per funzionare. I LED con cui lavorerai hanno due cavi, uno corto e uno lungo. Il vantaggio più lungo va al lato positivo e il vantaggio più corto va al lato negativo. Se il LED è collegato nella direzione sbagliata, non si accenderà finché non sarà stato girato. I motori funzioneranno se collegati in entrambe le direzioni. Tuttavia, la direzione in cui scorre l'elettricità determinerà la direzione di rotazione dell'albero del motore.

In questa attività, costruirai creazioni con l'impasto, proprio come facevi quando eri più giovane. Solo queste creazioni possono condurre elettricità, consentendoti di creare circuiti e aggiungere funzionalità come luci, motori e altro. Lavorerai con due tipi di impasto. Un impasto (colorato) è conduttivo e consentirà all'elettricità di fluire attraverso di esso. L'altro (bianco) è isolante e non lascia passare l'elettricità. Inizierai esplorando i due tipi di impasto e come lavorano insieme per creare circuiti. Quindi, puoi divertirti a diventare creativo.

Circuiti di pratica/Imparare a conoscere il proprio impasto

1. Inizia con una pallina di pasta conduttiva. Inserire i fili del pacco batteria nei lati opposti dell'impasto. Inserire un LED nell'impasto. Che succede?

   

2. Quindi, separare l'impasto conduttivo in due pezzi. Inserire un filo della batteria in un pezzo di pasta e l'altro nell'altro pezzo di pasta. Ora inserisci il LED con un cavo in un pezzo di pasta e l'altro cavo nel secondo pezzo di pasta. Che succede?

   

3. Successivamente, rimuovere il LED e girarlo, quindi reinserirlo nei due pezzi di pasta con i reofori in senso inverso rispetto a come erano prima. Che succede? Perché pensi che sia successo?

4. Con il LED in posizione acceso, toccare i due pezzi di pasta insieme. Che succede? Perché pensi che sia successo?

5. Quindi, aggiungi un pezzo di pasta isolante tra i due pezzi di pasta conduttiva e attaccali in modo che si tocchino. Con il LED a cavallo dell'impasto isolante, inserito nelle due sezioni di impasto conduttivo, si ha un oggetto solido. Il LED si accende, tuttavia, perché non si verifica alcun cortocircuito. Poiché l'impasto isolante non consente il passaggio dell'elettricità, l'elettricità passa invece attraverso il LED, accendendolo.

   

6. Utilizzare l'impasto conduttivo e isolante per creare un circuito in serie con due o più LED. Cosa noti delle luci? Perché pensi che sia così?

   

7. Usa l'impasto conduttivo e isolante per creare un circuito parallelo con tre LED. Cosa noti delle luci? In cosa differiscono dalle luci del circuito in serie? Perché pensi che sia così?

   

Diventa creativo

Ora che hai capito come utilizzare i due tipi di impasto per alimentare un LED e far funzionare un motore, prova a costruire qualcosa di creativo. Puoi usare LED, motori, cicalini, ventole o qualsiasi altro materiale fornito dal tuo insegnante. Potresti creare un animale con gli occhi luminosi, un elicottero con un'elica rotante o qualsiasi altra cosa tu possa immaginare. Una volta terminato, condividi la tua creazione con il resto della classe e guarda cosa hanno pensato i tuoi compagni di classe. Ecco alcune creazioni realizzate da altri studenti: