Torce elettriche e batterie
Questa lezione esplora il funzionamento di una torcia, mostrando il circuito elettrico e le funzioni degli interruttori di questo oggetto domestico quotidiano. Gli studenti imparano come funzionano le batterie, come forniscono alimentazione al circuito semplice all'interno di una semplice torcia e come l'interruttore controlla il flusso di elettroni. Gli studenti lavorano in team per smontare una torcia e disegnare uno schema del design del circuito di una torcia.
- Scopri come gli interruttori controllano il flusso di elettricità.
- Impara a disegnare schemi elettrici di base.
- Scopri come funzionano il circuito elettrico e la batteria all'interno di una torcia.
- Scopri il lavoro di squadra e il lavoro in gruppo.
Livelli di età: 8-11
Materiali da costruzione
Materiali richiesti
- Torcia elettrica
- 2 batterie D.
- Interruttori 2
Design Challenge
Siete un team di ingegneri a cui è stata affidata la sfida di smontare e rimontare una torcia, in modo che funzioni. Quindi, progetterai e disegnerai uno schema per una torcia migliorata (nuovi materiali, più lampadine, batterie extra) e condividerai il tuo progetto con la classe.
- Suddividi la classe in squadre di 3-4.
- Distribuisci il foglio di lavoro Torce e batterie, oltre ad alcuni fogli di carta per disegnare i disegni.
- Discuti gli argomenti nella sezione Concetti di base. Mostra agli studenti una torcia funzionante e spiega come l'interruttore sulla torcia controlla il flusso di elettricità in tutto il circuito della torcia.
- Fornisci a ogni squadra i loro materiali.
- Chiedere alle squadre di smontare e rimontare la torcia, in modo che funzioni.
- Chiedere alle squadre di disegnare uno schema del circuito elettrico per una torcia in posizione "on".
- Successivamente, i team di studenti progettano una torcia migliorata e disegnano un altro schema elettronico per il loro nuovo design. (Idee: nuovi materiali, più lampadine, batterie extra)
- Le squadre presentano il loro nuovo design alla classe.
- Per ulteriori contenuti sull'argomento, vedere la sezione "Scavare più a fondo".
Modifica dell'ora
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.
Cos'è un circuito semplice?
Circuito semplice
Un circuito semplice è costituito da tre elementi minimi necessari per completare un circuito elettrico funzionante: una fonte di elettricità (batteria), un percorso o conduttore su cui scorre l'elettricità (filo) e una resistenza elettrica (lampada) che è qualsiasi dispositivo che richiede elettricità per funzionare. L'illustrazione seguente mostra un semplice circuito contenente, una batteria, due fili, un interruttore e una lampadina. Il flusso di elettricità proviene dal terminale ad alto potenziale (+) della batteria attraverso la lampadina (accendendola), e torna al terminale negativo (-), in un flusso continuo quando l'interruttore è in posizione on quindi la corrente può fluire.
Diagramma schematico di un circuito semplice
Quello che segue è un diagramma schematico del circuito semplice che mostra i simboli elettronici per la batteria, l'interruttore e la lampadina.
Simulazione di un interruttore
Simulazione di un interruttore scollegando un cavo o aggiungendo una matita
Esistono diversi modi per simulare un interruttore in un semplice circuito. La semplice rimozione e sostituzione del filo dalla lampadina può fungere da interruttore. Un altro semplice interruttore può essere effettuato attaccando l'estremità di uno dei fili all'estremità della gomma di una matita usando un elastico. Quindi attacca un altro elastico all'altra estremità della matita e semplicemente posizionando l'altra estremità sopra e poi fuori dal cavo di collegamento, hai creato un interruttore. Altri tipi di conduttori possono essere utilizzati anche nel design degli interruttori, come fogli di alluminio, fermagli per capelli, graffette, fermagli di carta e alcune penne metalliche.
Batterie e torce elettriche
Cronologia della batteria
La prima batteria fu dimostrata nel 1800 dal conte Alessandro Volta. I suoi esperimenti hanno dimostrato che diversi metalli a contatto tra loro potrebbero creare elettricità. Costruì una pila di dischi di zinco alternati a carta assorbente imbevuta di acqua salata e argento o rame. Quando i fili fatti di due metalli diversi sono stati attaccati sia ai dischi superiore che a quelli inferiori, Volta è stato in grado di misurare una tensione e una corrente. Ha anche scoperto che maggiore è la pila, maggiore è la tensione. La corrente viene prodotta a causa di una reazione chimica derivante dalle diverse capacità di attrazione degli elettroni dei due metalli. Ulteriori informazioni sulla cronologia della batteria possono essere trovate su Engineering and Technology History Wiki (https://ethw.org/Batteries).
Storia della torcia
Nel 1890, Conrad Hubert, fondatore della American Ever-Ready Company, inventò la torcia elettrica manuale. Hubert acquisì il brevetto per la prima torcia Eveready nel 1898. Le prime torce di Hubert erano realizzate con tubi di carta e fibra, con una lampadina e un riflettore in ottone. A quel tempo, le batterie erano molto scariche e le lampadine erano ancora in fase di sviluppo, quindi le prime torce producevano solo un breve "lampo" di luce, che diede il nome all'invenzione.
Come funzionano le torce
Ci sono sette componenti principali di una torcia:
- Custodia o tubo: contiene tutti gli altri componenti della torcia.
- Contatti: molla sottile o striscia di metallo solitamente in rame o ottone che funge da collegamento tra la batteria, la lampada e l'interruttore.
- Interruttore: può essere in posizione di accensione o spegnimento.
- Riflettore: rivestito in plastica con uno strato di alluminio riflettente per aumentare la luminosità della lampadina.
- Lampadina: generalmente molto piccola.
- Obiettivo: copertura in plastica davanti alla lampadina per proteggere la lampada che potrebbe rompersi facilmente.
- Batterie: forniscono alimentazione alla torcia.
Quando l'interruttore è in posizione "on", collega le due strisce di contratto che consentono agli elettroni di fluire. Le batterie forniscono alimentazione alla torcia e si trovano sopra una piccola molla collegata a una delle strisce di contatto. Questa striscia di contatto corre lungo la lunghezza della custodia e fa contatto con l'interruttore. Un'altra striscia di contatto collega l'interruttore con la lampadina. Infine, un altro contatto collega la lampadina alla batteria superiore, completando il circuito.
- Batteria: un dispositivo in grado di immagazzinare elettricità.
- Circuito: Un percorso completo attorno al quale può circolare l'elettricità.
- Vincoli: limitazioni relative a materiale, tempo, dimensioni del team, ecc.
- Criteri: condizioni che il progetto deve soddisfare come le sue dimensioni complessive, ecc.
- Flusso di elettroni: elettricità.
- Ingegneri: inventori e risolutori di problemi del mondo. Venticinque importanti specialità sono riconosciute in ingegneria (vedi infografica).
- Processo di progettazione ingegneristica: gli ingegneri di processo utilizzano per risolvere i problemi.
- Engineering Habits of Mind (EHM): sei modi unici in cui pensano gli ingegneri.
- Iterazione: test e riprogettazione sono un'iterazione. Ripeti (più iterazioni).
- Prototipo: Un modello funzionante della soluzione da testare.
- Diagramma schematico: diagramma che mostra i simboli elettronici di un circuito.
- Circuito semplice: è costituito da tre elementi minimi necessari per completare un circuito elettrico funzionante: una fonte di elettricità (batteria), un percorso o conduttore su cui scorre l'elettricità (filo) e una resistenza elettrica (lampada) che è qualsiasi dispositivo che richiede elettricità per funzionare.
- Interruttore: un dispositivo per creare, interrompere o modificare i collegamenti in un circuito elettrico.
Connessioni Internet
lettura consigliata
- Serie di testimoni oculari DK: Elettricità (ISBN: 0751361321)
- Eyewitness Electricity, di Steve Parker (DK Publishing, ISBN: 0789455773)
- How Science Works, di Judith Hann (Readers Digest, ISBN: 0762102497)
- The Usborne Book of Batteries & Magnets (How to Make Series), di Paula Borton, Vicky Cave (EDC Publications, ISBN: 074602083X)
Attività di scrittura
Scrivi un saggio o un paragrafo che descriva come funzionano le torce a manovella
Allineamento ai Curriculum Frameworks
Nota: I piani delle lezioni di questa serie sono allineati a uno o più dei seguenti gruppi di standard:
- Standard statunitensi per l'educazione scientifica (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Standard scientifici di nuova generazione degli Stati Unitihttp://www.nextgenscience.org/)
- Standards for Technological Literacy della International Technology Education Association (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Principi e standard del Consiglio nazionale degli insegnanti di matematica degli Stati Uniti per la matematica scolastica (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- US Common Core State Standards for Mathematics (http://www.corestandards.org/Math)
- Associazione degli insegnanti di informatica K-12 Standard di informatica (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Standard nazionali per l'educazione scientifica Gradi K-4 (età 4-9)
CONTENUTO STANDARD A: Science as Inquiry
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Abilità necessarie per fare ricerca scientifica
- Comprensione sull'indagine scientifica
CONTENUTO STANDARD B: Scienze fisiche
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare una comprensione di
- Luce, calore, elettricità e magnetismo
CONTENUTO STANDARD E: Scienza e tecnologia
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Comprensione di scienza e tecnologia
Standard nazionali per l'educazione scientifica Classi 5-8 (età 10-14)
CONTENUTO STANDARD A: Science as Inquiry
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Abilità necessarie per fare ricerca scientifica
- Comprensioni sull'indagine scientifica
CONTENUTO STANDARD B: Scienze fisiche
Come risultato delle loro attività, tutti gli studenti dovrebbero sviluppare una comprensione di
- Trasferimento di energia
CONTENUTO STANDARD E: Scienza e tecnologia
Come risultato delle attività, tutti gli studenti dovrebbero svilupparsi
- Comprensioni su scienza e tecnologia
Next Generation Science Standards - Grades 3-5 (Age 8-11)
Gli studenti che dimostrano comprensione possono:
- 4-PS3-4. Applica idee scientifiche per progettare, testare e perfezionare un dispositivo che converte l'energia da una forma all'altra.
Standard per l'alfabetizzazione tecnologica - Tutte le età
Design
- Standard 8: gli studenti svilupperanno una comprensione degli attributi del design.
- Standard 9: gli studenti svilupperanno una comprensione della progettazione ingegneristica.
- Standard 10: Gli studenti svilupperanno una comprensione del ruolo della risoluzione dei problemi, ricerca e sviluppo, invenzione e innovazione e sperimentazione nella risoluzione dei problemi.
Disegna un diagramma schematico del progetto del circuito per la torcia standard nella posizione "on" nella casella sottostante.
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Disegna il diagramma schematico per la tua torcia migliorata nella casella sottostante.
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