Elektrisch deeg

Benodigde materialen

• Geleidend deeg (zie recept hieronder)
• Niet-geleidend/isolerend deeg (zie recept hieronder)
• AA-batterijen
• Accupacks met klemmen
• LED's (10 mm aanbevolen)
• Draad met krokodillenklemmen

Optionele materialen (tabel met mogelijkheden)

• Mini DC elektrische hobbymotoren
• Ventilatoren, zoemers en andere componenten

Geleidend deegrecept

Ingrediënten:

• 1 kopje water
• 1 1/2 kop bloem
• 1/4 kopje zout
• 3 eetl. room van tartaar
• 1 eetl. plantaardige olie
• Kleurstof voor levensmiddelen

1. Meng water met 1 kopje bloem, zout, room van wijnsteen, plantaardige olie en kleurstof in een middelgrote pan.
2. Kook het mengsel op middelhoog vuur onder voortdurend roeren.
3. Blijf roeren tot het mengsel een bal vormt in het midden van de pot.
4. Leg de bal op een licht met bloem bestoven oppervlak. Het deeg zal erg heet zijn. Laat het een paar minuten afkoelen voordat u het gebruikt.
5. Kneed de resterende 1/2 kopje bloem in de bal totdat het de gewenste consistentie heeft bereikt.
6. Bewaar het deeg in een luchtdichte verpakking.

Niet-geleidend/isolerend deegrecept

Ingrediënten:

• 1 1/2 kop bloem
• 1⁄2 kopje suiker
• 3 eetl. plantaardige olie
• 1/2 kopje water (gedeïoniseerd of gedestilleerd is het beste, maar kraanwater kan worden gebruikt)

1. Meng 1 kopje bloem, suiker en olie in een kom.
2. Roer er een kleine hoeveelheid water door. Blijf water toevoegen en roer totdat het meeste water is opgenomen.
3. Zodra het mengsel de consistentie heeft van kleine, gescheiden klontjes, kneed je het mengsel met je handen totdat het een enkele klont vormt.
4. Voeg water toe aan het deeg en blijf kneden tot het een plakkerige, deegachtige textuur heeft.
5. Voeg wat van de resterende bloem toe en kneed het door het deeg tot het de gewenste textuur heeft.
6. Bewaar deeg in een luchtdichte verpakking.

Materialen

• Gebruik items uit het bouwpakket

Proces

1. Begin met een bal van het geleidende deeg. Steek de draden van het batterijpak in tegenover elkaar liggende zijden van het deeg. Steek een LED in het deeg. Kijk wat er gebeurt.
2. Scheid vervolgens het geleidende deeg in twee stukken. Steek een batterijpakdraad in het ene stuk deeg en de andere in het andere stuk deeg. Steek nu de LED met het ene lood in het ene stuk deeg en het andere lood in het tweede stuk deeg. Kijk wat er gebeurt.
3. Verwijder vervolgens de LED en draai deze om, met de draden in de tegenovergestelde richting. Kijk wat er gebeurt. Documenteer waarom denk je dat dit is gebeurd.
4. Raak met de LED in de verlichte positie de twee stukken deeg aan. Kijk wat er gebeurt. Documenteer waarom denk je dat dit is gebeurd.
5. Voeg een stuk isolerend deeg toe tussen de twee stukken geleidend deeg en bevestig ze zodat ze elkaar raken. Met de LED over het isolerende deeg en ingevoegd in de twee secties geleidend deeg. Brandt de LED?
6. Gebruik het geleidende en isolerende deeg om een ​​serieschakeling te maken met twee of meer LED's. Wat valt je op aan de lampen? Documenteer waarom je denkt dat dit is gebeurd.
7. Gebruik het geleidende en isolerende deeg om een ​​parallelle schakeling te maken met drie LED's. Wat valt je op aan de lampen? Waarin verschillen ze van de lampen in de serieschakeling? Documenteer waarom je denkt dat dit is gebeurd.

TED-talk: AnnMarie Thomas

Bron: TED YouTube-kanaal

Squishy Circuit Sculptuur van AnnMarie Thomas

Bron: Universiteit van St. Thomas YouTube-kanaal

Ontwerpuitdaging

Je bent een ingenieur die werkt aan het ontwerpen en bouwen van elektriciteit die creaties uit deeg leidt.

criteria

• Moet twee soorten deeg gebruiken (geleidend en niet-geleidend)
  om LED('s) van stroom te voorzien.

beperkingen

Voltooi je sculptuur binnen de gegeven tijd.

1. Verdeel de klas in teams van 2.
2. Deel het werkblad Elektrisch deeg en recepten uit voor het geleidende en niet-geleidende deeg.
3. Bespreek de onderwerpen in de sectie Achtergrondconcepten.
4. Bekijk het Engineering Design Process, Design Challenge, Criteria, Constraints en Materials. Als de tijd het toelaat, bekijk dan "Real World Applications" voordat u de ontwerpuitdaging uitvoert.
5. Voordat u de leerlingen instrueert om te beginnen met brainstormen en hun ontwerpen te schetsen, vraagt ​​u ze het volgende te overwegen:
   ● Hoe serie- en parallelschakelingen werken
   ● De verschillen tussen geleidende en isolerende materialen
   ● Wat is een kortsluiting?
   ● Wat is polariteit?
6. Geef elk team hun materiaal.
7. Leg uit dat de leerlingen geleidend en niet-geleidend (isolerend) deeg moeten maken. Ze zullen het deeg testen door verschillende circuits te maken met behulp van LED-lampjes.
8. Kondig de hoeveelheid tijd aan die ze hebben om te ontwerpen en te bouwen (1 uur aanbevolen).
9. Gebruik een timer of een online stopwatch (aftelfunctie) om ervoor te zorgen dat u op tijd blijft. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Geef leerlingen regelmatig "tijdcontroles", zodat ze bij de les blijven. Als ze het moeilijk hebben, stel dan vragen die hen sneller tot een oplossing zullen leiden.
10. Teams maken hun deeg.
11. Test het deeg met behulp van de teststappen in de sectie Testmaterialen en proces.
12. Teams moeten de resultaten van elke teststap documenteren.
13. Bespreek klassikaal de reflectievragen van de leerlingen.

Variaties

Gebruik led-verlichting, motoren, zoemers, ventilatoren of andere materialen om creatief te worden!

Schakelingen

De lus waar elektriciteit doorheen stroomt, wordt een circuit genoemd. Een circuit begint bij een stroombron, zoals een batterij, en stroomt door draden en elektrische componenten (zoals lichten, motoren, enz.). Er zijn twee soorten circuits: serieschakelingen en parallelle circuits.

Serieschakelingen

Serieschakelingen laten slechts één pad toe waar elektriciteit doorheen kan stromen. In een serieschakeling met LED's zullen de LED's verder van de stroombron zwakker lijken, omdat er minder elektriciteit beschikbaar is om ze van stroom te voorzien. Als een LED zou doorbranden of in een serieschakeling zou worden verwijderd, zouden alle lampjes die erop volgen ook uitgaan, omdat het ene pad naar de resterende lampjes zou worden losgekoppeld.

Parallelle circuits

Parallelle circuits laten meerdere paden toe waar elektriciteit doorheen kan stromen. In een parallelle schakeling met LED's stroomt elke LED rechtstreeks langs zijn eigen pad. Elke LED kan fel schijnen, ongeacht
waar het is, omdat de elektriciteit elke LED rechtstreeks bereikt. Ook in een parallelle schakeling, als één lampje doorbrandt of wordt verwijderd, blijven de andere branden.

Geleidende en isolerende materialen

Geleidende materialen: laat er elektriciteit doorheen stromen. Kun je een aantal materialen bedenken die elektriciteit geleiden?

Isolatiematerialen: laat er geen elektriciteit doorheen stromen. Kun je wat isolatiematerialen bedenken? Isolatie wordt gemeten in weerstand. Hoe beter een materiaal isoleert, hoe meer weerstand het heeft. Het isolerende deeg waarmee je gaat werken is resistief, wat betekent dat er weinig elektriciteit doorheen kan stromen. Isolatoren fungeren als een muur die elektriciteit blokkeert.

Kortsluiting

Een kortsluiting ontstaat wanneer draden die niet met elkaar in contact mogen komen elkaar raken. Dit is de reden waarom een ​​LED niet oplicht wanneer deze in een enkel stuk geleidend deeg of in een
twee stukken geleidend deeg die elkaar dan raken.

Polariteit

De richting van de stroom in een circuit wordt polariteit genoemd. Bij deze activiteit is de rode draad van het batterijpakket de positieve pool en de zwarte draad de negatieve pool. Sommige elektronische componenten hebben ook een positieve en negatieve kant en moeten in de juiste richting worden bevestigd om te kunnen werken.

De LED's in deze activiteit hebben elk twee leads, een korte en een lange. De langere lead gaat naar de positieve kant en de kortere lead gaat naar de negatieve kant.

Student Reflection (technisch notitieboek)

1. Elektriciteit kiest altijd de weg van de minste weerstand. Waarom denk je dat de LED in stap 1 niet oplichtte toen deze in een stuk geleidend deeg werd gestoken? Waarom denk je dat in stap 4 de LED uitging toen de twee stukken geleidend deeg elkaar raakten?
2. Het geleidende deeg is gemaakt van water, bloem, zout, wijnsteen en plantaardige olie. Het isolerende deeg is gemaakt van water, bloem, suiker en plantaardige olie. Wat denk je dat ervoor zorgt dat het ene deeg elektriciteit geleidt en het andere niet?
3. Welke andere materialen zijn volgens jou geleidend?
4. Welke andere materialen zijn volgens u isolerend?

Voor oudere leerlingen kan de les in slechts 1 lesperiode worden gedaan. Om studenten echter te helpen zich gehaast te voelen en om studentensucces te garanderen (vooral voor jongere studenten), splitst u de les in twee perioden, zodat de studenten meer tijd hebben om te brainstormen, ideeën te testen en hun ontwerp af te ronden. Voer de testen en debriefing uit in de volgende lesperiode.

• Dirigent: Materiaal waar elektriciteit doorheen kan stromen.
• Isolator: Materiaal waar geen elektriciteit doorheen kan stromen.
• Weerstand: Isolatie wordt gemeten in weerstand. Hoe beter een materiaal isoleert, hoe meer weerstand het heeft.
• Circuit: De lus waar elektriciteit doorheen stroomt. Een circuit begint bij een stroombron, zoals een batterij, en stroomt door draden en elektrische componenten (zoals lichten, motoren, enz.).
• Serieschakeling: Staat één pad toe waar elektriciteit doorheen kan stromen.
• Parallelschakeling: Staat meerdere paden toe waar elektriciteit doorheen kan stromen.
• Kortsluiting: Wanneer draden die niet met elkaar in contact mogen komen elkaar raken.

Internetverbindingen

• Squishy-circuits
• Makerspaces.com: Squishy-circuits
• Ann Marie Thomas: Praktische wetenschap met squishy circuits

Aanbevolen Reading

• Elektronica voor kinderen: speel met eenvoudige schakelingen en experimenteer met elektriciteit! (ISBN: 978-1593277253)
• Een beginnershandleiding voor circuits: negen eenvoudige projecten met licht, geluid en meer! (ISBN: 978-1593279042)
• Squishy-circuits bouwen (ISBN: 978-1634727235)
• Het grote boek met Makerspace-projecten: makers inspireren om te experimenteren, creëren en leren (ISBN: 978-1259644252)

Schrijfactiviteit

In deze activiteit bouw je objecten met een materiaal dat elektriciteit kan geleiden. Hiermee kun je lichten, motoren, ventilatoren en andere elektrische elementen aan je creatie toevoegen. Chris Tuan, civiel ingenieur aan de Universiteit van Nebraska, Lincoln ontwikkelde een formule om geleidend beton te maken dat kan worden gebruikt om wegen en trottoirs te maken die ijs en sneeuw kunnen smelten. Als je een gebouw zou kunnen bouwen met geleidende materialen, hoe zou je dan de elektrische eigenschappen ervan gebruiken?

Afstemming op leerplankaders

Opmerking: alle lesplannen in deze serie zijn afgestemd op de Computer Science Teachers Association K-12 Computer Science Standards, de US Common Core State Standards for Mathematics, en indien van toepassing ook op de National Council of Teachers of Mathematics' Principles and Standards for School Wiskunde, de International Technology Education Association's Standards for Technological Literacy en de Amerikaanse National Science Education Standards die zijn opgesteld door de National Research Council.

Wetenschapsnormen van de volgende generatie

Studenten die begrip tonen, kunnen

• 3-5-ETS1-1. Definieer een eenvoudig ontwerpprobleem dat een behoefte of wens weerspiegelt, inclusief gespecificeerde criteria voor succes en beperkingen op materiaal, tijd of kosten.
• 3-5-ETS1-2. Genereer en vergelijk meerdere mogelijke oplossingen voor een probleem op basis van hoe goed elk ervan zal voldoen aan de criteria en beperkingen van het probleem.
• 3-5-ETS1-3. Plan en voer eerlijke tests uit waarin variabelen worden gecontroleerd en faalpunten worden overwogen om aspecten van een model of prototype te identificeren die kunnen worden
  verbeterd.
• 4-PS3-2. Doe waarnemingen om te bewijzen dat energie van plaats naar plaats kan worden overgebracht door geluid, licht, warmte en elektrische stromen
• 4-PS3-4. Pas wetenschappelijke ideeën toe om een ​​apparaat te ontwerpen, testen en verfijnen dat converteert
  energie van de ene vorm naar de andere.
• MS-ETS1-1. Definieer de criteria en beperkingen van een ontwerpprobleem met voldoende
  precisie om een ​​succesvolle oplossing te garanderen, rekening houdend met relevante wetenschappelijke
  principes en potentiële effecten op mensen en de natuurlijke omgeving die mogelijke oplossingen kunnen beperken.
• MS-ETS1-2. Evalueer concurrerende ontwerpoplossingen met behulp van een systematisch proces om:
  bepalen hoe goed ze voldoen aan de criteria en beperkingen van het probleem.
• MS-ETS1-3. Analyseer gegevens van tests om overeenkomsten en verschillen tussen verschillende ontwerpoplossingen te bepalen om de beste kenmerken van elk te identificeren die kunnen worden gecombineerd tot een nieuwe oplossing om beter te voldoen aan de criteria voor succes.
• MS-ETS1-4. Ontwikkel een model om gegevens te genereren voor iteratief testen en wijzigen van een voorgesteld object, hulpmiddel of proces zodat een optimaal ontwerp kan worden bereikt.

Normen voor technologische geletterdheid – alle leeftijden

• Hoofdstuk 8 – De kenmerken van design
  • Definities van ontwerp
  • Vereisten van ontwerp
• Hoofdstuk 9 – Technisch ontwerp
  • Technisch ontwerpproces
  • Creativiteit en rekening houdend met alle ideeën
  • Modellen
• Hoofdstuk 10 – De rol van probleemoplossing, onderzoek en ontwikkeling, uitvindingen en experimenten bij het oplossen van problemen
  • Probleem oplossen
  • Uitvinding en innovatie
  • proefneming
• Hoofdstuk 11 – Het ontwerpproces toepassen
  • Informatie verzamelen
  • Een oplossing visualiseren
  • Oplossingen testen en evalueren
  • Een ontwerp verbeteren
• Hoofdstuk 16 – Energie en energietechnologie
  • Energie komt in verschillende vormen
  • Gereedschappen, machines, producten en systemen

Schakelingen

Een circuit is een lus waar elektriciteit doorheen stroomt. Een circuit begint bij een stroombron, zoals een batterij, en stroomt door draden en elektrische componenten (zoals lichten, motoren, enz.). Er zijn twee soorten circuits: serieschakelingen en parallelle circuits.

Serieschakelingen laat slechts één pad toe waar elektriciteit doorheen kan stromen. In een serieschakeling met LED's zullen de LED's die verder van de stroombron verwijderd zijn, zwakker lijken, omdat er minder elektriciteit beschikbaar is om ze van stroom te voorzien. Als een LED zou doorbranden of in een serieschakeling zou worden verwijderd, zouden alle lampjes die erop volgen ook uitgaan, omdat het ene pad naar de resterende lampjes zou worden losgekoppeld.

Parallelle schakelingen laat meerdere paden toe waar elektriciteit doorheen kan stromen. In een parallelle schakeling met LED's stroomt elke LED rechtstreeks langs zijn eigen pad. Elke LED kan fel schijnen, waar hij ook is, omdat de elektriciteit elke LED rechtstreeks bereikt. Ook in een parallelle schakeling, als een lampje doorbrandt of wordt verwijderd, blijven de andere branden.

Geleidbaarheid en isolatie

Materialen die elektriciteit geleiden - waardoor er elektriciteit doorheen kan stromen - worden geleidend genoemd. Geleidende materialen kunnen worden gebruikt om circuits te maken. Dat kan betekenen dat je metaaldraad gebruikt of meer ongewone dingen zoals fruit, aardappelen en zelfs deeg. In het geleidende deeg dat je gaat gebruiken, helpt het zout in het deeg de elektriciteit er doorheen te bewegen door te dissociëren in Na+ en Cl-ionen.

Materialen die geen elektriciteit doorlaten, worden isolerend genoemd. Isolatie wordt gemeten in weerstand. Hoe beter een materiaal isoleert, hoe meer weerstand het heeft. Het isolerende deeg waarmee je gaat werken is resistief, wat betekent dat er weinig elektriciteit doorheen kan stromen.

Isolatoren fungeren als een muur voor elektriciteit. Elektriciteit wordt ofwel tegengehouden door een isolator of moet er een weg omheen zien te vinden. Omdat het isolerende deeg geen elektriciteit geleidt, kan het worden gebruikt om het geleidende deeg te scheiden en om de elektriciteit door andere elektrische componenten, zoals LED's en motoren, te laten stromen.

Weerstand is ook belangrijk om de stroom van elektriciteit naar een bepaald onderdeel te vertragen. Zo laat het geleidende deeg elektriciteit door, maar biedt het ook enige weerstand. Dit helpt om de stroom van elektriciteit van het batterijpakket naar de LED's te vertragen. Als de LED rechtstreeks op het batterijpakket zou worden aangesloten, zou de LED doorbranden.

Kortsluiting

Elektriciteit kiest altijd de weg van de minste weerstand. In plaats van langzaam door een resistent materiaal te stromen, zal elektriciteit een pad volgen door iets meer geleidends, zoals een LED, motor, draad of ander meer geleidend materiaal. Op deze manier kunnen isolatiematerialen worden gebruikt om elektriciteit van koers te laten veranderen en door de componenten te laten bewegen waar u het doorheen wilt laten stromen.

Als er een pad rond een elektrische component, zoals een led, is die minder weerstand biedt, zal de elektriciteit de led omzeilen en de weg van de minste weerstand nemen. Dit wordt een kortsluiting genoemd. Dit is de reden waarom een ​​LED die in een enkel stuk geleidend deeg wordt gestoken of in twee stukken geleidend deeg die elkaar raken, de LED niet oplicht.

Polariteit

Elektrische stroom vloeit van de positieve pool van een energiebron naar de negatieve pool. De richting van de stroom in een circuit wordt polariteit genoemd. Bij deze activiteit is de rode draad van het batterijpakket de positieve pool en de zwarte draad de negatieve pool. Sommige elektronische componenten hebben ook een positieve en negatieve kant en moeten in de juiste richting worden bevestigd om te kunnen werken. De LED's waarmee u gaat werken, hebben elk twee draden, een korte en een lange. De langere lead gaat naar de positieve kant en de kortere lead gaat naar de negatieve kant. Als de LED in de verkeerde richting is bevestigd, gaat deze pas branden als deze is omgedraaid. Motoren werken wanneer ze in beide richtingen zijn bevestigd. De richting waarin de elektriciteit stroomt, bepaalt echter de draairichting van de motoras.

In deze activiteit bouw je creaties van deeg, net zoals je deed toen je jonger was. Alleen deze creaties kunnen elektriciteit geleiden, waardoor je circuits kunt maken en functies zoals lichten, motoren en meer kunt toevoegen. Je gaat met twee soorten deeg werken. Eén deeg (gekleurd) is geleidend en laat er elektriciteit doorheen stromen. De andere (wit) is isolerend en laat geen stroom door. Je begint met het verkennen van de twee soorten deeg en hoe ze samenwerken om circuits te maken. Dan kun je lekker creatief bezig zijn.

Oefencircuits/Je deeg leren kennen

1. Begin met een bal van het geleidende deeg. Steek de draden van het batterijpakket in tegenover elkaar liggende zijden van het deeg. Steek een LED in het deeg. Wat gebeurt er?

   

2. Scheid vervolgens het geleidende deeg in twee stukken. Steek een batterijpakdraad in het ene stuk deeg en de andere in het andere stuk deeg. Steek nu de LED met één lood in het ene stuk deeg en het andere lood in het tweede stuk deeg. Wat gebeurt er?

   

3. Verwijder vervolgens de LED en draai hem om, plaats hem dan terug in de twee stukken deeg met de draden in de tegenovergestelde richting van hoe ze voorheen waren. Wat gebeurt er? Waarom denk je dat het is gebeurd?

4. Raak met de LED in de verlichte positie de twee stukken deeg aan. Wat gebeurt er? Waarom denk je dat het is gebeurd?

5. Voeg vervolgens een stuk isolerend deeg toe tussen de twee stukken geleidend deeg en bevestig ze zodat ze elkaar raken. Met de LED over het isolerende deeg, geplaatst in de twee secties van geleidend deeg, heb je één vast object. De LED licht echter op, omdat er geen kortsluiting plaatsvindt. Omdat het isolerende deeg de elektriciteit er niet doorheen laat stromen, gaat de elektriciteit in plaats daarvan door de LED, waardoor deze oplicht.

   

6. Gebruik het geleidende en isolerende deeg om een ​​serieschakeling te maken met twee of meer LED's. Wat valt je op aan de lampen? Waarom denk je dat dat is?

   

7. Gebruik het geleidende en isolerende deeg om een ​​parallelle schakeling te maken met drie LED's. Wat valt je op aan de lampen? Waarin verschillen ze van de lampen in de serieschakeling? Waarom denk je dat dat is?

   

Wees creatief

Nu je begrijpt hoe je de twee soorten deeg kunt gebruiken om een ​​LED van stroom te voorzien en een motor te laten draaien, probeer iets creatiefs te bouwen. Je kunt LED's, motoren, zoemers, ventilatoren of ander materiaal gebruiken dat je leraar heeft verstrekt. Je zou een dier kunnen maken met oplichtende ogen, een helikopter met een draaiende propeller, of wat je maar kunt bedenken. Als je klaar bent, deel je je creatie met de rest van de klas en kijk je wat je klasgenoten hebben bedacht. Hier zijn enkele creaties die andere studenten hebben gemaakt: