Massa elétrica

Materiais requeridos

• Massa condutiva (ver receita abaixo)
• Massa não condutiva / isolante (ver receita abaixo)
• Pilhas AA
• Pacotes de bateria com terminais
• LEDs (tamanho de 10 mm recomendado)
• Fio com pinças de crocodilo

Materiais opcionais (tabela de possibilidades)

• Motores elétricos mini DC para passatempo
• Ventiladores, campainhas e outros componentes

Receita de massa condutiva

Ingredientes:

• 1 xícara de água
• 1 1/2 xícara de farinha
• 1⁄4 xícara de sal
• 3 colheres de sopa. creme de tártaro
• 1 colheres de sopa. óleo vegetal
• Corante

1. Misture água com 1 xícara de farinha, sal, creme de tártaro, óleo vegetal e corante alimentar em uma panela de tamanho médio.
2. Cozinhe a mistura em fogo médio, mexendo continuamente.
3. Continue mexendo até que a mistura forme uma bola no centro da panela.
4. Coloque a bola sobre uma superfície levemente enfarinhada. A massa ficará muito quente. Deixe esfriar por alguns minutos antes de manusear.
5. Sove o restante 1/2 xícara de farinha na bola até atingir a consistência desejada.
6. Guarde a massa em um recipiente hermético.

Receita de massa não condutiva / isolante

Ingredientes:

• 1 1/2 xícara de farinha
• 1⁄2 xícara de açúcar
• 3 colheres de sopa. óleo vegetal
• 1/2 xícara de água (desionizada ou destilada é melhor, mas água da torneira pode ser usada)

1. Misture 1 xícara de farinha, açúcar e óleo em uma tigela.
2. Misture um pouco de água. Continue a adicionar água e mexa até que a maior parte da água seja absorvida.
3. Quando a mistura tiver a consistência de pequenos pedaços separados, amasse a mistura com as mãos até formar um único caroço.
4. Adicione água à massa e continue a amassar até obter uma textura pegajosa e parecida com a de massa.
5. Adicione um pouco da farinha restante e amasse na massa até atingir a textura desejada.
6. Armazene a massa em um recipiente hermético.

Materiais

• Use itens do kit de construção

Processo

1. Comece com uma bola de massa condutora. Insira os fios da bateria em lados opostos da massa. Insira um LED na massa. Observe o que acontece.
2. Em seguida, separe a massa condutora em duas partes. Insira um fio da bateria em um pedaço de massa e o outro no outro pedaço de massa. Agora, insira o LED com uma guia em um pedaço da massa e a outra guia na segunda parte da massa. Observe o que acontece.
3. Em seguida, remova o LED e gire-o, com os cabos na direção oposta. Observe o que acontece. Documente por que você acha que isso aconteceu.
4. Com o LED aceso, toque as duas peças de massa juntas. Observe o que acontece. Documente por que você acha que isso aconteceu.
5. Adicione um pedaço de massa isolante entre os dois pedaços de massa condutora e prenda-os de forma que fiquem se tocando. Com o LED abrangendo a massa isolante e inserido nas duas seções de massa condutora. O LED está aceso?
6. Use a massa condutora e isolante para criar um circuito em série com dois ou mais LEDs. O que você nota sobre as luzes? Documente por que você acha que isso aconteceu.
7. Use a massa condutora e isolante para criar um circuito paralelo com três LEDs. O que você nota sobre as luzes? Como eles são diferentes das luzes do circuito em série? Documente por que você acha que isso aconteceu.

Palestra TED: AnnMarie Thomas

Fonte: Canal TED no YouTube

Escultura de circuito mole de AnnMarie Thomas

Fonte: Canal da Universidade de St. Thomas no YouTube

Desafio de Design

Você é um engenheiro que trabalha para projetar e construir criações condutoras de eletricidade com massa.

Critérios

• Deve-se usar dois tipos de massa (condutiva e não condutiva)
  para ligar o (s) LED (s).

restrições

Conclua sua escultura dentro do tempo determinado.

1. Divida a classe em equipes de 2.
2. Distribua a planilha da Massa Elétrica e receitas para massas condutivas e não condutivas.
3. Discuta os tópicos da seção Conceitos básicos.
4. Revise o Processo de Projeto de Engenharia, Desafio de Projeto, Critérios, Restrições e Materiais. Se o tempo permitir, analise “Aplicativos do mundo real” antes de conduzir o desafio de design.
5. Antes de instruir os alunos a começar a fazer um brainstorming e esboçar seus projetos, peça-lhes que considerem o seguinte
   ● Como funcionam os circuitos em série e paralelo
   ● As diferenças entre materiais condutores e isolantes
   ● O que é um curto-circuito?
   ● O que é polaridade?
6. Forneça a cada equipe seus materiais.
7. Explique que os alunos devem fazer massa condutiva e não condutiva (isolante). Eles vão testar a massa fazendo diferentes circuitos usando luzes LED.
8. Anuncie quanto tempo eles têm para projetar e construir (recomenda-se 1 hora).
9. Use um cronômetro ou cronômetro on-line (recurso de contagem regressiva) para garantir que você se mantenha no tempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dê aos alunos “verificações de tempo” regulares para que eles permaneçam na tarefa. Se eles estiverem com dificuldades, faça perguntas que os levem a uma solução mais rápida.
10. As equipes fazem sua massa.
11. Teste a massa usando as etapas de teste na seção Materiais de teste e processo.
12. As equipes devem documentar os resultados de cada etapa do teste.
13. Como classe, discuta as questões de reflexão do aluno.

Variações

Use luzes LED, motores, campainhas, ventiladores ou qualquer outro material para ser criativo!

Circuits

O circuito pelo qual a eletricidade flui é chamado de circuito. Um circuito começa em uma fonte de energia, como uma bateria, e flui através de fios e componentes elétricos (como luzes, motores, etc.). Existem dois tipos de circuitos - circuitos em série e circuitos paralelos.

Circuitos em série

Os circuitos em série permitem apenas um caminho para a eletricidade fluir. Em um circuito em série com LEDs, os LEDs mais distantes da fonte de alimentação parecerão mais escuros, porque há menos eletricidade disponível para alimentá-los. Se um LED queimar ou for removido em um circuito em série, todas as luzes que o seguem também se apagam, porque o único caminho para as luzes restantes será desconectado.

Circuitos Paralelos

Os circuitos paralelos permitem vários caminhos para a eletricidade fluir. Em um circuito paralelo com LEDs, cada LED tem eletricidade fluindo diretamente para ele ao longo de seu próprio caminho. Cada LED pode brilhar intensamente, não importa
onde está, porque a eletricidade está atingindo cada LED diretamente. Além disso, em um circuito paralelo, se uma luz queimar ou for removida, as outras continuarão a brilhar.

Materiais condutores e isolantes

Materiais condutores: permitem que a eletricidade flua através deles. Você consegue pensar em alguns materiais que conduzem eletricidade?

Materiais isolantes: não permitem que a eletricidade flua através deles. Você consegue pensar em alguns materiais isolantes? O isolamento é medido em resistência. Quanto mais isolante um material, mais resistência ele tem. A massa isolante com a qual você trabalhará é resistiva, o que significa que pouca eletricidade pode fluir por ela. Os isoladores atuam como uma parede que bloqueia a eletricidade.

Curto-Circuito

Um curto-circuito acontece quando fios que não deveriam estar em contato um com o outro se tocam. É por isso que um LED não acende quando é inserido em uma única peça de massa condutora ou em
dois pedaços de massa condutora que se tocam.

Polaridade

A direção do fluxo da corrente em um circuito é chamada de polaridade. Nesta atividade, o fio vermelho da bateria é o pólo positivo e o fio preto é o pólo negativo. Alguns componentes eletrônicos também possuem um lado positivo e um negativo e devem ser fixados na direção correta para funcionar.

Cada um dos LEDs nesta atividade possui dois terminais, um curto e um longo. A liderança mais longa vai para o lado positivo e a liderança mais curta vai para o lado negativo.

Reflexão do aluno (caderno de engenharia)

1. A eletricidade sempre segue o caminho de menor resistência. Na etapa 1, por que você acha que o LED não acendeu quando foi inserido em um pedaço de massa condutora? Na etapa 4, por que você acha que o LED apagou quando as duas peças de massa condutora se tocaram?
2. A massa condutora é feita de água, farinha, sal, cremor tártaro e óleo vegetal. A massa isolante é feita de água, farinha, açúcar e óleo vegetal. O que você acha que faz uma massa conduzir eletricidade e a outra não?
3. Que outros materiais você acha que são condutores?
4. Que outros materiais você acha que são isolantes?

A aula pode ser ministrada em apenas 1 período de aula para alunos mais velhos. No entanto, para ajudar os alunos a não se sentirem apressados ​​e para garantir o sucesso dos alunos (especialmente para alunos mais jovens), divida a aula em dois períodos, dando aos alunos mais tempo para debater, testar ideias e finalizar seu projeto. Conduza o teste e o interrogatório no próximo período de aula.

• Condutor: Material que permite que a eletricidade flua através dele.
• Insulator: Material que não permite a passagem de eletricidade.
• Resistência: O isolamento é medido em resistência. Quanto mais isolante um material, mais resistência ele tem.
• Circuito: O circuito através do qual a eletricidade flui. Um circuito começa em uma fonte de energia, como uma bateria, e flui através de fios e componentes elétricos (como luzes, motores, etc.).
• Circuito em série: Permite um único caminho para o fluxo de eletricidade.
• Circuito paralelo: Permite múltiplos caminhos para o fluxo de eletricidade.
• Curto-Circuito: Quando fios que não deveriam estar em contato uns com os outros se tocam.

Conexões na Internet

• Squishy Circuits
• Makerspaces.com: Circuitos Squishy
• Ana Maria Thomas: Ciência prática com circuitos flexíveis

Leitura recomendada

• Eletrônica para crianças: brinque com circuitos simples e experimente eletricidade! (ISBN: 978-1593277253)
• Guia de circuitos para iniciantes: nove projetos simples com luzes, sons e muito mais! (ISBN: 978-1593279042)
• Construindo Circuitos Squishy (ISBN: 978-1634727235)
• The Big Book of Makerspace Projects: Inspiring Makers to Experiment, Create e Learn (ISBN: 978-1259644252)

Atividade de escrita

Nesta atividade, você vai construir objetos usando um material que pode conduzir eletricidade. Isso permitirá que você adicione luzes, motores, ventiladores e outros elementos elétricos à sua criação. Chris Tuan, engenheiro civil da Universidade de Nebraska, Lincoln desenvolveu uma fórmula para fazer concreto condutivo que pode ser usado para fazer estradas e calçadas que podem derreter gelo e neve. Se você pudesse construir um edifício com materiais condutores, como usaria suas propriedades elétricas?

Alinhamento a Estruturas Curriculares

Observação: todos os planos de aula desta série estão alinhados aos Padrões de Ciência da Computação da Associação de Professores de Ciência da Computação do ensino fundamental e médio, aos Padrões Estaduais de Núcleo Comum dos EUA para Matemática e, se aplicável, também aos Princípios e Padrões Escolares do Conselho Nacional de Professores de Matemática Matemática, os Padrões para Alfabetização Tecnológica da Associação Internacional de Educação em Tecnologia e os Padrões de Educação Científica Nacional dos EUA, produzidos pelo Conselho Nacional de Pesquisa.

Próxima Geração de Normas Ciência

Os alunos que demonstram compreensão podem

• 3-5-ETS1-1. Defina um problema de projeto simples que reflita uma necessidade ou desejo que inclua critérios específicos de sucesso e restrições de materiais, tempo ou custo.
• 3-5-ETS1-2. Gere e compare várias soluções possíveis para um problema com base na probabilidade de cada uma atender aos critérios e restrições do problema.
• 3-5-ETS1-3. Planejar e realizar testes justos nos quais as variáveis ​​são controladas e os pontos de falha são considerados para identificar os aspectos de um modelo ou protótipo que podem ser
  melhorado.
• 4-PS3-2. Faça observações para fornecer evidências de que a energia pode ser transferida de um lugar para outro por som, luz, calor e correntes elétricas
• 4-PS3-4. Aplique ideias científicas para projetar, testar e refinar um dispositivo que converte
  energia de uma forma para outra.
• MS-ETS1-1. Defina os critérios e restrições de um problema de design com
  precisão para garantir uma solução de sucesso, levando em consideração os dados científicos relevantes
  princípios e impactos potenciais nas pessoas e no ambiente natural que podem limitar as soluções possíveis.
• MS-ETS1-2. Avalie as soluções de design concorrentes usando um processo sistemático para
  determinar o quão bem eles atendem aos critérios e restrições do problema.
• MS-ETS1-3. Analise dados de testes para determinar semelhanças e diferenças entre várias soluções de design para identificar as melhores características de cada uma, que podem ser combinadas em uma nova solução para melhor atender aos critérios de sucesso.
• MS-ETS1-4. Desenvolva um modelo para gerar dados para teste iterativo e modificação de um objeto, ferramenta ou processo proposto de forma que um design ideal possa ser alcançado.

Padrões para alfabetização tecnológica - todas as idades

• Capítulo 8 - Os atributos do design
  • Definições de Design
  • Requisitos de Design
• Capítulo 9 - Projeto de Engenharia
  • Processo de Projeto de Engenharia
  • Criatividade e consideração de todas as ideias
  • Modelos
• Capítulo 10 - O papel da solução de problemas, pesquisa e desenvolvimento, invenção e experimentação na solução de problemas
  • guia de solução de problemas
  • Invenção e inovação
  • Experimentação
• Capítulo 11 - Aplicar o processo de design
  • Coletar informação
  • Visualize uma solução
  • Teste e avalie soluções
  • Melhorar um design
• Capítulo 16 - Energia e tecnologias de potência
  • A energia vem em diferentes formas
  • Ferramentas, máquinas, produtos e sistemas

Circuits

Um circuito é um loop pelo qual a eletricidade flui. Um circuito começa em uma fonte de energia, como uma bateria, e flui através de fios e componentes elétricos (como luzes, motores, etc.). Existem dois tipos de circuitos - circuitos em série e circuitos paralelos.

Circuitos série permita apenas um caminho para a eletricidade fluir. Em um circuito em série com LEDs, os LEDs mais distantes da fonte de alimentação parecerão mais esmaecidos, porque há menos eletricidade disponível para alimentá-los. Se um LED se queimasse ou fosse removido em um circuito em série, todas as luzes que o seguiam também se apagariam, porque o único caminho para as luzes restantes seria desconectado.

Circuitos paralelos permitir múltiplos caminhos para a eletricidade fluir. Em um circuito paralelo com LEDs, cada LED tem eletricidade fluindo diretamente para ele ao longo de seu próprio caminho. Cada LED pode brilhar intensamente, não importa onde esteja, porque a eletricidade está atingindo cada LED diretamente. Além disso, em um circuito paralelo, se uma luz queimar ou for removida, as outras continuarão a brilhar.

Condutividade e Isolamento

Os materiais que conduzem eletricidade - permitindo que a eletricidade flua através deles - são chamados de condutores. Materiais condutores podem ser usados ​​para criar circuitos. Isso pode significar o uso de arame de metal ou coisas mais incomuns como frutas, batatas e até mesmo massa. Na massa condutiva que você usará, o sal ajuda a mover a eletricidade através dela, dissociando-se em íons Na + e Cl-.

Os materiais que não permitem que a eletricidade flua através deles são chamados de isolantes. O isolamento é medido em resistência. Quanto mais isolante um material, mais resistência ele tem. A massa isolante com a qual você trabalhará é resistiva, o que significa que pouca eletricidade pode fluir por ela.

Os isoladores atuam como uma barreira à eletricidade. A eletricidade é interrompida por um isolador ou tem que encontrar uma maneira de contorná-la. Como a massa isolante não conduz eletricidade, ela pode ser usada para separar a massa condutora e forçar a eletricidade a fluir por outros componentes elétricos, como LEDs e motores.

A resistência também é importante para ajudar a diminuir o fluxo de eletricidade para um determinado componente. Por exemplo, a massa condutora permite que a eletricidade flua através dela, mas também oferece alguma resistência. Isso ajuda a diminuir o fluxo de eletricidade da bateria para os LEDs. Se o LED fosse conectado diretamente à bateria, o LED queimaria.

Curto-Circuito

A eletricidade sempre segue o caminho de menor resistência. Em vez de fluir lentamente através de um material resistente, a eletricidade seguirá um caminho através de algo mais condutivo, como um LED, motor, fio ou outro material mais condutivo. É assim que os materiais isolantes podem ser usados ​​para fazer a eletricidade mudar de curso e mover-se através dos componentes pelos quais você deseja que ela flua.

Se houver um caminho ao redor de um componente elétrico, como um LED, que oferece menos resistência, a eletricidade irá contornar o LED, tomando o caminho de menor resistência. Isso é chamado de curto-circuito. É por isso que um LED inserido em uma única peça de massa condutora ou em duas peças de massa condutora que se tocam, o LED não acenderá.

Polaridade

A corrente elétrica flui do pólo positivo de uma fonte de energia para o pólo negativo. A direção do fluxo da corrente em um circuito é chamada de polaridade. Nesta atividade, o fio vermelho da bateria é o pólo positivo e o fio preto é o pólo negativo. Alguns componentes eletrônicos também possuem um lado positivo e um negativo e devem ser fixados na direção correta para funcionar. Cada um dos LEDs com os quais trabalhará tem dois terminais, um curto e um longo. A liderança mais longa vai para o lado positivo e a liderança mais curta vai para o lado negativo. Se o LED estiver conectado na direção errada, ele não acenderá até que seja girado. Os motores funcionarão quando conectados em qualquer direção. No entanto, a direção em que a eletricidade flui determinará a direção de giro do eixo do motor.

Nesta atividade, você estará construindo criações com massa, assim como fazia quando era mais jovem. Apenas essas criações podem conduzir eletricidade, permitindo que você crie circuitos e adicione recursos como luzes, motores e muito mais. Você trabalhará com dois tipos de massa. Uma massa (colorida) é condutora e permitirá que a eletricidade flua através dela. O outro (branco) é isolante e não permite a passagem de eletricidade. Você começará explorando os dois tipos de massa e como eles funcionam juntos para criar circuitos. Então, você pode se divertir sendo criativo.

Circuitos de prática / Conhecendo sua massa

1. Comece com uma bola de massa condutora. Insira os fios da bateria em lados opostos da massa. Insira um LED na massa. O que acontece?

   

2. Em seguida, separe a massa condutora em duas partes. Insira um fio da bateria em um pedaço de massa e o outro no outro pedaço de massa. Agora insira o LED com uma guia em um pedaço da massa e a outra guia na segunda parte da massa. O que acontece?

   

3. Em seguida, remova o LED e gire-o, em seguida, insira-o de volta nas duas partes de massa com as pontas na direção oposta de como estavam antes. O que acontece? Por que você acha que aconteceu?

4. Com o LED aceso, toque as duas peças de massa uma na outra. O que acontece? Por que você acha que aconteceu?

5. Em seguida, adicione um pedaço de massa isolante entre os dois pedaços de massa condutora e prenda-os de forma que se toquem. Com o LED abrangendo a massa isolante, inserido nas duas seções de massa condutora, você tem um objeto sólido. O LED está aceso, no entanto, porque não está acontecendo nenhum curto-circuito. Como a massa isolante não permite que a eletricidade flua através dela, a eletricidade passa pelo LED, acendendo-o.

   

6. Use a massa condutora e isolante para criar um circuito em série com dois ou mais LEDs. O que você nota sobre as luzes? Por que você acha que é isso?

   

7. Use a massa condutora e isolante para criar um circuito paralelo com três LEDs. O que você nota sobre as luzes? Como eles são diferentes das luzes do circuito em série? Por que você acha que é isso?

   

Seja criativo

Agora que você entende como usar os dois tipos de massa para alimentar um LED e operar um motor, tente construir algo criativo. Você pode usar LEDs, motores, campainhas, ventiladores ou qualquer outro material fornecido pelo professor. Você poderia fazer um animal com olhos brilhantes, um helicóptero com uma hélice girando ou qualquer outra coisa que você possa imaginar. Quando terminar, compartilhe sua criação com o resto da turma e veja o que seus colegas pensaram. Aqui estão algumas criações que outros alunos fizeram: