Aluatul electric

Materiale necesare

• Aluat conductiv (vezi rețeta de mai jos)
• Aluat neconductiv / izolant (vezi rețeta de mai jos)
• Baterii AA
• Acumulatoare cu terminale
• LED-uri (se recomandă dimensiunea de 10 mm)
• Sârmă cu cleme de aligator

Materiale opționale (Tabelul posibilităților)

• Motoare electrice mini DC
• Ventilatoare, sonerii și alte componente

Rețetă de aluat conductiv

Ingrediente:

• 1 cană cu apă
• 1 1⁄2 cană de făină
• 1⁄4 cană sare
• 3 linguri. crema de tartar
• 1 lingură. ulei vegetal
• Colorant alimentar

1. Se amestecă apă cu 1 cană de făină, sare, cremă de tartru, ulei vegetal și colorant alimentar într-o oală de dimensiuni medii.
2. Gatiti amestecul la foc mediu amestecand continuu.
3. Continuați să amestecați până când amestecul formează o bilă în centrul vasului.
4. Așezați bila pe o suprafață ușor înflorită. Aluatul va fi foarte fierbinte. Lăsați-l să se răcească câteva minute înainte de manipulare.
5. Frământați ½ ceașcă de făină rămasă în bilă până când ajunge la consistența dorită.
6. Păstrați aluatul într-un recipient etanș.

Rețetă de aluat neconductiv / izolant

Ingrediente:

• 1 1⁄2 cană de făină
• 1⁄2 cană zahăr
• 3 lingură. ulei vegetal
• ½ cană de apă (cea mai bună este deionizată sau distilată, dar poate fi folosită apă de la robinet)

1. Se amestecă 1 cană de făină, zahăr și ulei într-un castron.
2. Se amestecă o cantitate mică de apă. Continuați să adăugați apă și amestecați până când cea mai mare parte a apei este absorbită.
3. Odată ce amestecul are consistența unor aglomerări mici, separate, frământați amestecul cu mâinile până când formează o singură bucată.
4. Adăugați apă în aluat și continuați să frământați până când are o textură lipicioasă, asemănătoare aluatului.
5. Adăugați o parte din făina rămasă și frământați-o în aluat până ajunge la textura dorită.
6. Păstrați aluatul într-un recipient etanș.

materiale

• Utilizați elemente din kitul de construcție

Proces

1. Începeți cu o minge din aluatul conductiv. Introduceți firele bateriei în părțile opuse ale aluatului. Introduceți un LED în aluat. Urmăriți ce se întâmplă.
2. Apoi, separați aluatul conductiv în două bucăți. Introduceți un fir de acumulator într-o bucată de aluat și cealaltă în cealaltă bucată de aluat. Acum, introduceți LED-ul cu un cablu într-o bucată de aluat și celălalt cablu în a doua bucată de aluat. Urmăriți ce se întâmplă.
3. Apoi, scoateți LED-ul și rotiți-l, cu cablurile în direcția opusă. Urmăriți ce se întâmplă. Documentați de ce credeți că s-a întâmplat acest lucru.
4. Cu LED-ul în poziția luminată, atingeți cele două bucăți de aluat împreună. Urmăriți ce se întâmplă. Documentați de ce credeți că s-a întâmplat acest lucru.
5. Adăugați o bucată de aluat izolant între cele două bucăți de aluat conductor și atașați-le astfel încât să se atingă. Cu LED-ul pe aluatul izolant și introdus în cele două secțiuni ale aluatului conductiv. Se aprinde LED-ul?
6. Folosiți aluatul conductiv și izolator pentru a crea un circuit în serie cu două sau mai multe LED-uri. Ce observați despre lumini? Documentați de ce credeți că s-a întâmplat acest lucru.
7. Folosiți aluatul conductiv și izolator pentru a crea un circuit paralel cu trei LED-uri. Ce observați despre lumini? În ce se deosebesc de luminile din circuitul de serie? Documentați de ce credeți că s-a întâmplat acest lucru.

Discuție TED: AnnMarie Thomas

Sursa: Canalul YouTube TED

Sculptura Squishy Circuit a lui AnnMarie Thomas

Sursa: Canalul YouTube al Universității St. Thomas

Designul Challenge

Sunteți un inginer care lucrează la proiectarea și construirea electricității care conduce creațiile din aluat.

Criterii

• Trebuie să folosiți două tipuri de aluat (conductiv și neconductiv)
  pentru a alimenta LED-uri.

Constrângerile

Completați-vă sculptura în timpul dat.

1. Divizați clasa în echipe de 2.
2. Împărțiți foaia de lucru Electric Dough și rețetele pentru aluatul conductiv și neconductiv.
3. Discutați subiectele în secțiunea Concepte de fundal.
4. Examinați procesul de proiectare inginerească, provocarea de proiectare, criteriile, constrângerile și materialele. Dacă timpul ne permite, examinați „Aplicațiile din lumea reală” înainte de a efectua provocarea de proiectare.
5. Înainte de a-i instrui pe elevi să înceapă brainstorming-ul și să schițeze proiectele lor, cereți-i să ia în considerare următoarele
   ● Cum funcționează circuitele seriale și paralele
   ● Diferențele dintre materialele conductoare și cele izolante
   ● Ce este un scurtcircuit?
   ● Ce este polaritatea?
6. Furnizați fiecărei echipe materialele lor.
7. Explicați că elevii trebuie să facă aluat conductiv și neconductiv (izolant). Vor testa aluatul realizând diferite circuite folosind lumini LED.
8. Anunțați timpul necesar pentru proiectare și construire (1 oră recomandată).
9. Folosiți un cronometru sau un cronometru online (funcție de numărătoare inversă) pentru a vă asigura că vă mențineți la timp. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Oferiți elevilor „verificări de timp” regulate, astfel încât să rămână în sarcină. Dacă se luptă, puneți întrebări care îi vor duce mai repede la o soluție.
10. Echipele își fac aluatul.
11. Testați aluatul folosind pașii de testare din secțiunea de testare a materialelor și procesului.
12. Echipele ar trebui să documenteze rezultatele fiecărei etape de testare.
13. Ca o clasă, discutați întrebările de reflecție ale elevilor.

Variaţii

Folosiți lumini LED, motoare, sonerii, ventilatoare sau orice alte materiale pentru a deveni creativi!

circuite

Bucla prin care curge electricitatea se numește circuit. Un circuit începe de la o sursă de alimentare, cum ar fi o baterie, și curge prin fire și componente electrice (cum ar fi lumini, motoare etc.). Există două tipuri de circuite - circuite de serie și circuite paralele.

Circuite de serie

Circuitele din serie permit ca o singură cale să curgă electricitatea. Într-un circuit de serie cu LED-uri, LED-urile aflate mai departe de sursa de alimentare vor părea mai slabe, deoarece este disponibilă mai puțină electricitate pentru a le alimenta. În cazul în care un LED ar arde sau ar fi eliminat într-un circuit de serie, toate luminile care urmau s-ar stinge, de asemenea, pentru că singura cale către luminile rămase ar fi deconectată.

Circuite paralele

Circuitele paralele permit ca mai multe căi să curgă electricitate. Într-un circuit paralel cu LED-uri, fiecare LED are electricitate care curge direct către el de-a lungul propriei căi. Fiecare LED poate străluci puternic, indiferent
unde este, deoarece electricitatea ajunge direct la fiecare LED. De asemenea, într-un circuit paralel, dacă o lumină arde sau este îndepărtată, celelalte vor continua să strălucească.

Materiale conductoare și izolatoare

Materiale conductoare: permit curgerea electricității prin ele. Vă puteți gândi la unele materiale care conduc electricitatea?

Materiale izolante: nu permiteți curgerea electricității prin ele. Vă puteți gândi la unele materiale izolatoare? Izolația este măsurată în rezistență. Cu cât un material este mai izolant, cu atât are mai multă rezistență. Aluatul izolant cu care veți lucra este rezistiv, ceea ce înseamnă că puțină electricitate poate curge prin el. Izolatorii acționează ca un perete care blochează electricitatea.

Scurt circuit

Un scurtcircuit se întâmplă atunci când firele care nu ar trebui să intre în contact unul cu celălalt se ating. Acesta este motivul pentru care un LED nu se va aprinde atunci când este introdus într-o singură bucată de aluat conductiv sau în
două bucăți de aluat conductiv care se ating apoi unul pe altul.

Polaritate

Direcția fluxului de curent într-un circuit se numește polaritate. În această activitate, firul roșu din acumulator este polul pozitiv, iar firul negru este polul negativ. Unele componente electronice au, de asemenea, o latură pozitivă și negativă și trebuie atașate în direcția corectă pentru a funcționa.

LED-urile din această activitate au fiecare câte două oportunități, unul scurt și unul lung. Cea mai lungă merge la partea pozitivă și cea mai scurtă merge la partea negativă.

Reflecția studenților (caiet de inginerie)

1. Electricitatea ia întotdeauna calea celei mai puțin rezistente. La pasul 1, de ce credeți că LED-ul nu s-a aprins când a fost introdus într-o bucată de aluat conductiv? La pasul 4, de ce credeți că LED-ul s-a stins când cele două bucăți de aluat conductiv s-au atins unul pe altul?
2. Aluatul conductiv este făcut din apă, făină, sare, cremă de tartru și ulei vegetal. Aluatul izolant este făcut din apă, făină, zahăr și ulei vegetal. Ce crezi că face ca un aluat să conducă electricitatea, iar celălalt nu?
3. Ce alte materiale credeți că sunt conductoare?
4. Ce alte materiale credeți că sunt izolatoare?

Lecția poate fi făcută în cel puțin o perioadă de clasă pentru elevii mai mari. Cu toate acestea, pentru a ajuta elevii să se simtă grăbiți și pentru a asigura succesul elevilor (în special pentru elevii mai tineri), împărțiți lecția în două perioade, oferindu-le elevilor mai mult timp pentru a face brainstorming, pentru a testa ideile și pentru a finaliza proiectarea lor. Efectuați testarea și descrierea în următoarea perioadă de curs.

• Conductor: Material care permite curgerea electricității prin el.
• Izolator: Material care nu permite curgerea electricității prin el.
• Rezistență: Izolația este măsurată în rezistență. Cu cât un material este mai izolant, cu atât are mai multă rezistență.
• Circuit: Bucla prin care curge electricitatea. Un circuit începe de la o sursă de alimentare, cum ar fi o baterie, și curge prin fire și componente electrice (cum ar fi lumini, motoare etc.).
• Circuit în serie: Permite ca o singură cale să curgă electricitatea.
• Circuit paralel: Permite ca mai multe căi să curgă electricitate.
• Scurt circuit: Când firele care nu ar trebui să intre în contact unul cu celălalt se ating.

Conexiuni la Internet

• Circuite Squishy
• Makerspaces.com: Circuite Squishy
• AnnMarie Thomas: Știință practică cu circuite strălucitoare

Bibliografie

• Electronice pentru copii: jucați cu circuite simple și experimentați cu electricitate! (ISBN: 978-1593277253)
• Un ghid pentru circuite pentru începători: nouă proiecte simple cu lumini, sunete și multe altele! (ISBN: 978-1593279042)
• Construind circuite squishy (ISBN: 978-1634727235)
• Marea carte a proiectelor Makerspace: Inspirați factorii de decizie să experimenteze, să creeze și să învețe (ISBN: 978-1259644252)

Activitate de scriere

În această activitate, veți construi obiecte folosind un material care poate conduce electricitatea. Acest lucru vă va permite să adăugați lumini, motoare, ventilatoare și alte elemente electrice la creația dvs. Chris Tuan, inginer civil la Universitatea din Nebraska, Lincoln a dezvoltat o formulă pentru fabricarea betonului conductiv care poate fi folosit pentru realizarea drumurilor și trotuarelor care pot topi gheața și zăpada. Dacă ați putea construi o clădire cu materiale conductive, cum ați folosi proprietățile sale electrice?

Alinierea la cadrele curriculare

Notă: Toate planurile de lecție din această serie sunt aliniate la Standardele de informatică ale Asociației Profesorilor de Informatică K-12, Standardelor de Stat Comune ale Statelor Unite pentru Matematică și, dacă este cazul, și la Principiile și Standardele Consiliului Național al Profesorilor de Matematică pentru Școală Matematica, Standardele Asociației Internaționale de Educație Tehnologică pentru Alfabetizare Tehnologică și Standardele Naționale de Educație Științifică din SUA care au fost produse de Consiliul Național de Cercetare.

Standarde științifice de generație următoare

Elevii care demonstrează înțelegere pot

• 3-5-ETS1-1. Definiți o problemă simplă de proiectare care să reflecte o nevoie sau o dorință care include criterii specificate pentru succes și constrângeri privind materialele, timpul sau costurile.
• 3-5-ETS1-2. Generați și comparați mai multe soluții posibile la o problemă pe baza cât de bine este probabil ca fiecare să îndeplinească criteriile și constrângerile problemei.
• 3-5-ETS1-3. Planificați și efectuați teste corecte în care variabilele sunt controlate și punctele de eșec sunt considerate pentru a identifica aspecte ale unui model sau prototip care pot fi
  îmbunătățit.
• 4-PS3-2. Faceți observații pentru a furniza dovezi că energia poate fi transferată dintr-un loc în altul prin sunet, lumină, căldură și curenți electrici
• 4-PS3-4. Aplicați idei științifice pentru a proiecta, testa și rafina un dispozitiv care convertește
  energie de la o formă la alta.
• MS-ETS1-1. Definiți criteriile și constrângerile unei probleme de proiectare cu suficiente
  precizie pentru a asigura o soluție de succes, ținând seama de relevanța științifică
  principiile și impacturile potențiale asupra oamenilor și a mediului natural care pot limita soluțiile posibile.
• MS-ETS1-2. Evaluează soluțiile de proiectare concurente folosind un proces sistematic pentru
  stabiliți cât de bine îndeplinesc criteriile și constrângerile problemei.
• MS-ETS1-3. Analizați datele din teste pentru a determina similitudini și diferențe între mai multe soluții de proiectare pentru a identifica cele mai bune caracteristici ale fiecăruia care pot fi combinate într-o nouă soluție pentru a îndeplini mai bine criteriile de succes.
• MS-ETS1-4. Elaborați un model pentru a genera date pentru testarea iterativă și modificarea unui obiect, instrument sau proces propus astfel încât să se poată realiza un design optim.

Standarde pentru alfabetizare tehnologică - Toate vârstele

• Capitolul 8 - Atributele designului
  • Definiții de proiectare
  • Cerințe de proiectare
• Capitolul 9 - Proiectarea inginerească
  • Proces de proiectare inginerească
  • Creativitate și luând în considerare toate ideile
  • modele
• Capitolul 10 - Rolul depanării, cercetării și dezvoltării, invenției și experimentării în rezolvarea problemelor
  • Depanare
  • Invenție și inovație
  • Experimentare
• Capitolul 11 ​​- Aplicarea procesului de proiectare
  • Colectați informații
  • Vizualizați o soluție
  • Testați și evaluați soluțiile
  • Îmbunătățiți un design
• Capitolul 16 - Tehnologii energetice și energetice
  • Energia vine sub diferite forme
  • Unelte, mașini, produse și sisteme

circuite

Un circuit este o buclă prin care curge electricitatea. Un circuit începe de la o sursă de alimentare, cum ar fi o baterie, și curge prin fire și componente electrice (cum ar fi lumini, motoare etc.). Există două tipuri de circuite - circuite de serie și circuite paralele.

Circuite de serie permiteți ca o singură cale să curgă electricitatea. Într-un circuit de serie cu LED-uri, LED-urile mai îndepărtate de sursa de alimentare vor părea mai slabe, deoarece este disponibilă mai puțină energie electrică pentru a le alimenta. În cazul în care un LED ar arde sau ar fi eliminat într-un circuit de serie, toate luminile care urmau s-ar stinge, de asemenea, pentru că singura cale către luminile rămase ar fi deconectată.

Circuite paralele permite ca mai multe căi să curgă electricitate. Într-un circuit paralel cu LED-uri, fiecare LED are electricitate care curge direct către el de-a lungul propriei căi. Fiecare LED poate străluci puternic indiferent unde se află, deoarece electricitatea ajunge direct la fiecare LED. De asemenea, într-un circuit paralel, dacă o lumină arde sau este îndepărtată, celelalte vor continua să strălucească.

Conductivitate și izolație

Materialele care conduc electricitatea - permițând electricității să curgă prin ele - se numesc conductoare. Materialele conductoare pot fi utilizate pentru a crea circuite. Asta poate însemna utilizarea sârmei metalice sau a unor lucruri mai neobișnuite, cum ar fi fructele, cartofii și chiar aluatul. În aluatul conductiv pe care îl veți folosi, sarea din aluat ajută la deplasarea electricității prin el prin disocierea în ioni Na + și Cl-.

Materialele care nu permit curgerea electricității prin ele se numesc izolante. Izolația este măsurată în rezistență. Cu cât un material este mai izolant, cu atât are mai multă rezistență. Aluatul izolant cu care veți lucra este rezistiv, ceea ce înseamnă că puțină electricitate poate curge prin el.

Izolatorii acționează ca un perete pentru electricitate. Electricitatea fie este oprită de un izolator, fie trebuie să găsească o cale de a o înconjura. Deoarece aluatul izolant nu conduce electricitatea, acesta poate fi folosit pentru a separa aluatul conductiv și pentru a forța curentul să curgă prin alte componente electrice, cum ar fi LED-urile și motoarele.

Rezistența este, de asemenea, importantă pentru a ajuta la încetinirea fluxului de energie electrică către o anumită componentă. De exemplu, aluatul conductiv permite curgerea electricității prin el, dar oferă și o anumită rezistență. Acest lucru ajută la încetinirea fluxului de energie electrică de la acumulator la LED-uri. Dacă LED-ul ar fi conectat direct la acumulator, LED-ul ar arde.

Scurt circuit

Electricitatea ia întotdeauna calea celei mai puțin rezistente. În loc să curgă încet printr-un material rezistent, electricitatea va lua o cale prin ceva mai conductiv, cum ar fi un LED, motor, sârmă sau alt material mai conductiv. Acesta este modul în care materialele izolante pot fi utilizate pentru a schimba cursul de energie electrică și a se deplasa prin componentele prin care doriți să curgă.

Dacă există o cale în jurul unei componente electrice, cum ar fi un LED, care oferă o rezistență mai mică, electricitatea va ocoli LED-ul, urmând calea celei mai puțin rezistente. Aceasta se numește scurtcircuit. Acesta este motivul pentru care un LED introdus într-o singură bucată de aluat conductor sau în două bucăți de aluat conductor care apoi se ating unul pe altul, LED-ul nu se va aprinde.

Polaritate

Curentul electric curge de la polul pozitiv al unei surse de energie la polul negativ. Direcția fluxului de curent într-un circuit se numește polaritate. În această activitate, firul roșu din acumulator este polul pozitiv, iar firul negru este polul negativ. Unele componente electronice au, de asemenea, o latură pozitivă și negativă și trebuie atașate în direcția corectă pentru a funcționa. LED-urile cu care veți lucra fiecare au două fire, unul scurt și unul lung. Cea mai lungă merge la partea pozitivă și cea mai scurtă merge la partea negativă. Dacă LED-ul este atașat în direcția greșită, nu se va aprinde până când nu va fi rotit. Motoarele vor funcționa atunci când sunt atașate în ambele direcții. Cu toate acestea, direcția în care curge electricitatea va determina direcția de rotire a arborelui motorului.

În această activitate, veți construi creații din aluat, la fel cum ați făcut când erați mai mic. Numai aceste creații pot conduce electricitatea, permițându-vă să creați circuite și să adăugați funcții precum lumini, motoare și multe altele. Veți lucra cu două tipuri de aluat. Un aluat (colorat) este conductiv și va permite curgerea electricității prin el. Celălalt (alb) este izolant și nu permite trecerea electricității prin el. Veți începe explorând cele două tipuri de aluat și modul în care acestea funcționează împreună pentru a crea circuite. Apoi, te poți distra devenind creativ.

Circuite de exersare / Cunoașterea aluatului

1. Începeți cu o minge din aluatul conductiv. Introduceți firele acumulatorului în părțile opuse ale aluatului. Introduceți un LED în aluat. Ce se întâmplă?

   

2. Apoi, separați aluatul conductiv în două bucăți. Introduceți un fir de acumulator într-o bucată de aluat și cealaltă în cealaltă bucată de aluat. Acum introduceți LED-ul cu un singur plumb într-o bucată din aluat și celălalt plumb în a doua bucată de aluat. Ce se întâmplă?

   

3. Apoi, scoateți LED-ul și rotiți-l, apoi introduceți-l înapoi în cele două bucăți de aluat cu firele în direcția opusă față de cum erau înainte. Ce se întâmplă? De ce crezi că s-a întâmplat?

4. Cu LED-ul în poziția aprins, atingeți cele două bucăți de aluat împreună. Ce se întâmplă? De ce crezi că s-a întâmplat?

5. Apoi, adăugați o bucată de aluat izolant între cele două bucăți de aluat conductor și atașați-le astfel încât să se atingă. Cu LED-ul care traversează aluatul izolant, introdus în cele două secțiuni ale aluatului conductiv, aveți un singur obiect solid. LED-ul se aprinde, totuși, deoarece nu se întâmplă niciun scurtcircuit. Deoarece aluatul izolant nu permite curgerea electricității prin el, electricitatea trece prin LED-ul, aprinzându-l.

   

6. Folosiți aluatul conductiv și izolator pentru a crea un circuit în serie cu două sau mai multe LED-uri. Ce observați despre lumini? De ce crezi că este?

   

7. Folosiți aluatul conductiv și izolator pentru a crea un circuit paralel cu trei LED-uri. Ce observați despre lumini? În ce se deosebesc de luminile din circuitul de serie? De ce crezi că este?

   

Creați-vă reclama

Acum, că înțelegeți cum să utilizați cele două tipuri de aluat pentru a alimenta un LED și pentru a rula un motor, încercați să creați ceva creativ. Puteți utiliza LED-uri, motoare, sonerii, ventilatoare sau orice alt material pe care profesorul vi l-a furnizat. Ai putea face un animal cu ochi aprinși, un elicopter cu o elice care se rotește sau orice altceva îți poți imagina. După ce ați terminat, împărtășiți creația dvs. cu restul clasei și vedeți ce ați gândit colegii de clasă. Iată câteva creații realizate de alți studenți: