Električno testo

Potrebni materiali

• Prevodno testo (glej recept spodaj)
• Neprevodno/izolacijsko testo (glej recept spodaj)
• AA baterije
• Baterije s priključki
• LED (priporočena velikost 10 mm)
• Žica s sponkami iz aligatorja

Izbirni materiali (tabela možnosti)

• Mini DC električni hobi motorji
• Ventilatorji, zvočniki in druge komponente

Recept za prevodno testo

Sestavine:

• 1 skodelice vode
• 1 ½ skodelice moke
• ½ skodelice soli
• 3 žlice. tatarska omaka
• 1 žlica. rastlinsko olje
• Barvila za živila

1. V srednje velikem loncu zmešajte vodo z 1 skodelico moke, soljo, vinsko kremo, rastlinskim oljem in barvilom za hrano.
2. Zmes med neprekinjenim mešanjem kuhamo na zmernem ognju.
3. Mešajte še naprej, dokler zmes ne oblikuje kroglice na sredini lonca.
4. Žogo položite na rahlo pomokano površino. Testo bo zelo vroče. Pred rokovanjem pustite nekaj minut, da se ohladi.
5. Preostalo ½ skodelice moke zmešajte v kroglo, dokler ne doseže želene konsistence.
6. Testo shranite v nepredušni posodi.

Recept za neprevodno/izolacijsko testo

Sestavine:

• 1 ½ skodelice moke
• ⁄ skodelice sladkorja
• 3 žlica. rastlinsko olje
• ½ skodelice vode (najbolje je deionizirana ali destilirana, vendar lahko uporabite vodovodno vodo)

1. V posodi zmešajte 1 skodelico moke, sladkorja in olja.
2. Vmešajte majhno količino vode. Nadaljujte z dodajanjem vode in mešajte, dokler se večina vode ne absorbira.
3. Ko je zmes konsistenca majhnih, ločenih grudic, zmes gnetemo z rokami, dokler ne nastane ena sama kepa.
4. Testu dodamo vodo in še naprej gnetemo, dokler ne postane lepljive teksture.
5. Dodajte nekaj preostale moke in jo gnetite v testo, dokler ne doseže želene teksture.
6. Testo shranite v nepredušni posodi.

materiali

• Uporabite predmete iz kompleta za izdelavo

Proces

1. Začnite s kroglico prevodnega testa. Žice baterijskega vložka vstavite na nasprotne strani testa. V testo vstavite LED. Pazi, kaj se zgodi.
2. Nato ločite prevodno testo na dva dela. V en kos testa vstavite eno žico akumulatorske baterije, drugo pa v drugi kos testa. Zdaj v en kos testa vstavite LED z eno žico, drugo pa v drugi kos testa. Pazi, kaj se zgodi.
3. Nato odstranite LED in ga obrnite, vodi pa v nasprotni smeri. Pazi, kaj se zgodi. Dokumentirajte, zakaj mislite, da se je to zgodilo.
4. Ko je LED v osvetljenem položaju, se skupaj dotaknite dveh kosov testa. Pazi, kaj se zgodi. Dokumentirajte, zakaj mislite, da se je to zgodilo.
5. Med dva kosa prevodnega testa dodajte kos izolacijskega testa in ju pritrdite tako, da se dotikata. Z LED diodo na izolacijskem testu in vstavljenim v dva dela prevodnega testa. Ali LED sveti?
6. S prevodnim in izolacijskim testom ustvarite serijsko vezje z dvema ali več LED. Kaj opazite pri lučkah? Dokumentirajte, zakaj mislite, da se je to zgodilo.
7. S prevodnim in izolacijskim testom ustvarite vzporedno vezje s tremi LED. Kaj opazite pri lučkah? Kako se razlikujejo od luči v serijskem vezju? Dokumentirajte, zakaj mislite, da se je to zgodilo.

TED Pogovor: AnnMarie Thomas

Vir: YouTube kanal TED

Squishy Circuit Sculpture AnnMarie Thomas

Vir: YouTube Channel University of St. Thomas

Oblikovanje Challenge

Ste inženir, ki se ukvarja z oblikovanjem in izdelavo električnih prevodnih stvaritev iz testa.

Merila

• Uporabiti morate dve vrsti testa (prevodno in neprevodno)
  za vklop LED (-ov).

Omejitve

Dokončajte svojo skulpturo v danem času.

1. Razdelite razred v skupine po 2.
2. Podelite delovni list za električno testo in recepte za prevodno in neprevodno testo.
3. Pogovorite se o temah v razdelku Ozadje.
4. Preglejte postopek inženirskega oblikovanja, izziv oblikovanja, merila, omejitve in materiale. Če čas dopušča, pred izvedbo oblikovalskega izziva pregledajte »Aplikacije v resničnem svetu«.
5. Preden učencem naročite, naj začnejo razmišljati in skicirajo svoje načrte, jih prosite, naj razmislijo o naslednjem
   ● Kako delujejo zaporedna in vzporedna vezja
   ● Razlike med prevodnimi in izolacijskimi materiali
   ● Kaj je kratek stik?
   ● Kaj je polarnost?
6. Vsaki ekipi zagotovite material.
7. Pojasnite, da morajo učenci narediti prevodno in neprevodno (izolacijsko) testo. Preizkusili bodo testo z izdelavo različnih vezij z LED lučkami.
8. Objavite, koliko časa imajo za načrtovanje in gradnjo (priporočeno 1 uro).
9. Uporabite časovnik ali spletno štoparico (funkcija odštevanja), da zagotovite, da ste na tekočem. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Omogočite učencem redno preverjanje časa, da ostanejo pri nalogi. Če se mučijo, postavite vprašanja, ki jih bodo hitreje pripeljala do rešitve.
10. Ekipe naredijo svoje testo.
11. Preizkusite testo s preskusnimi koraki v oddelku Preskusni materiali in postopek.
12. Ekipe morajo dokumentirati rezultate vsakega koraka testiranja.
13. Kot razred se pogovorite o vprašanjih za razmislek učencev.

Variacije

Za ustvarjalnost uporabite LED luči, motorje, zvočnike, ventilatorje ali kateri koli drug material!

vezja

Zanka, skozi katero teče elektrika, se imenuje vezje. Vezje se začne pri viru energije, na primer akumulatorju, in teče skozi žice in električne komponente (kot so luči, motorji itd.). Obstajata dve vrsti vezij - serijska vezja in vzporedna vezja.

Serijska vezja

Serijski tokokrogi omogočajo le eno pot, skozi katero teče električna energija. V zaporednem vezju z LED diodami bodo LED, ki so oddaljene od vira napajanja, videti slabše, ker je za njihovo napajanje na voljo manj električne energije. Če bi LED izgorela ali bila odstranjena v zaporednem vezju, bi ugasnile tudi vse luči, ki sledijo, ker bi bila ena pot do preostalih luči odklopljena.

Vzporedna vezja

Vzporedna vezja omogočajo več poti za pretok električne energije. V vzporednem vezju z LED -diodami ima vsaka LED elektriko, ki teče neposredno nanjo po svoji poti. Vsaka LED lahko sveti ne glede na to
kjer je, ker elektrika neposredno doseže vsako LED. Tudi v vzporednem vezju, če ena luč izgori ali se odstrani, bodo ostale še naprej svetile.

Prevodni in izolacijski materiali

Prevodni materiali: omogočajo pretok električne energije skozi njih. Ali se lahko spomnite nekaterih materialov, ki vodijo elektriko?

Izolacijski materiali: ne dovolite, da bi elektrika tekla skozi njih. Se spomnite kakšnega izolacijskega materiala? Izolacija se meri v uporu. Bolj kot je izolacijski material, večjo odpornost ima. Izolacijsko testo, s katerim boste delali, je uporen, kar pomeni, da lahko skozi njega teče malo elektrike. Izolatorji delujejo kot stena, ki blokira elektriko.

Kratek stik

Kratek stik se zgodi, ko se dotaknejo žice, ki naj ne bi prišle v stik. Zato LED -lučka ne zasveti, ko jo vstavite v en sam kos prevodnega testa ali vanjo
dva kosa prevodnega testa, ki se nato dotikata.

Polarnost

Smer tokovnega toka v vezju se imenuje polarnost. Pri tej dejavnosti je rdeča žica iz akumulatorja pozitivni pol, črna žica pa negativni pol. Nekatere elektronske komponente imajo tudi pozitivno in negativno stran, zato morajo biti za pravilno delovanje pritrjene v pravi smeri.

Svetleče diode v tej dejavnosti imajo po dva vodila, enega kratkega in enega dolgega. Daljša prednost vodi na pozitivno stran, krajša pa na negativno stran.

Razmišljanje študentov (inženirski zvezek)

1. Elektrika vedno gre po poti najmanjšega upora. Zakaj v prvem koraku mislite, da LED ni zasvetila, ko je bila vstavljena v en kos prevodnega testa? Zakaj mislite, da se je v koraku 1 LED ugasnila, ko sta se dva kosa prevodnega testa dotaknila drug drugega?
2. Prevodno testo je narejeno iz vode, moke, soli, vinske kreme in rastlinskega olja. Izolacijsko testo je narejeno iz vode, moke, sladkorja in rastlinskega olja. Kaj mislite, da eno testo vodi elektriko, drugo pa ne?
3. Kateri drugi materiali so po vašem mnenju prevodni?
4. Kateri drugi materiali so po vašem mnenju izolacijski?

Pouk je za starejše učence mogoče opraviti že v enem razredu. Da pa bi študentom pomagali, da se ne počutijo hitri, in da bi zagotovili uspeh študentov (zlasti za mlajše študente), razdelite lekcijo na dve obdobji, ki učencem dajo več časa za razmišljanje, preizkušanje idej in dokončanje njihove zasnove. V naslednjem razredu opravite testiranje in ponovni pregled.

• Dirigent: Material, ki omogoča pretok električne energije.
• izolator: Material, ki ne dovoljuje pretoka električne energije.
• Odpornost: Izolacija se meri v uporu. Bolj kot je izolacijski material, večjo odpornost ima.
• Circuit: Zanka, skozi katero teče elektrika. Vezje se začne pri viru energije, na primer akumulatorju, in teče skozi žice in električne komponente (kot so luči, motorji itd.).
• Serijsko vezje: Omogoča eno pot za pretok električne energije.
• Vzporedni krog: Omogoča več poti za pretok električne energije.
• Kratek stik: Ko se žice, ki naj ne bi prišle v stik, dotikajo.

Internetne povezave

• Squishy vezja
• Makerspaces.com: Squishy Circuits
• AnnMarie Thomas: Praktična znanost z mehkimi vezji

Priporočena Reading

• Elektronika za otroke: Igrajte se s preprostimi vezji in eksperimentirajte z elektriko! (ISBN: 978-1593277253)
• Vodnik za začetnike po vezjih: devet preprostih projektov z lučmi, zvoki in še več! (ISBN: 978-1593279042)
• Gradnja mehko vezja (ISBN: 978-1634727235)
• Velika knjiga projektov Makerspace: navdihujoči ustvarjalci za eksperimentiranje, ustvarjanje in učenje (ISBN: 978-1259644252)

Pisateljska dejavnost

V tej dejavnosti boste gradili predmete iz materiala, ki lahko prevaja elektriko. Tako boste lahko svojemu ustvarjanju dodali luči, motorje, ventilatorje in druge električne elemente. Chris Tuan, gradbeni inženir na Univerzi v Nebraski v Lincolnu, je razvil formulo za izdelavo prevodnega betona, ki ga je mogoče uporabiti za izdelavo cest in pločnikov, ki lahko topijo led in sneg. Če bi lahko zgradili stavbo s prevodnimi materiali, kako bi uporabili njene električne lastnosti?

Usklajenost z okviri učnih načrtov

Opomba: Vsi učni načrti v tej seriji so usklajeni s standardi računalniških znanosti K-12 Združenja učiteljev računalništva, ameriškimi skupnimi osnovnimi državnimi standardi za matematiko in, če je primerno, tudi z načeli in standardi državnega sveta učiteljev matematike Matematika, standardi Mednarodnega združenja za tehnološko izobraževanje za tehnološko pismenost in ameriški nacionalni standardi za izobraževanje v znanosti, ki jih je izdelal Nacionalni raziskovalni svet.

Znanstveni standardi naslednje generacije

Učenci, ki izkazujejo razumevanje, lahko

• 3-5-ETS1-1. Opredelite preprost projektni problem, ki odraža potrebo ali željo, ki vključuje določena merila za uspeh in omejitve glede materialov, časa ali stroškov.
• 3-5-ETS1-2. Ustvarite in primerjajte več možnih rešitev problema glede na to, kako dobro bo vsak izpolnjeval merila in omejitve problema.
• 3-5-ETS1-3. Načrtujte in izvedite poštene teste, pri katerih se spremenljivke nadzirajo in upoštevajo točke napak, da se opredelijo vidiki modela ali prototipa, ki jih je mogoče
  izboljšala.
• 4-PS3-2. Naredite opazovanja, da dokažete, da se energija lahko prenaša s kraja na kraj z zvokom, svetlobo, toploto in električnimi tokovi
• 4-PS3-4. Uporabite znanstvene ideje za oblikovanje, preizkušanje in izboljšanje naprave, ki se pretvori
  energijo iz ene oblike v drugo.
• MS-ETS1-1. Dovolj določite merila in omejitve oblikovalske težave
  natančnost za zagotovitev uspešne rešitve ob upoštevanju ustreznih znanstvenih
  načela in možne vplive na ljudi in naravno okolje, ki lahko omejijo možne rešitve.
• MS-ETS1-2. Ocenite konkurenčne oblikovalske rešitve s sistematičnim postopkom
  ugotoviti, kako dobro izpolnjujejo merila in omejitve problema.
• MS-ETS1-3. Analizirajte podatke iz testov, da ugotovite podobnosti in razlike med več oblikovalskimi rešitvami, da ugotovite najboljše lastnosti vsake, ki jo je mogoče združiti v novo rešitev, da bi bolje izpolnjevali merila za uspeh.
• MS-ETS1-4. Razviti model za generiranje podatkov za iterativno testiranje in spreminjanje predlaganega predmeta, orodja ali procesa, tako da je mogoče doseči optimalno zasnovo.

Standardi za tehnološko pismenost - vse starosti

• Poglavje 8 - Atributi oblikovanja
  • Opredelitve oblikovanja
  • Zahteve pri oblikovanju
• Poglavje 9 - Inženirsko projektiranje
  • Inženirski proces načrtovanja
  • Ustvarjalnost in upoštevanje vseh idej
  • Modeli
• Poglavje 10 - Vloga odpravljanja težav, raziskav in razvoja, izumov in eksperimentov pri reševanju problemov
  • Odpravljanje težav
  • Izum in inovacije
  • Eksperimentiranje
• 11. poglavje - Uporabite postopek oblikovanja
  • Zberite informacije
  • Vizualizirajte rešitev
  • Preizkusite in ocenite rešitve
  • Izboljšajte oblikovanje
• Poglavje 16 - Energija in energetske tehnologije
  • Energija je v različnih oblikah
  • Orodja, stroji, izdelki in sistemi

vezja

Krog je zanka, skozi katero teče elektrika. Vezje se začne pri viru energije, na primer akumulatorju, in teče skozi žice in električne komponente (kot so luči, motorji itd.). Obstajata dve vrsti vezij - serijska vezja in vzporedna vezja.

Serijska vezja dovoljuje le eno pot, skozi katero teče elektrika. V zaporednem vezju z LED diodami bodo LED, ki so bolj oddaljene od vira energije, zatemnjene, ker je za njihovo napajanje na voljo manj električne energije. Če bi LED izgorela ali bila odstranjena v zaporednem vezju, bi ugasnile tudi vse luči, ki sledijo, ker bi bila ena pot do preostalih luči odklopljena.

Vzporedna vezja omogočajo prehod električne energije po več poteh. V vzporednem vezju z LED -diodami ima vsaka LED elektriko, ki teče neposredno nanjo po svoji poti. Vsaka LED lahko sveti močno, ne glede na to, kje je, saj električna energija neposredno doseže vsako LED. Tudi v vzporednem vezju, če ena luč izgori ali se odstrani, bodo ostale še naprej svetile.

Prevodnost in izolacija

Materiali, ki vodijo elektriko - omogočajo pretok električne energije - se imenujejo prevodni. Za izdelavo vezij lahko uporabite prevodne materiale. To lahko pomeni uporabo kovinske žice ali bolj nenavadnih stvari, kot so sadje, krompir in celo testo. V prevodnem testu, ki ga boste uporabljali, sol v testu pomaga premikati elektriko skozi njega z disociacijo na Na+ in Cl-ione.

Materiali, ki ne dopuščajo pretoka električne energije, se imenujejo izolacijski. Izolacija se meri v uporu. Bolj kot je izolacijski material, večjo odpornost ima. Izolacijsko testo, s katerim boste delali, je uporen, kar pomeni, da lahko skozi njega teče malo elektrike.

Izolatorji delujejo kot stena za elektriko. Električno energijo ustavi izolator ali pa se mora izogniti. Ker izolacijsko testo ne prevaja elektrike, ga lahko uporabimo za ločevanje prevodnega testa in prisilitev elektrike, da teče skozi druge električne komponente, kot so LED in motorji.

Odpornost je pomembna tudi pri upočasnitvi pretoka električne energije do določene komponente. Na primer, prevodno testo omogoča pretok električne energije, hkrati pa nudi tudi nekaj upora. To pomaga upočasniti pretok električne energije iz akumulatorja v LED. Če bi LED priklopili neposredno na baterijo, bi izgorela.

Kratek stik

Elektrika vedno gre po poti najmanjšega upora. Namesto da bi počasi tekla skozi odporen material, bo elektrika prešla pot skozi nekaj bolj prevodnega, na primer LED, motor, žico ali drug bolj prevoden material. Tako lahko izolacijske materiale uporabite za spreminjanje toka električne energije in premikanje skozi komponente, skozi katere želite, da tečejo.

Če obstaja pot okoli električne komponente, kot je LED, ki ponuja manjši upor, bo elektrika zaobšla LED in se podala na pot najmanjšega upora. To se imenuje kratek stik. Zato LED dioda, vstavljena v en sam kos prevodnega testa ali v dva kosa prevodnega testa, ki se nato dotakneta, LED ne zasveti.

Polarnost

Električni tok teče od pozitivnega pola vira energije do negativnega pola. Smer tokovnega toka v vezju se imenuje polarnost. Pri tej dejavnosti je rdeča žica iz akumulatorja pozitivni pol, črna žica pa negativni pol. Nekatere elektronske komponente imajo tudi pozitivno in negativno stran, zato morajo biti za pravilno delovanje pritrjene v pravi smeri. Svetleče diode, s katerimi boste delali, imajo dva vodila, enega kratkega in enega dolgega. Daljša prednost vodi na pozitivno stran, krajša pa na negativno stran. Če je LED pritrjen v napačno smer, ne zasveti, dokler ni obrnjen. Motorji bodo delovali, če so pritrjeni v obe smeri. Smer, v kateri teče električna energija, pa bo določila smer vrtenja gredi motorja.

Pri tej dejavnosti boste tako kot v mladosti gradili stvaritve iz testa. Samo te stvaritve lahko prevajajo elektriko, kar vam omogoča ustvarjanje vezij in dodajanje funkcij, kot so luči, motorji in drugo. Delali boste z dvema vrstama testa. Eno testo (obarvano) je prevodno in bo omogočilo pretok električne energije. Druga (bela) je izolacijska in ne dovoljuje pretoka električne energije. Začeli boste z raziskovanjem dveh vrst testa in njihovega sodelovanja pri ustvarjanju vezij. Potem se lahko zabavate pri ustvarjanju.

Vadite kroge/spoznajte svoje testo

1. Začnite s kroglico prevodnega testa. Vstavite žice akumulatorja na nasprotne strani testa. V testo vstavite LED. Kar se zgodi?

   

2. Nato ločite prevodno testo na dva dela. V en kos testa vstavite eno žico akumulatorske baterije, drugo pa v drugi kos testa. Zdaj v en kos testa vstavite LED z eno žico, drugo pa v drugi kos testa. Kar se zgodi?

   

3. Nato odstranite LED in ga obrnite, nato pa ga vstavite nazaj v dva kosa testa s vodili v nasprotni smeri, kot sta bila prej. Kar se zgodi? Zakaj mislite, da se je to zgodilo?

4. Ko je LED v osvetljenem položaju, se skupaj dotaknite dveh kosov testa. Kar se zgodi? Zakaj mislite, da se je to zgodilo?

5. Nato dodajte kos izolacijskega testa med dva kosa prevodnega testa in ju pritrdite tako, da se dotikata. Z LED diodo, ki prečka izolacijsko testo, vstavljeno v dva dela prevodnega testa, imate en trden predmet. LED pa sveti, ker ne pride do kratkega stika. Ker izolacijsko testo ne dovoljuje, da bi elektrika tekla skozi njega, elektrika namesto tega gre skozi LED in ga prižge.

   

6. S prevodnim in izolacijskim testom ustvarite serijsko vezje z dvema ali več LED. Kaj opazite pri lučkah? Zakaj mislite, da je tako?

   

7. S prevodnim in izolacijskim testom ustvarite vzporedno vezje s tremi LED. Kaj opazite pri lučkah? Kako se razlikujejo od luči v serijskem vezju? Zakaj mislite, da je tako?

   

Get Creative

Zdaj, ko razumete, kako uporabiti dve vrsti testa za napajanje LED in zagon motorja, poskusite zgraditi nekaj ustvarjalnega. Uporabite lahko LED, motorje, zvočnike, ventilatorje ali kateri koli drug material, ki vam ga je priskrbel učitelj. Lahko bi naredili žival s prižganimi očmi, helikopter z vrtečim se propelerjem ali karkoli drugega, kar si lahko zamislite. Ko končate, delite svoje ustvarjanje z ostalimi razredi in poglejte, kaj ste si zamislili sošolci. Tu je nekaj stvaritev drugih študentov: