Nanotechnologie werkboekje graad 3 - zelfstandig experimenteel werk

Transcriptie

1 Klas: Datum: Nanotechnologie werkboekje graad 3 - zelfstandig experimenteel werk De leerkracht overloopt kort alle opdrachten klassikaal. Leerlingen worden verdeeld in groepjes van 2-3 en voeren opdrachten uit in kleine groepjes (doorschuifsysteem). Na het groepswerk worden de waarnemingen en verklaringen klassikaal overlopen. De waarnemingen worden door de leerlingen zelf voorgesteld, eventueel aangevuld met uitleg door de leerkracht. Extra info- fiches kunnen gegeven worden als hulpmiddel voor het vinden van verklaringen. 1. Nanomicroscopie MAX 10 MIN Leerling experiment Magnetisch oppervlak onderzoeken met magnetische sondes Experiment 1a: Staafmagneten. Neem 2 staafmagneten en breng ze dichter bij elkaar. Wat gebeurt er? Draai 1 van de 2 magneten om. Wat gebeurt er nu? Hoe verklaar je dit? Vul aan: De kanten van een magneet waar de magneetkracht het sterkst is noemen we de en de polen van een magneet trekken elkaar aan, polen van een magneet stoten elkaar af. Experiment 1b: We gaan een magnetisch oppervlak (een soort magnetisch matje) onderzoeken met behulp van magnetische sondes. Leg het magnetische oppervlak met de magnetische kant naar boven. Neem een magnetische sonde en hou deze met de magnetische kant naar beneden. Hou deze niet stevig, maar losjes tussen je vingers. 1 Trek de sonde traag over het magnetisch vlak (net erboven) van links naar rechts, zoals op onderstaande afbeelding. Wat voel je? 2 Trek nu de sonde in de andere richting. Van boven naar beneden. Wat voel je nu? Nanotechnologie werkboekje zelfstandig experiment- Eef delfosse- 01/12/2015 Page 1

2 Kan je dit in verband brengen met je eerste experiment (staafmagneet)? Leg uit. 3 Teken het magnetische beeld van het onderzochte oppervlak, als je bedenkt dat je het magnetische beeld van een staafmagneet als volgt kan voorstellen: Noord Zuid Bekijk het oppervlak ook eens met de groene kaart die magnetisatie toont. Vul aan: Dit experiment illustreert de werking van Extra uitleg magnetisme (eventueel als inleiding door leerkracht a.h.v. 2 staafmagneten en paperclips) Als je een magneet bij een paperclip houdt, trekt die magneet de paperclip aan. Of je magneet blijft plakken aan de koelkast. Maar hij plakt niet aan een plastic beker of een glazen ruit. Magneten zijn geheimzinnige voorwerpen. Ze hebben een onzichtbare kracht, waarmee ze dingen kunnen aantrekken of afstoten. Een magneet trekt sommige metalen aan en andere niet. Deze onzichtbare natuurkracht heet magnetisme. Een magneet is een voorwerp gemaakt van ijzer, staal, nikkel of kobalt dat een onzichtbaar magnetisch veld rondom zich creëert. Magnetisch veld. Elke magneet heeft een gebied om zich heen waar de magnetische kracht werkt. Dat gebied noemen we het magnetisch veld van de magneet. Als bv. een paperclip in dit veld van de magneet ligt, wordt het aangetrokken. Als het buiten de grens van het veld ligt, wordt het niet aangetrokken. Magnetische polen Een magneet heeft, net als de aarde, een noorden een zuidpool. De magnetische kracht is op deze polen het sterkst. Als je twee magneten hebt en je houdt twee gelijke polen naar elkaar dan stoten de magneten elkaar af. Maar als je de zuidpool van de ene magneet tegen de noordpool van een andere magneet legt dan trekken ze elkaar aan. Wat gebeurt er als je paperclip aan je magneet blijft plakken? De paperclip bestaat uit allemaal kleine ijzerhoudende deeltjes die zelf kleine magneetjes zijn, maar kris kras door elkaar liggen, en daardoor netto geen magnetische kracht hebben. Als we er een magneet tegenhouden gaan al die deeltjes zich (net zoals een vrij draaiende magneetnaald) in dezelfde richting richten en gaat dat voorwerp wel een netto magnetische kracht hebben (zelf een magneet vormen). Daardoor plakt de zuidpool van de paperclip aan de noordpool van de magneet. Als we de magneet wegnemen, gaan alle deeltjes weer kris kras staan en is de paperclip geen magneet meer. Sommige voorwerpen houden die magnetisatie nog wel een tijdje (je kan een nagel tijdelijk magnetisch maken en zijn magnetische kracht even laten houden). Nanotechnologie werkboekje zelfstandig experiment- Eef delfosse- 01/12/2015 Page 2

3 2. Ferrovloeistof en magnetisch zand en magnetische klei MAX 25 MIN Leerling- experiment 2A Ferrofluid in waterig buisje, magnetisch zand in buisje Veiligheidsvoorschriften Laat de reageerbuizen niet vallen! Open de reageerbuizen niet. Schud de reageerbuizen niet. In geval van contact met de huid was je de huid overvloedig met water en zeep. Als de reageerbuis breekt, giet het ferrofluidum dan niet zomaar weg, het is klein gevaarlijk afval. Houd het uit de buurt van vuur. Materiaal: Ferrofluid in waterig buisje, magnetisch zand in buisje 1 Experiment: Breng een magneet langs de onderkant langzaamaan dichter bij de ferrovloeistof (het buisje met water en bruine vloeistof). Wat gebeurt er? Doe hetzelfde met het buisje met magnetisch zand. Wat gebeurt er? Heb je hiervoor een verklaring? Ferrovloeistof is een olie- achtige stof waar een bepaalde soort minuscule ijzerdeeltjes in zitten (nanodeeltjes van magnetiet of ook wel ijzeroxide genoemd). Magnetisch zand bevat dezelfde kleine ijzerdeeltjes (magnetiet), maar deze zijn niet zo klein als die in de ferrovloeistof (microdeeltjes i.p.v. nanodeeltjes). 2 Experiment: Wat gebeurt er als we de magneet weg brengen van het magnetisch zand? En wat als we hetzelfde doen met de ferrovloeistof? 3 Experiment: Houdt de ferrovloeistof zijn magnetisatie als de magneet weg is? En het magnetisch zand in het buisje (als je de zandkorreltjes niet schudt)? Nanotechnologie werkboekje zelfstandig experiment- Eef delfosse- 01/12/2015 Page 3

4 Tip: Dit kan je zien door heel voorzichtig een kompas in de buurt te brengen. Als een stof gemagnetiseerd is, zal je zien dat de naald van richting verandert en niet meer naar het noorden wijst. Dit komt doordat de naald reageert op het magnetisch veld afkomstig van die (magnetische) stof. Toepassingen: Ferro- vloeistof wordt gebruikt voor het smeren van machines met veel bewegende onderdelen (bv. bij draaiende harde schijven, luidsprekers) omdat de vloeistof dankzij de magneet op de juiste plaats blijft zitten. Men onderzoekt deze vloeistof ook om ze te gebruiken om heel speciale medicijnen te transporteren naar bepaalde plaatsen in je lichaam (gestuurd met magnetische velden). Men is ook bezig met een onderzoek om er kogelvrije kleding mee te maken, die soepel is maar onmiddellijk verandert in harde kogelvrije stof zodra er een kogel in de buurt komt (m.b.v. magnetisme). Filmpjes: Symbaloo Extra opdracht- niet verder uitgewerkt: Bestudeer de invloed van soorten magneten (vormen, sterktes). Vanaf welke afstand krijg je piekjes? Hangt de afstand af van de soort magneet die je gebruikt? Gebeurt de piekvorming telkens volgens hetzelfde patroon of is dit willekeurig? Antwoord- steeds volgens zelfde patroon. Eerst 1 punt, daarna 6 buren enz. Leerling experiment 2B Dollarbriefje Experiment: leg een dollar briefje op tafel. Breng een magneet voorzichtig dichterbij. Wat gebeurt er? Is dit over het hele briefje hetzelfde? Geef hiervoor een verklaring. Tip: ferrovloeistof wordt gebruikt in inkt. Materiaal: dollarbriefje, magneet Nanotechnologie werkboekje zelfstandig experiment- Eef delfosse- 01/12/2015 Page 4

5 Leerling experiment 2C Ferromagnetische klei Experiment: 1 Leg een knikker op de klei. Wat gebeurt er? 2 Kan je met de klei een paperclip opnemen? Is de klei van zichzelf magnetisch? 3 Leg een magneet op de klei. Wat gebeurt er? Geef hiervoor een verklaring. 4 Hou een magneet op een kleine afstand van de klei. Wat gebeurt er? Tip: In de klei zitten hele kleine ferromagnetische deeltjes (magnetiet of ijzeroxide). Materiaal: magnetic putty (ferromagnetische plasticine), een sterke magneet (neodymium), knikker, paperclip. Filmpjes: Symbaloo Of ook: shows/outrageous- acts- of- science/monster- magnet/ Demonstratie door leerkracht Zuivere ferrofluid en ferrofluid met extra olie Neem het kleine potje ferrofluïd. Hieraan werd extra parrafine- olie toegevoegd. Experimenteer met verschillende magneten (sterktes en vormen). Wat zie je? Wat zou een verklaring kunnen zijn? Wat zie je als je de magneet verplaatst? Waarin zou je dit kunnen gebruiken? Demonstratie door leerkracht Ferrofluid met water Opmerking: Misschien is het nodig een nieuw mengsel te maken in een afsluitbaar potje omdat de inkt aan de rand van het potje blijft kleven. Wat kan je vaststellen over de 2 vloeistoffen? Hou de magneet aan de buitenkant. Wat gebeurt er? Hoe verklaar je dit? Waarvoor zou je dit eventueel kunnen gebruiken? Wat zou er gebeuren als je water, ferrofluid en olie samenbrengt? Nanotechnologie werkboekje zelfstandig experiment- Eef delfosse- 01/12/2015 Page 5

6 3. Magisch zand MAX 25 MIN Leerling experiment 3A Magisch zand waterdruppel en oliedruppel 1 Experiment: Neem een klein potje (bv. platte kaas of yoghurt- potje of petri- schaaltje) met een DUN bodempje magisch zand (niet veel zand, want dit moet nadien weggegooid worden!!!). Neem ook een klein potje met een DUN bodempje gewoon zand. Voel eraan. Wat voel je? Wat zie je als je een beetje magisch los zand in je hand houdt? _ 2 Experiment: Doe een druppel water op het magische zand in het kleine potje. Wat gebeurt er? Doe hetzelfde met gewoon zand. Wat gebeurt er? Geef hiervoor een verklaring (zie tip verder). 3 Experiment: Doe een druppel olie op het magische zand in het kleine potje. Wat gebeurt er? Doe hetzelfde met gewoon zand. Wat gebeurt er? Geef hiervoor een verklaring. Tip: Er is geen lijm bij het zand gedaan. Op het magische zand is een nanolaagje aangebracht van een materiaal dat werkt zoals de gekkotape. Door een speciale structuur te maken gaan die deeltjes aan elkaar plakken (aantrekken). Opmerking: Het laagje dat erop aangebracht werd, is dezelfde stof die gebruikt werd om gekkotape te maken). Op het magische zand is een nanolaagje aangebracht van een materiaal dat waterafstotend is (hydrofoob- bang van water). Dit kan je vergelijken met olie. Algemeen: een hydrofobe stof is een stof die niet vermengd of opgelost kan worden in water omdat het niet kan binden met watermoleculen. 4 Experiment: Kijk wat er gebeurt als je voorzichtig wat olie giet in een beker met water. Mengen deze stoffen? Waarom wel/niet? Materiaal: 2 kleine potjes (gewoon zand, magisch zand) en een klein spuitje met water, en eentje met een klein beetje olie. Beker. Water. Olie. Nanotechnologie werkboekje zelfstandig experiment- Eef delfosse- 01/12/2015 Page 6

7 Leerling- experiment 3B Magisch zand (kinetisch zand), water en olie 1 Experiment: Neem een beker met water. Doe er heel voorzichtig een heel klein beetje zand in (een klein beetje zand tussen je vingers nemen en korreltjes in het water laten vallen). Wat gebeurt er? Doe hetzelfde met magisch zand. Wat gebeurt er? Heb je hiervoor een verklaring? En wat gebeurt er als je dit herhaalt (opnieuw wat zand toevoegen)? Heb je hiervoor een verklaring? 2 Experiment: Neem een beker met een beetje olie. Doe er heel voorzichtig een klein beetje magisch zand in. Gebeurt hetzelfde als bij het water? 3 Experiment: Neem een beker met water en een laagje olie. Doe er heel voorzichtig een klein beetje zand in. Wat gebeurt er? 4 Experiment: Bedenk zelf een experiment om te testen of je met dit zand olie op zee zou kunnen opruimen. Probeer het uit (eventueel in klasverband). Materiaal: glazen pot met water. Glazen pot met olie. Glazen pot met water en olie. Gewoon zand. Magisch zand. Nanotechnologie werkboekje zelfstandig experiment- Eef delfosse- 01/12/2015 Page 7

8 Filmpje met een andere soort magisch zand (niet kleverig, wel hydrofoob): Symbaloo Filmpje coating: Symbaloo Bronnen en extra info NFOCENTRE_PL_HDD_MAGNETIC_MEMORY_EVOLUTION.png shows/outrageous- acts- of- science/monster- magnet/ ferrovloeistof- en- hoe- maak- je- het- zelf/ activities fair- projects/search.shtml?v=&s=ferrofluid Nanotechnologie werkboekje zelfstandig experiment- Eef delfosse- 01/12/2015 Page 8