ZWERFVUIL BIOLOGISCH AFBREEKBAAR PLASTIC MAKEN

Transcriptie

1 VAK: TECHNIEK DUUR: 2 LESUREN DOELSTELLING(EN) Vakgebonden eindtermen De leerlingen kunnen doelgericht, vanuit een hypothese of verwachting, waarnemen. alleen of in groep, een opdracht uitvoeren en er een verslag over uitbrengen. ideeën en informatie verzamelen om een hypothese (bewering, verwachting) te testen en te illustreren. De relatie tussen natuurwetenschappelijke ontwikkelingen en technische toepassingen illustreren. Zich oriënteren op een onderzoeksprobleem door gericht informatie te verzamelen, te ordenen en te bewerken. F11: de effecten van de interactie tussen elektromagnetische straling en materie beschrijven aan de hand van verschijnselen zoals het foto-elektrisch effect en elektromagnetische spectra. F 20: met voorbeelden illustreren dat ladingen in beweging aanleiding geven tot magnetische krachten. Algemene doelen en de link met de vakoverschrijdende eindtermen vind je in de handleiding bij dit lespakket. WERKWIJZE Leerlingen staan stil bij het belang van recycleren en vooral hoe dit gedaan wordt. We vertrekken van zwerfvuil dat ze zelf meebrengen (+ extra dat leerkracht voorziet). Na een korte reflectie gaan we dieper in op de manier hoe afval gesorteerd wordt. In een eerste fase krijgen de leerlingen de opdracht om hun zwerfvuil zelf te gaan sorteren ( de mens sorteert ). Vervolgens wordt dit doorgetrokken naar de machine (die iets gelijkaardigs doet). Elke scheidingstechniek berust immers op een bepaalde fysische eigenschap. MATERIAAL/MEDIA Zwerfvuil, computer, beamer, PowerPointpresentatie, magneet, materiaal proef wervelstromen (batterij 1,5 V, koperdraad, condensator), indien mogelijk: zeef, slazwierder, stofzuiger Deze lesinhoud is gebaseerd op materiaal dat ontwikkeld is door Indaver: Toelichting en rondleiding van de PMDinstallatie van het milieupark in Willebroek. Foto s in de PowerPointpresentatie zijn ook van hen. LEGENDE Vet belangrijk Cursief: specifieke instructies Onderlijnd:verwijzing naar PowerPointpresentatie of ander materiaal 1

2 Lesbegin Leerlingen maken kennis met de verschillende soorten zwerfvuil + korte reflectie over deze afvalberg. klasgesprek zwerfvuil (meegebracht door leerlingen & verder aangevuld door leerkracht) 5 minuten Vorige les hebben de leerlingen de opdracht gekregen om allerhande zwerfvuil dat ze in hun buurt, onderweg naar school, vonden, mee te brengen naar school. Verzamel dit materiaal vooraan. Voorbeelden: sigarettenpeuken, kauwgom, etensresten, blikjes, plastic flesjes, tickets, conserven, papieren zakjes, kranten, tijdschriften, metalen voorwerpen, glas, kroonkurken, kartons, PET-flessen in allerlei kleuren, batterijen, aluminiumfolie... Opmerking: Voor het verdere verloop van de les is het belangrijk dat er voldoende verscheidenheid in het zwerfvuil aanwezig is: groot en klein, licht en zwaar, (on)doorzichtig, (on)doorschijnend, mat of glanzend, soorten plastic, soorten metalen (aluminium, koper, ijzer, ), Je voorziet best als leerkracht extra zwerfvuil (dat bestaat uit minder voor de hand liggend materiaal, zoals verfpotten, batterijen, ). Hoe meer materiaal, hoe beter. Zorg er wel voor dat de leerlingen zelf geen rondzwervende naalden, gebroken glas, giftige stoffen of producten oprapen. Nu deze berg afval voor de klas ligt, is dit een ideaal moment om (kort) even te reflecteren over de hoeveelheid zwerfvuil. Enkele richtvragen voor de leerkracht: Wat komt het meest voor? M.a.w. wat wordt volgens jullie het vaakst weggegooid op straat? Wat heb je zelf al weggegooid? Waarom zou je dit wel/niet weggooien? (Verteerbaar versus niet-verteerbaar afval? Etensresten? Kauwgum en sigarettenpeuken? ) Enkele bijhorende weetjes: Tijdens werden op 32 typelocaties meer dan 37 miljoen stuks sigarettenpeuken en 8,5 miljoen stuks kauwgum gevonden. Een blikje heeft 50 jaar nodig om te vergaan in de natuur, een stuk kauwgum 25 jaar en een bananenschil 2 jaar. Elke Vlaming produceert jaarlijks 21 kg aan elektronisch afval. 2

3 Lesfase 1: De mens sorteert Leerlingen scheiden het zwerfvuil door gebruik te maken van specifieke eigenschappen van het materiaal. onderwijsleergesprek + groepswerk (3 tot 4) zwerfvuil verdeeld over de groepjes (zie lesbegin) 1ste slide PowerPointpresentatie 10 minuten Onderwijsleergesprek om groepsopdracht in te leiden: De logische vraag is Wat nu met dit afval? Wat denk je dat er gebeurt met dit zwerfvuil? Wat zou er best gebeuren? In welke kleinere bergjes zou je dit zwerfvuil gaan verdelen? Zwerfvuil werd vroeger vaak gewoon verbrand of gestort (laagste stap in de ladder van Lansink) en niet gerecycleerd. Restafval wordt verbrand. Indien we echter aan goed afvalbeheer 1 willen doen, moeten we trachten dit afval nog te gaan recycleren. Onze grote berg wordt dan een berg van bergjes: papier & karton, PMD, GFT, glas, KGA & restafval. Groepsopdracht per 3 à 4: de mens sorteert (5-tal minuten) Goed afvalbeheer vraagt dus een belangrijke mate van goed sorteren. Stel nu dat je deze afvalberg zelf moet sorteren in kleinere bergjes, maar je kent bovenstaande categorieën niet. Gebruik verschillende zintuigen om materialen en voorwerpen uit je afvalberg van elkaar te onderscheiden en doe dit op basis van specifieke eigenschappen. Verdeel je berg volgens een 5-tal eigenschappen en presenteer jullie resultaten aan de rest van de klas. Je bent hier volledig vrij in (creatieve criteria zijn zeker toegelaten). De resultaten van deze open opdracht kunnen heel divers zijn. Belangrijk is dat leerlingen zelf kunnen verwoorden op basis van welke eigenschap van het materiaal/voorwerp (+ gebruik van zintuig) ze gesorteerd hebben. Elk groepje stelt kort en krachtig haar resultaat voor. De selectiecriteria worden op bord verzameld (best volgens zintuig). Mogelijke resultaten zijn (dit moet zeker niet allemaal besproken worden!): 1. Zien (belangrijkste zintuig omdat het op basis van zeer veel eigenschappen van de materialen een onderscheid kan maken) Grootte en vorm: mens kan vrij complexe vormen onderscheiden en met grote precisie (rond versus vierkant, doos versus fles, dus versus dik, ) Kleur: niet alleen alle kleuren van de regenboog, maar ook onderscheid tussen transparant & ondoorzichtig, mat & glanzend, Lezen: opschrift van flessen of KGA kan geïnterpreteerd worden (op basis van stoffen, maar ook volgens logo s) 2. Voelen (veeleer een ondersteunend zintuig om waarnemingen met het oog te bevestigen) Massa: inschatting van zwaar (metaal) of licht (papier) materiaal, verpakking met & zonder inhoud Aard van oppervlak: ruwheid (hout), stroefheid (rubber), gladheid (glas, metaal), Warmteafgifte: materiaal dat eerder koud (metaal) of warmer (hout, textiel, plastic) aanvoelt bij omgevingstemperatuur. 3. Horen (eveneens ondersteunend, vooral het geluid wanneer 2 materialen met elkaar in contact komen) Ritselen: plastic folies zoals die rond koekjes en snoepjes 1 Zie ladder van Lansink ( 3

4 Kraken: brekend hout Piepen: isolatieschuim Galmen: vallende metalen dozen of blikjes Reuk- en smaakzin is hier nauwelijks of niet van toepassing. Sluit deze fase af met een allesomvattende samenvatting(zie PowerPointpresentatie, eerste slide). Belangrijk hierbij te vermelden, is dat de mens de unieke eigenschap heeft om alle waarnemingen te kunnen combineren vooraleer een voorwerp te klasseren (met behulp van onze hersenen). Lesfase 2: De machine sorteert (onderzoek) Leerlingen onderzoeken hoe afval machinaal kan gesorteerd worden volgens een bepaalde fysische of chemische eigenschap. groepswerk zwerfvuil, magneet 15 minuten Inleidende beschouwing: Door de enorme hoeveelheid afval die nog dient gesorteerd te worden, kan dit onmogelijk allemaal gedaan worden door de mens. Dit gebeurt vaak machinaal In feite doet een machine net hetzelfde als de mens: zij sorteert op basis van een fysische of chemische materiaaleigenschap om de voorwerpen van elkaar te kunnen scheiden. Onderzoeksopdracht in groepjes van 3 à 4: de machine sorteert. Jullie gaan nu als ingenieurs aan de slag, want we willen het werk machinaal een stuk vergemakkelijken. Tracht binnen jullie projectteam een antwoord te vinden op volgende ontwikkelings- en onderzoeksnoden (bij tijdsgebrek kan je 1 groep aan 1 vraag laten werken). 1. Zoek naar een techniek waardoor voorwerpen machinaal van elkaar kunnen gescheiden worden op basis van vorm en grootte. Beschrijf kort de techniek en de machine die dit zal uitvoeren. Bespreek mogelijke beperkingen van jullie uitvoering. 2. Zoek naar een techniek waardoor voorwerpen machinaal van elkaar kunnen gescheiden worden op basis van massa (bijvoorbeeld een houten plaat van een plastic zak). Beschrijf kort de techniek en de machine die dit zal uitvoeren. Bespreek mogelijke beperkingen van jullie uitvoering. 3. In het sorteercentrum wordt al gebruik gemaakt van sterke (elektro)magneten. Ga binnen jouw afvalberg op onderzoek met behulp van een magneet welke materialen je met deze techniek kan scheiden. Tracht dit echter voor jouw onderzoek te voorspellen. Lijst jouw hypothesen en resultaten op. 4

5 Lesfase 3: De machine sorteert (2) Klassikale bespreking & overlopen van de verschillende sorteertechnieken (elke techniek wordt steeds geïllustreerd door middel van een scheidingstechniek die toegepast wordt in een PMD-verwerkingsinstallatie). doceren, demonstratie & onderwijsleergesprek indien mogelijk: zeef (strand of keuken), slazwierder, stofzuiger, materiaal proef wervelstromen PowerPointpresentatie 15 minuten In de vorige fase zijn de leerlingen zelfstandig op onderzoek gegaan en hebben ze zelf suggesties kunnen geven naar mogelijke technieken. Aan de hand van deze antwoorden maar ook van concrete technieken die o.a. gebruikt worden in een PMD-installatie, worden de verschillende technieken (en hun bijhorende fysische eigenschap) geïllustreerd: 1. Scheiding op basis van vorm en grootte (eerst resultaten van leerlingen opvragen) Om de leerlingen op weg te helpen, kan je hier een zeef (van strand of uit de keuken) & een slazwierder tonen. Zeven is hier de makkelijkste oplossing voor. Denk maar eens hoe je als kind op het strand schelpjes uit het strand zeefde of hoe goudzoekers in de rivier het zand tussen de kleine steentjes uitwasten. Er zijn verschillende soorten zeven: vlakke schudzeven (zoals je met de hand zou heen en weer schudden), stangenzeven, trommelzeven (zie PowerPointslides). Een trommelzeef is in feite qua principe gelijkaardig aan een slazwierder. 2. Scheiden op basis van massa(dichtheid) (eerst resultaten van leerlingen opvragen) Om de leerlingen op weg te helpen, kan je hier een stofzuiger tonen of gebruiken (best in blaasstand). Voorwerpen met een kleinere massa worden gemakkelijk weggeblazen. Deze eigenschap wordt onder meer gebruikt wanneer men bladeren wegblaast van de stoep (of kleiner zwerfvuil). Deze eigenschap wordt ook gebruikt in een windzeef (zie PowerPointpresentatie). Voorwerpen worden in een sterke luchtstroom gebracht waardoor flessen, blikjes & zwaardere voorwerpen erdoor vallen maar folies, papiertjes weggeblazen worden. Een andere mogelijke techniek is gebruik maken van drijftechniek waarbij een verschil in massadichtheid t.o.v. water het verschil in zinken & drijven veroorzaakt Magnetisme (extra: wervelstromen) (eerst resultaten van leerlingen opvragen) Al snel komt men tot de conclusie dat enkel metalen (dus geen plastic, hout, ) aangetrokken worden door de magneet, maar dit is niet het geval voor alle metalen. IJzer (staal), nikkel, kobalt worden aangetrokken, roestvrij staal (er bestaan wel magnetische soorten RVS, maar dit is eerder uitzonderlijk), koper, aluminium echter niet. Men spreekt van al dan niet ferromagnetische materialen. Via een eenvoudige magneet kan je dus achterhalen welke voorwerpen uit de afvalberg ferromagnetische materialen bezitten (conserven wel, drankblikjes niet noodzakelijk). De magneet in de PMD-installatie (zie PowerPointpresentatie) kan dus al deze materialen eruit halen

6 Extra 3 : Doordat de andere metalen zoals aluminium echter wel elektriciteit geleiden, kunnen ze zich als een magneet gaan gedragen (zie cursus elektromagnetisme). Door een veranderend magnetisch veld op te wekken in de buurt van geleidende metalen, zal hierin een stroom geïnduceerd worden (wet van Faraday). Deze geïnduceerde stroom zorgt op zich dan weer voor een magnetisch veld (metaal gedraagt zich als een magneet). De wet van behoud van energie (wet van Lenz) vertelt echter dat deze geïnduceerde stroom zijn oorsprong zal tegenwerken, waardoor deze nieuwe magneet zal afgestoten worden (gelijke polen van de magneet zijn naar mekaar gericht: N-N of Z-Z). De demonstratie in volgend filmpje toont dit ( ure=youtube_ gdata) 4. Eerst wordt de condensator opgeladen en vervolgens heel snel ontladen. Door de stroomstoot in de spoel wordt een veranderend magnetisch veld geïnduceerd dat in de aluminium ring een tweede stroom induceert waardoor de ring een magneet wordt die wordt afgestoten. Door de heel plotse stroomstoot gebeurt dit zo snel dat de ring wegvliegt. Zie ook meer info op Dit principe (waarbij een geleider wordt afgestoten) wordt ook gehanteerd in de wervelstroomscheider (PowerPointpresentatie). Deze zorgt ervoor dat aluminium omhoog geschoten wordt (zoals de ring in de demonstratie). 4. Lichtspectrum Het licht is een elektromagnetische straling (zoals ook radiogolven en microgolven). Zo kan je bijvoorbeeld met een nachtkijker de infrarode straling (warmte) gaan detecteren die wij uitstralen. In het zichtbaar licht hebben we alle kleuren van de regenboog. Wanneer licht op een voorwerp terechtkomt, worden niet alle stralen in dezelfde mate weerkaatst. Zo zal dit licht de kleur van het voorwerp bevatten, maar het geeft ons ook informatie over of het mat of glanzend is, Zo bestaan er dus machines die heel snel de weerkaatste stralen kunnen analyseren. Zij analyseren hoe IR stralen en zichtbaar licht weerkaatst worden. Daardoor kunnen voorwerpen van elkaar onderscheiden worden op basis van het materiaal en de kleur. In de optische scheider (zie Powerpointpresentatie) maakt men gebruik van deze techniek van optische scheiding. Lesafsluiting Leerlingen besluiten dat de mens nog steeds een veel betere sorteerder is dan de machine. synthese/klasgesprek 5 minuten Samengevat (zie laatste slide PowerPointpresentatie vergeleken met eerste slide) doet de machine iets gelijkaardigs als de mens: op basis van herkenning van fysische eigenschappen zoals vorm, grootte, massa, magnetisme, sorteert ze bepaalde materialen. Waar de mens zijn hersenen kan gebruiken, heeft de machine de beschikking over de computer. 3 Dit is nogal moeilijke leerstof en misschien alleen maar geschikt voor meer wetenschappelijke richtingen. 4 Deze demonstratie is heel makkelijk na te maken. Je hebt hiervoor een batterij (1,5 V), koperdraad (om een spoel te maken) en een condensator nodig die je in een eenvoudig circuit met elkaar verbindt. 6

7 Wat zijn nadelen/voordelen van de machine/mens die sorteert? Vergelijk beide met elkaar De machine werkt veel sneller, is nooit verstrooid en wordt nooit moe. Een machine kan bepaalde eigenschappen analyseren die de mens niet kan analyseren. MAAR: de machine kan slechts gebruik maken van 1 eigenschap tegelijkertijd om voorwerpen van elkaar te onderscheiden, terwijl de mens de unieke eigenschap bezit om meerdere kenmerken te gaan combineren. Hierdoor kunnen ongewenste voorwerpen bij de gewenste voorwerpen terechtkomen. Zo zal de wervelstroomscheider kartons waar een aluminium strookje in zit, ook sorteren. Hoewel de technieken machinaal geoptimaliseerd worden, blijft de kans op fouten redelijk groot. Dit alles maakt dat de mens nog steeds het meest nauwkeurig kan werken (maar natuurlijk minder snel). Sorteren gebeurt daarom best al zo vroeg mogelijk in het afvalverwerkingsproces. 7