Thema 1: zonnewarmte 3
thema 1 3 Zonnewarmte 1 2 3 4 5 6 7 ET GO! 1.14 1.16 OVSG VVKBaO WO-NAT-NAV-04.01 WO-NAT-NAV-04.12 WO-NAT-NAV-04.13 WO-NAT-NAV-04.14 WO-NAT-NAV-04.15 w eb ve rs Eindtermen en leerplandoelen De kinderen kunnen benoemen welke energie de zon opwekt. De kinderen kunnen uitleggen welke energie nuttig is en welke gevaarlijk. De kinderen kunnen opnoemen hoe we ons beschermen tegen de gevaren van de zon. De kinderen kunnen uitleggen hoe temperatuur gemeten wordt. De kinderen kunnen uitleggen hoe de zonnewarmte kan opgevangen en gebruikt worden. De kinderen kunnen toepassingen van gebruik van deze warmte opnoemen. De kinderen kunnen uitleggen wanneer het systeem onvoldoende zal werken. ie Doelen 2.3 2.6 2.13 2.14 2.15 2.16 2.18 3.3.1.4 3.3.2.9 3.3.2.11 3.3.3.2 3.3.3.17 3.3.3.19 3.3.3.21 3.3.4.2 3.3.4.5 3.3.4.7 3.3.5.1 3.3.5.4 WO-TEC-BEG-01.06 WO-TEC-BEG-01.14 WO-TEC-BEG-01.17 WO-TEC-HAN-02.04 WO-TEC-HAN-02.05 WO-TEC-HAN-02.06 WO-TEC-HAN-02.08 WO-TEC-HAN-02.11 WO-TEC-HAN-02.24 WO-TEC-DUI-03.07 WO-TEC-ATT-04.03 0.11 0.12 6.2 6.3 6.6 6.13 6.18 7.17 7.18 3.7 3.1.2.1 3.1.2.2 3.1.2.5 3.1.2.6 WO-MNS-SC-1.3.6 WO-MNS-SV-2.2 WO-MNS-SV-2.5 WO-MNS-SV-2.6 WO-MNS-SV-2.11 WO-MNS-SV-2.12 0.5 4.9 4.10 SV 1.4 1.5 3 1 2 6 2 4 Leermiddelen - Bijlage 1: handleiding voor de leerkracht - Bijlage 2: afbeeldingen - Kopieerblad 1: inleiding - proef - Kopieerblad 2: we testen zelf! - Materialen (zie kopieerblad 2) 0.7 0.9 0.15
De les in vogelvlucht (1 x 50 ) Voortaak thema 1 1 Instap bijlage 2 kopieerblad 1 2 Kern 2.1 Zon hebben we nodig voor warmte en licht bijlage 2 2.2 We testen zelf! bijlage 1 en 2 kopieerblad 2 2.3 Uitbreiding 3 Afsluiter Het uitvoeren van deze les geniet de voorkeur tijdens een warme periode in het jaar (veel zon). De proef moet minstens vier uur onaangeroerd kunnen blijven (zoek dus een rustige plek in de volle zon). Verzamel het nodige materiaal. (Liefst voor de gewone proef buiten. Als je geen andere mogelijkheden hebt, kies dan voor het alternatief binnen.) Is er een zandbak op school of een speelpleintje naast de school? Controleer of je daar naartoe kunt tijdens een zeer zonnige namiddag om de temperatuur te bepalen (nodig: gewone muurthermometer). 4
1 Instap Onderwijsleergesprek Kopieerblad 1 Bijlage 2 2 Kern Onderwijsleergesprek thema 1 Bouw een klasgesprek op rond de twee volgende items. Stelling 1 Als je naar zee gaat en je loopt over het strand, dan is de bovenkant van het zand heel erg warm en eronder is het minder warm. Als er een zandbak op of naast de school is, kun je naar de zandbak gaan en meten hoe warm de bovenkant van het zand is en hoe warm de onderkant van het zand is. Gebruik hiervoor een gewone thermometer. Vraag: Hoe komt dat nu? De zandkorrels hebben de warmte van de zon opgenomen en geven die af aan de omgeving of aan je voeten. Onder de bovenlaag is het minder warm omdat de zon niet tot bij dit zand geraakt. Stelling 2 Als de tuinslang om het zwembad te vullen na een halve dag opnieuw gebruikt wordt om het bad bij te vullen, dan is het water dat eruit sproeit warm. Vraag: Hoe komt dat? De tuinslang heeft de zonnewarmte opgenomen en afgegeven aan het water dat in de slang zat. Als we het water weer laten stromen, dan komt het warme water uit de tuinslang en vult die zich opnieuw met koud leidingwater. 2.1 Zon hebben we nodig voor warmte en licht Zet het onderwijsleergesprek verder aan de hand van volgende vragen. Zon hebben we nodig voor warmte en licht. - Waarom is het nodig dat er warmte is? Warm water om te wassen of douchen, warmte in huis is aangenaam, warme temperaturen om buiten te spelen... - Waarom is er licht nodig? Om goed te kunnen zien, om aangenaam te leven, om de planten, dieren en mensen te laten groeien. - Je mag nooit direct in de felle zon kijken, anders krijg je pijn aan je ogen. Wat kunnen we daartegen doen? Een zonnebril dragen (die laat alleen het zachte licht door en houdt de felle stralen tegen). - Wie veel buiten loopt in de zon wordt bruiner. Wat gebeurt er als je te lang in de zon loopt? Je huid zal verbranden en je kunt een zonnesteek krijgen. - Wat doen we zodat we toch buiten kunnen? Onszelf insmeren met zonnecrème die de felle stralen tegenhoudt. Een hoedje of petje opzetten zodat de zon niet direct op ons hoofd schijnt. De zon zorgt dus voor belangrijke dingen: - lichtstraling (maar teveel is schadelijk) - warmtestraling (maar teveel is schadelijk) Deze straling is energie. Kunnen we die energie ook opvangen om te gebruiken? - Zonnepanelen om licht op te vangen en elektriciteit te maken. - Warmtepanelen om warmte op te vangen en warm water te maken. 5
Bijlage 2 Kopieerblad 2 Materiaal (zie kopieerblad 2) Klassikaal werk of groepswerk Bijlage 1 Onderwijsleergesprek Bijlage 2 thema 1 De zonnepanelen zien we later. Nu zullen we zelf eerst warmte proberen op te vangen. - Hoe kunnen we de temperatuur van water meten? Thermometer (analoog = glazen kwikthermometer die je moet aflezen, of digitaal = met behulp van electronica waarvan je de cijfertjes kunt aflezen). - Hoe drukken we uit hoe warm iets is? Bij ons drukken we dat uit in graden Celcius (in andere landen gebruiken ze soms andere graden bv. Farenheit, de wetenschappers gebruiken Kelvin). ICT-toepassing: Laat de leerlingen foto s of afbeeldingen zoeken van gebouwen met zonnepanelen en zonneboilers. Vergelijk. Je kunt hiervoor ook bijlage 2 gebruiken. - Hoe kunnen we het verschil zien? Zonnepanelen hebben net als zonneboilers een groot oppervlak, maar dat van zonneboilers is donker (zwart) en bestaat voornamelijk uit waterleidingen. 2.2 We testen zelf! Volg voor het verloop van deze proef kopieerblad 2. Bind de tuinslang of brandweerslang langs één kant dicht door dubbel te vouwen en dicht te binden met een stukje touw, elastiek of spanbandje. Langs de andere kant vullen we met behulp van een emmer en trechter de slang met gewoon water uit de kraan (meet eerst de temperatuur van het water en noteer dit). Als de slang volgelopen is met water, binden we het andere uiteinde op dezelfde manier dicht. Leg de slang in een spiraalvorm op een isolerende plaat of isolatieplastic in de felle zon voor een viertal uur (let erop dat ze niet in de schaduw ligt). Na 4 uur doen we de slang aan één kant voorzichtig open en laten we de emmer halfvol lopen met water uit de opgewarmde slang. Meet nu opnieuw de temperatuur van het water en noteer. Bespreek: Wat is er nu allemaal gebeurd? - We hebben iets gemaakt dat de warmte van de zon kan opvangen (tuinslang met water in). - Het water werd opgewarmd door de zon. - We hebben een isolatielaag gelegd tussen de opwarmende waterslang en de grond, zodat het water geen warmte zou afgeven aan de grond. Waarvoor kan dit warme water gebruikt worden? - In de keuken om af te wassen. - In de badkamer om te douchen. - Als gedeeltelijke verwarming van de radiatoren in huis. Wordt dat ook echt gebruikt? Ja, als zonneboiler op het dak. Aangepaste zwarte panelen worden op het dak gelegd om de zonnewarmte op te vangen. Via een pompsysteem komt het koude water er onderaan in en na de opwarming gaat het warme water er bovenaan uit (warm water stijgt tot boven het koude water). Het warme water wordt verder gepompt naar waar het nodig is. Bijlage 2N toont dit proces schematisch. Waarom zouden we dan een zonneboiler gebruiken (wat zijn de voordelen)? De warmte van de zon is gratis en het opwarmen van het water kost dus niets. 6
3 Afsluiter Klasgesprek thema 1 Waarom heeft niet iedereen dan een zonneboiler op zijn dak (wat zijn de nadelen)? - De installatie op het dak en de pompen kosten geld. - Er is niet altijd genoeg zon. - Niet iedereen vindt het mooi om dit op het dak te leggen. 2.3 Uitbreiding Doe de bovenstaande test met een donkergekleurde waterslang en een even dikke lichtgekleurde slang (of omwikkel ze met aluminiumfolie). Vraag: Wat stellen we vast bij de begintemperatuur? Bij de donkere slang:... C Bij de lichtgekleurde of omwikkelde slang:... C Vraag: Wat stellen we vast na 4 uur bij de eindtemperatuur? Bij de donkere slang:... C Bij de lichtgekleurde of omwikkelde slang:... C Vraag: Hoe groot is het verschil bij de zwarte slang?... C Hoe groot is het verschil bij de witte of omwikkelde slang?... C Hoe komt dat nu? Zwart of donkere kleuren nemen gemakkelijker de warmtestraling op en geven die dan door aan het water. De lichtgekleurde slang kaatst een deel van de warmtestraling terug, waardoor er minder warmte is om aan het water door te geven. Ook de omwikkelde slang kaatst veel warmtestralen terug waardoor er niet veel warmte aan het water wordt doorgegeven. Dus als we gebruik willen maken van een zonneboiler om de zonnewarmte op te vangen, dan doen we dat het best met een donkergekleurd materiaal. Rond deze les af met een samenvatting. - De gratis warmte van de zon kan opgevangen worden in donkergekleurde waterhouders. - Deze warmte kan in huis gebruikt worden. - Deze methode heet zonneboiler. - Als er geen zon is of de zonneboiler ligt in de schaduw, dan krijgen we geen extra warmte in het water (werkt dus enkel bij volle zon). 7
KOPIEERBLAD 1 thema 1 - Inleiding: proef Voorafgaande proef Neem pen en papier en een gewone thermometer mee. Bezoek de zandbak van de school of het speelplein nadat de zon een aantal uren heel fel heeft geschenen. Leg de thermometer op het zand en druk hem lichtjes in het zand. Na twee minuten lees je de temperatuur tot een hele graad correct af. C w eb ve rs De temperatuur bovenop het warme zand is ie Met je handen veeg je de bovenste vijf centimeter zand weg en leg je de thermometer opnieuw in het zand (weer lichtjes aandrukken). Houd de thermometer in de schaduw door af te schermen met je hand of een blad papier, anders warmt hij op door de zon. Ook nu lees je na twee minuten de temperatuur af. Noteer. De temperatuur vijf centimeter onder het zand is C Wat is het temperatuursverschil? C
KOPIEERBLAD 2a thema 1 - we testen zelf! Benodigdheden per klas (Als de groep te groot is splits je de klas eventueel in twee groepen) a) Bij warm weer: - zwart of donkergekleurd stuk tuinslang, brandweerslang of folieslang met een lengte van 5 meter - twee spanbandjes of zware elastiek of twee stukjes bindtouw van 20 cm lang - thermometer waarmee je vloeistof kunt meten (digitale thermometer met groot bereik of gewone huisthermometer) - emmer - trechter - isolatiepaneel (isomo) of isolerende plastic (noppenfolie) b) Indien het geen warm weer is: - drie meter zwarte soepele waterslang van vijverpompen - twee wasknijpers of elastiekjes - thermometer waarmee je vloeistof kunt meten - spotlamp (bouwlamp die warmte geeft. Opgelet: zo n lamp is echt heel warm! Dus geen LED-lamp.) eventueel infra-roodlamp (zoals gebruikt bij de kleine biggetjes of kuikentjes) - trechtertje dat past op de slang - kleine emmer c) Alternatief: in plaats van slangetjes kunnen ook zwarte grote ballonnen gebruikt worden, die voor 1/5 met water worden gevuld. Voorbereiding We gaan op zoek naar een plaats waar de zon de ganse namiddag blijft schijnen en geen schaduw maakt. Stap 1 - Bind één uiteinde van een zwart stuk tuinslang dicht. Doe dat door het laatste stuk dubbel te vouwen en dicht te binden met touw of elastiek. - Leg het stuk in een opgerolde spiraal op een isolerende plaat of isolatieplastic op de grond in de felle zon.
KOPIEERBLAD 2b thema 1 - we testen zelf! Stap 2 Temperatuur van het leidingwater C w eb ve rs Stap 3 ie - Vul een emmer water aan de kraan. Meet met een thermometer welke temperatuur het water heeft. Noteer. - Vul met een trechter en een beker of plastic waterkan de slang helemaal met water. Bind het andere uiteinde op dezelfde manier dicht. Na een drie- tot viertal uur maken we het uiteinde van de slang weer los en laten we het water in de emmer lopen. We meten de temperatuur van het water. Noteer. Temperatuur van het opgewarmde water C Stap 4 Maak de berekening hoeveel graden het water warmer is geworden door de zon. Hoeveel bedraagt het verschil? C Uitbreiding Als er ook nog slangen met een andere kleur gebruikt worden, dan doen we net hetzelfde daarmee en berekenen we ook hier hoeveel graden warmer het water is geworden.
Bijlage 1 thema 1 - Handleiding voor de leerkracht Doen we met een gewone thermometer, desgewenst met een minimummaximumthermometer w eb ve rs ie Temperatuur meten van ruimte of zacht oppervlak (bv. zandbak) Temperatuur meten van vloeistof (water) Doen we met een vloeistofthermometer, eventueel met een digitale koortsthermometer. Het bereik van een koortsthermometer is echter beperkt tussen een minimum en maximumgrens. Dus kun je beter gebruik maken van een gewone thermometer (met plastic rug) en hem in de vloeistof onderdompelen. Vloeistofthermometer Temperatuur meten van hard oppervlak Kwikthermometer en digitale thermometer Kan in principe enkel met een digitale stralingsthermometer of een lasterthermometer (met rode punt om te richten) = industrieel gereedschap.
Bijlage 2a thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2b thema 1 - Afbeeldingen w eb ve rs ie
Bijlage 2c thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2d thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2e thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2f thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2g thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2h thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2i thema 1 - Afbeeldingen w eb ve rs ie
Bijlage 2j thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2k thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2l thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2m thema 1 - Afbeeldingen
Bijlage 2n thema 1 - Afbeeldingen