Thema 2: zon levert elektriciteit 4
Doelen Eindtermen en leerplandoelen Leermiddelen De les in vogelvlucht (1 x 50 ) thema 2 Zon levert elektriciteit 1 De kinderen kunnen de onderdelen van de stroomkring benoemen. 2 De kinderen kunnen uitleggen hoe elektriciteit opgewekt wordt door een zonnepaneel. 3 De kinderen kunnen uitleggen hoe de opgewekte elektriciteit gebruikt wordt. 4 De kinderen kunnen zelf een minizonnepaneel inschakelen om elektriciteit te laten opwekken. 5 De kinderen kunnen de invloeden op het rendement van licht optimaliseren. 6 De kinderen kunnen uitleggen waarom elektriciteit die opgewekt is door zonne-energie, goed is voor het milieu. 7 De kinderen kunnen een technische constructie opzetten aan de hand van een stappenplan. ET GO! OVSG VVKBaO 2.3 2.4 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 3 4 3.3.2.1 3.3.3.17 3.3.3.20 3.3.4.2 3.3.4.5 3.3.5.1 3.3.5.2 3.3.5.4 - Bijlage 1: handleiding voor de leerkracht - Bijlage 2: afbeeldingen zonne-energie - Bijlage 3: schema zonnepanelen - Bijlage 4: afbeeldingen zonnepanelen - Kopieerblad 1 - Materialen voor de constructies WO-TEC-BEG-01.12 WO-TEC-BEG-01.13 WO-TEC-BEG-01.14 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-02.26 WO-TEC-DUI-03.02 WO-TEC-DUI-03.03 WO-TEC-DUI-03.07 WO-TEC-ATT-04.01 WO-TEC-ATT-04.03 WO-TEC-ATT-04.05 1 Instap bijlage 1, 2, 3 en 4 2 Kern 2.1 Licht zorgt voor elektriciteit 2.2 We testen zelf kopieerblad 1 bijlage 1 3 Afsluiter 3.1 Samengevat 3.2 Extra 0.9 0.10 0.12 6.13 6.14 6.15 6.18 7.17 7.18 0.9 0.12 3 thema 2 zon levert elektriciteit
Voortaak thema 2 Neem bijlage 1 door (handleiding voor de leerkracht) en voer de voorbereidende werken uit: - maak de constructies van het motortje in de houder, de batterijenhouder en de zonnepaneelhouder. - haal de batterij uit een rekenmachine. Test of de rekenmachine werkt met het zonnepaneeltje. - voer zelf vooraf de proeven uit 2.2 We testen zelf! uit. De foto s in bijlage 1 kunnen je helpen. Noteer de uitkomsten zodat je een correctiesleutel hebt. Leg de materialen klaar die de leerlingen voor het groepswerk nodig hebben. In de bundel Eerste hulp bij techniek krijg je meer informatie over de materialen en waar je die kunt halen. 4 thema 2 zon levert elektriciteit
1 Instap Onderwijsleergesprek Rekenmachine Zonnepanneeltje Twee snoeren met krokodillenklem Bijlage 1 Bijlage 2 Bijlage 3 Bijlage 4 thema 2 Noteer een aantal rekenoefeningen op bord. Laat de leerlingen die oplossen. Zorg er voor dat die moeilijk genoeg zijn zodat de leerlingen zelf bedenken dat het beter zou gaan met een rekenmachine. Laat de leerlingen gebruik maken van een rekenmachine dat werkt op (een) AA- of AAA-batterij. (Deze batterij(-en) heb je verwijderd in de voortaak!) Laat de leerlingen vaststellen dat het toestel niet werkt. Vraag: hoe komt dat nu? Batterij leeg? Geen batterij? (geen batterij natuurlijk) Stel voor om een zonnepaneeltje aan te sluiten op de polen. (Zie bijlage 1 hoe je dat kunt doen.) Probeer te werken met de rekenmachine. Vraag: wat gebeurt er? Hoe komt dat? Doordat de rekenmachine via het zonnepaneeltje licht kan opvangen, krijgt het energie. Via de ingebouwde lichtcellen wordt licht in elektriciteit omgezet en zijn er geen batterijen nodig voor het toestel. Vandaar de uitvinding van rekenmachines met ingebouwde zonnepaneeltjes. Vraag: welke andere toestellen werken ook op zonne-energie of lichtenergie? Parkeermeter, straatlicht, tuinverlichting, batterijlader, zonnepanelen, gsm-laders, laptopladers... Toon de foto s uit bijlage 2. Vraag: wat is daarvoor nodig? Zon, zonnepaneel, draden, toestel op elektriciteit en/of batterijen om energie in op te slaan en s nachts weer af te geven (lampen). Vraag: wie heeft thuis zonnepanelen op het dak liggen? Hoe werkt zo n zonnepaneel? Als de zon schijnt op de panelen, wordt het licht in elektriciteit omgezet. Vraag: Waar gaat die geproduceerde elektriciteit naartoe? Die gaat naar het elektriciteitsnet en kunnen we gebruiken als gewone stroom. Als er te veel elektriciteit geleverd wordt gaat dat naar de elektriciteitscentrale of naar grote batterijen die dan elektriciteit opslaan. Als er geen of onvoldoende elektriciteit geproduceerd wordt door de zonnepanelen, dan kunnen we gewoon elektriciteit van het elektriciteitsnet gebruiken. Toon bijlage 3. Vraag: hoeveel zonnepanelen zijn er dan nodig voor één huis? Dat hangt af van hoeveel elektriciteit je verbruikt. Sommige gezinnen hebben genoeg met 10 panelen, bij grotere huizen zijn er 20 nodig. Hoe meer er liggen, hoe meer zon er kan opgevangen worden en hoe meer elektriciteit er geproduceerd wordt. Vraag: wat als grote fabrieken of scholen zonnepanelen willen gebruiken, maar niet genoeg dakoppervlak hebben? Dan worden velden met zonnepanelen aangelegd (zie foto s van bijlage 4). Zo kunnen hele dorpen, fabrieken of scholen van energie worden voorzien. Misschien liggen er wel zonnepanelen op de schooldaken en je via een website de productie van zonneenergie volgen. (Geef de link mee naar huis, dan kan er thuis ook over zonnepanelen gesproken worden.) 5 thema 2 zon levert elektriciteit
2 Kern Onderwijsleergesprek Groepswerk Kopieerblad 1 Materiaal (zie kopieerblad) Klasgesprek thema 2 2.1 Licht zorgt voor elektriciteit Zet het onderwijsleergesprek verder. Vraag: hoe kan licht nu zorgen voor elektriciteit? Licht zorgt voor een beweging van kleine elementen (elektronen) tussen twee lagen in de zonnepanelen waardoor elektriciteit wordt opgewekt. Vraag: waarom gebruiken we het liefst de zon? Ze geeft gratis licht en verbruikt geen andere energie. Ze geeft geen schadelijke stoffen af! Vraag: wat gebeurt er als we werken met kunstlicht? Dan werken de zonnepaneeltjes ook als de lichtstralen sterk genoeg zijn, maar dat is meestal niet het geval. Vraag: waarom heeft dit weinig zin? We verbruiken evenveel energie door het licht te laten branden als we energie opwekken. Vraag: wat levert de zon, behalve licht, nog? Warmte en straling Vraag: hoe kunnen we daar gebruik van maken? Warmte kunnen we opvangen via zonnecollectoren en gebruiken voor warm water. UV-straling op onze huid zorgt ervoor dat we bruin worden, maar het kan ook schadelijke straling zijn en huidproblemen opwekken bvb. verbranden door de zon, vlekken voor de ogen...). Kijk nooit direct in fel licht of in de zon! Vraag: hoe kunnen we meten of er elektriciteit aanwezig is? - Door een verbruiker aan te sluiten, bvb. een lampje (moeilijk te zien overdag) of een klein motortje. - Door te meten hoe groot de spanning is tussen de twee polen (+ en -) met behulp van een spanningsmeter. Spanning wordt uitgedrukt in volt en wordt aangeduid door het symbool V. Hoe hoger het getal, hoe groter de spanning, hoe meer elektriciteit er is. - Ter info: in een AAA- of een AA-batterij is er een spanning te meten van 1,5 volt. Bij een blokbatterij meten we 9 volt. Op het elektriciteitsnet in huis zit meestal 230 of 400 volt (gevaar voor verbranding en pijn). Bij grote elektriciteitscabines kan er tot 20.000 volt aanwezig zijn (dodelijk). 2.2 We testen zelf! Laat de leerlingen in groepjes van maximum vier leerlingen samenwerken om enkele proeven uit te voeren rond opvang van zonlicht en omzetting naar elektriciteit. Deel kopieerblad 1 en het nodige materiaal uit. Zie erop toe dat de leerlingen zorgvuldig met het materiaal omgaan en spring bij waar het moeilijk gaat. Bespreek klassikaal de gevonden resultaten. Vergelijk: kwamen de leerlingen tot eenzelfde besluit? 6 Besluit 1 Besluit 1: het motortje draait op elektrische energie, op een spanning van 1,5 V (volt). Besluit 2: het motortje draait op elektrische energie, op een spanning van 3 V (volt). thema 2 zon levert elektriciteit
3 Afsluiter Onderwijsleergesprek thema 2 Besluit 3: De zonnepanelen leveren elektriciteit. Ze leveren... V (volt). Besluit 4: Het motortje draait met behulp van twee zonnepanelen sneller. Samen leveren ze... V (volt). Besluit 5 a) terugkaatsende stralen van één spiegeltje leveren... V b) terugkaatsende stralen van meerdere spiegeltjes leveren... V. c) dichter bij het licht levert... V. d) licht schuiner of rechter levert...v. e) helemaal of gedeeltelijk afdekken levert... V. Besluit samen. Lichtcellen die onder invloed van zonlicht elektronen uitwisselen tussen twee platen zorgen voor een elektronenstroming. Die elektronenstroom wordt opgevangen in een + en een geleider en doorgestuurd als elektriciteit. Of eenvoudiger: het zonlicht wordt opgevangen in lichtgevoelige cellen. Lichtgevoelige cellen zorgen voor een deeltjesstroom. Deze deeltjesstroom is elektriciteit. 3.1 Samengevat Maak samen met de leerlingen een besluit / samenvatting van deze les. - Het licht van de zon kan worden opgevangen en omgezet in elektriciteit. Deze elektriciteit kan direct gebruikt worden, doorgestuurd worden naar het elektriciteitsnet of opgeslagen worden in batterijen om dan later te gebruiken. - De zon is gratis, maar de panelen kosten geld. - Doordat we geen andere energie verbruiken of afvalstoffen produceren, zijn zonnepanelen milieuvriendelijk. - Als er geen of onvoldoende zon is, kan er geen elektriciteit geproduceerd worden. - Door de zonnepanelen naar het licht te richten, wordt er meer energie geproduceerd. - We kunnen wel batterijen gebruiken die eerder door de zon zijn opgeladen (bvb tuinlamp) 3.2 Extra Werk eens een week of enkele dagen zoveel mogelijk (of uitsluitend) met toestellen op zonne-energie. Vergelijk hierbij een zonnige dag met een bewolkte, donkere dag. Merk je een verschil op? 7 thema 2 zon levert elektriciteit
KOPIEERBLAD 1A thema 2 - Werkblad we testen zelf! Proef 1 Dit heb je nodig: - Één batterij van 1,5 V + houder - Motortje met houder - Twee geleidende draden met krokodillenklem (één rode en één zwarte) - Voltmeter of multimeter Proef 2 Dit heb je nodig: - Twee batterijen van 1,5 V + houder - Motortje met houder - Twee geleidende draden met krokodillenklem (één rode en één zwarte) - Voltmeter of multimeter Kijk op één batterij waar de + en de zijn. Zet de batterij in de batterijhouder. Koppel aan de + een rood snoer. Koppel aan de een zwart snoer. Koppel het andere uiteinde van het rode snoer aan de rode draad van het motortje. Koppel het andere uiteinde van het zwarte snoer aan de zwarte draad van het motortje. Wat gebeurt er? Koppel alles weer los. Neem de voltmeter. Meet nu met de rode draad aan de + en met de zwarte draad aan de hoeveel spanning (volt) er op het batterijtje zit. V (volt) Neem nu twee batterijen en zet die in de batterijhouder. Bij de vrije polen (de vrije uiteinden van de batterijen) koppel je weer een rode draad aan de + en een zwarte draad aan de. deze draden weer correct aan het motortje. Observeer. Wat gebeurt er nu? Koppel het uiteinde van het motortje los en meet nu hoeveel volt er aanwezig is bij deze twee aan elkaar geschakelde batterijtjes. Dat doe je op dezelfde manier als in proef 1. V (volt) thema 2 zon levert elektriciteit
KOPIEERBLAD 1b thema 2 - Werkblad we testen zelf! Proef 3 Dit heb je nodig: - Zonnepaneeltje + houder - Motortje met houder - Twee geleidende draden met krokodillenklem (één rode en één zwarte) - Voltmeter of multimeter Proef 4 Dit heb je nodig: - Twee zonnepaneeltjes + houder - Motortje met houder - Drie geleidende draden met krokodillenklem (één rode, één zwarte, één gele of witte) - Voltmeter of multimeter Neem een zonnepaneeltje en koppel de draden op een correcte manier aan het motortje. Dit doe je door de +-pool met de rode draad en de - pool met de zwarte draad van het motortje te verbinden. Zorg dat het paneeltje in het felle zonlicht ligt. Observeer wat er gebeurt. Indien er niets gebeurt kun je het motortje een beetje op gang helpen door er een kleine draaibeweging aan te geven. Meet nu met behulp van de voltmeter hoeveel volt een zonnepaneeltje levert. V (volt) Kruis aan. Ik heb mijn motortje moeten helpen. Mijn motortje kwam vanzelf op gang. Schakel nu de twee zonnepaneeltjes aan. Gebruik het gele of witte snoer om de + van het ene paneeltje te verbinden met de van het andere paneeltje. Verbind de +-pool van het ene paneeltje met de rode draad van het motortje en de - - pool van het andere paneeltje met de zwarte draad van het motortje. Observeer wat er gebeurt. Koppel alles weer los. Neem de voltmeter. Meet hoeveel volt deze twee paneeltjes opleveren. V (volt) thema 2 zon levert elektriciteit
KOPIEERBLAD 1c thema 2 - Werkblad we testen zelf! Proef 5 Dit heb je nodig: - Twee zonnepaneeltjes + houder - Drie geleidende draden met krokodillenklem (één rode, één zwarte, één gele of witte) - Voltmeter of multimeter - Twee spiegeltjes - Heel felle spotlamp (indien er niet genoeg zon is) Sluit de twee zonnepaneeltjes aan op de voltmeter en test volgende dingen uit. Observeer en noteer telkens wat er gebeurt. Kaats met één spiegeltje extra zonnestralen op het zonnepaneeltje. Kaats met meerdere spiegeltjes extra zonnestralen op het paneeltje. Hou het zonnepaneeltje dichter bij het licht of de zon. Hou het zonnepaneeltje schuiner of rechter op de zonne- of lichtstralen. Dek met een stuk papier het zonnepaneeltje deels of helemaal af. thema 2 zon levert elektriciteit
Bijlage 1a thema 2 - handleiding voor de leerkracht In deze handleiding vind je extra informatie over de technische stappen in deze les die je zelf zet of de leerlingen zetten. Verbinden van de rekenmachine met een zonnepaneeltje De polen van het zonnepaneeltje verbind je met de polen van de rekenmachine waar normaal de batterij op aangesloten zit. Steek een metalen paperclip op de polen. We testen zelf! Voorbereidingen door de leerkracht Batterijhouder Dit heb je nodig: Voor AA-batterijen: blokje hout, twee of vier kabelklemmen diameter 16-18 mm, twee of vier schroeven. Voor AAA-batterijen: blokje hout, twee kleine kabelklemmetjes diameter 10 mm, twee schroefjes. Zo doe je het: Schroef de batterijhouder vast op het basispaneel en bevestig de batterijen daarin.
Bijlage 1b thema 2 - handleiding voor de leerkracht Bewegend element op basis van motortje Dit heb je nodig: Motortje Flessenhals van een PET-fles (enkel bovenste drie cm) met dop Dopje van een PET-fles (mag een kleinere fles zijn) Zo doe je het: Kleur het kleinere dopje voor de helft in (als het motortje gaat draaien, kun je dit zo beter zien). Plaats dit dopje op de as van het motortje. Maak de dop van de grotere fles vast op de houder (de plank). Maak het motortje vast in het gedeelte van de flessenhals. Draai de flessenhals in het dopje op de plank. Lamp ter vervanging van de zon Normaal zal dit niet nodig zijn. Voor de opdrachten is geen extreem felle zon nodig. Gebruik je toch een lamp, neem dan liefst een spotlicht of een gloeilamp van meer dan 65 watt, op een statief en met een schakelaar. Een bureaulamp is hier ideaal voor. Let op: zo n lamp en de behuizing kunnen erg warm lopen. Zonnepaneeltjes Indien je vaker wil werken met zonnepaneeltjes en schakelingen daarmee (ook voor andere techno.mundo thema s is dit interessant), dan kun je gebruik maken van een stuk kabelgoot.
Bijlage 1c thema 2 - handleiding voor de leerkracht Dit heb je nodig: Twee zonnepaneeltjes Een stuk kabelgoot (afval) Twee draden met krokodillenklem Schroeven en boormachine of schroevendraaier Zo doe je het: Maak de zonnepanneeltjes met de schroeven vast aan de kabelgoot. Aan de achterzijde van de schroeven maak je de twee draden vast. Je houder met zonnepaneeltjes is klaar. Voltmeter of multimeter Als je de spanning wil meten tussen twee polen (+ en -), dan heb je een voltmeter nodig. Meestal kan je vrij goedkoop een multimeter aanschaffen waarmee je veel andere dingen kunt meten (ook voor andere techno.mundo thema s is dit interessant). Voor deze eenvoudige elektriciteitsles is het voldoende om de multimeter in te schakelen op gelijkspanning, te herkennen aan symbool V met een vol lijntje en puntjeslijntje ernaast. Zet de keuzeknop op 20, om een spanning te meten tussen 0 en 20 volt (voor onze lessen is dit de beste keuze). De meter moet opnieuw aangezet worden na een poos van inactiviteit (automatische energiebesparing). Een rode klem behoort aan de positieve (+) pool, een zwarte behoort aan de negatieve (-) pool. Het kan geen kwaad als je ze omwisselt, maar dan krijg je een negatief getal. Andere kleuren werken uiteraard ook, maar het is beter de leerlingen van in het begin zoveel als mogelijk de internationale kleurcodes te laten herkennen.
Bijlage 1d thema 2 - handleiding voor de leerkracht Afbeeldingen van de opstellingen door de leerlingen Proef 1 Proef 2 Proef 3
Bijlage 1e thema 2 - handleiding voor de leerkracht Proef 4 Proef 5
benoemen w eb ve rs ie Bijlage 2a thema 2 - afbeeldingen zonne-energie
Bijlage 2b thema 2 - afbeeldingen zonne-energie benoemen
Bijlage 2c thema 2 - afbeeldingen zonne-energie benoemen
Bijlage 3a thema 2 - schema zonnepanelen benoemen
Bijlage 3b thema 2 - schema zonnepanelen 1 Zonnepaneel 2 Omvormer van gelijkstroom naar netstroom 3 Elektriciteitsmeter voor levering van elektriciteit aan het net 4 Elektriciteitsmaatschappij levert netstroom 5 Elektriciteitsmeter voor verbruik van elektriciteit van het net 6 Verbruikers kunnen aangesloten worden op het net
Bijlage 4a thema 2 - afbeeldingen zonnepanelen
w eb ve rs ie Bijlage 4b thema 2 - afbeeldingen zonnepanelen
Bijlage 4c thema 2 - afbeeldingen zonnepanelen
w eb ve rs ie Bijlage 4d thema 2 - afbeeldingen zonnepanelen