YOUNG ENERGY PROJECT - STUDENTEN LESMODULE OVER WINDENERGIE
Inhoudsopgave Instructiebladen Les 1 Module windenergie, Instructieblad 1.1 4 Les 1 Ontdek, Instructieblad 1.2 5 Les 2 Onderzoek, Instructieblad 2 7 Les 3 Ontwerp en maak, Instructieblad 3 9 Les 4 Test en onderzoek, Instructieblad 4 11 Les 5 Presenteer, Instructieblad 5 14 Werkbladen Les 1 Maak een windmolentje, Werkblad 1 17
Instructiebladen
Module windenergie Les 1 Instructieblad 1.1 Module windenergie In deze module leer je meer over windenergie. Deze module bestaat uit vijf lessen. Elke les heeft een centrale vraag. Bij de centrale vraag horen een aantal onderzoeksvragen: Ontdek In deze les maak je een windmolentje en ontdek je hoe een windmolen werkt. Onderzoek In deze les onderzoek je hoe het ontwerp van de windmolen de opbrengst van een windmolen beïnvloedt. Ontwerp en maak In deze les ontwerp en maak je een kleine windturbine. Test en onderzoek In deze les test je de windturbine. Je onderzoekt welke invloed de windsnelheid heeft op de opbrengst van de windturbine. Presenteer In deze les presenteer je het ontwerp, de conclusies uit het onderzoek en de meetresultaten. Daarnaast evalueer je de hele module. pagina 4
Module windenergie Les 1 Instructieblad 1.2 Ontdek In deze les maak je een windmolentje en ontdek je hoe een windmolen werkt. Centrale vraag: hoe werkt een windmolen? Windenergie Wind ontstaat door de warmte van de zon. Wind kan worden opgevangen door een windmolen. Je hebt vast wel eens een papieren windmolentje vast gehad. De wieken van het molentje gaan draaien als het hard waait. Dit principe wordt ook op grotere schaal toegepast. Op verschillende plekken in Nederland staan grote windmolens die de wind opvangen. Door de kracht van de wind gaan de wieken draaien. De energie van de bewegende lucht (windenergie) wordt omgezet in bewegingsenergie van de wieken. de opbrengst van de windturbine. Materiaal Werkblad 1: Maak een windmolentje Stevig papier of dun karton, één vel Leeg melkpak van 0,5 liter Satéprikker Rietje Paperclip Touwtje van ongeveer 25 centimeter Liniaal, geodriehoek, passer Schaar pagina 5
Module windenergie Les 1 Instructieblad 1.2 Ontdek Opdracht Volg de aanwijzingen op van werkblad 1: Maak een windmolentje. Onderzoeksvragen 1. Wat gebeurt er als je tegen je molentje blaast? 2. Welke energie zorgt ervoor dat het molentje draait? 3. Welke soort energie zorgt ervoor dat de paperclip omhoog gaat? 4. Welke energie omzetting vindt plaats? Conclusie Beantwoord de centrale vraag. pagina 6
Module windenergie Les 2 Instructieblad 2 Onderzoek In deze les onderzoek je hoe het ontwerp van de windmolen de opbrengst van een windmolen beïnvloedt. Centrale vraag: hoe beïnvloedt het ontwerp van de windmolen de opbrengst van de windmolen? Van windenergie naar elektrische energie Directe omzetting van windenergie in een windmolen heeft twee grote nadelen. Er moet constant een stevige wind zijn en de energie moet ter plekke worden gebruikt. Windenergie kan ook worden omgezet in elektrische energie. Dit kan bijvoorbeeld met behulp van windturbines. Een windturbine is een windmolen met een generator. In een windturbine wordt de windkracht gebruikt om de generator aan te drijven. De generator zet bewegingsenergie om in elektrische energie. Deze elektrische energie kan direct worden gebruikt of worden opgeslagen in een soort accu. De energie kan dan op een later moment worden ingezet. Door gebruik te maken van een generator en een accu kan de windenergie dus worden opgeslagen. De opbrengst van de windmolen wordt mede bepaald door het ontwerp van de windmolen. Materiaal Computer met internetaansluiting Windmolentje uit les 1 Verschillende materialen voor de wieken zoals dik karton, spaanplaat, plastic Scharen e.a. gereedschap Handföhn Stopwatch Opdracht Onderzoek hoe het ontwerp van een windmolen de opbrengst van een windmolen beïnvloedt. Doe eerst bronnenonderzoek. Test de gevonden informatie uit. Hierbij kun je het windmolentje uit les 1 als basis nemen. Maak steeds kleine aanpassingen in het ontwerp. Test steeds hoe snel de paperclip omhoog gaat. Om een min of meer constante windstroom te maken, kun je een handföhn gebruiken. Houd rekening met de positie van de föhn. Zorg dat je in eerste instantie steeds onder dezelfde hoek föhnt. Verander steeds de hoek van de föhn om de invloed van de windrichting te onderzoeken. pagina 7
Module windenergie Les 2 Instructieblad 2 Onderzoek Onderzoeksvragen Voor het beantwoorden van de onderzoeksvragen kun je bronnenonderzoek doen. Daarnaast kun je de gevonden informatie testen m.b.v. je windmolentje uit les 1. Voor het onderzoek kun je gebruik maken van de volgende onderzoeksvragen. 1. Wat voor invloed heeft de vorm van de wieken? 2. Wat voor invloed heeft de hoeveelheid wieken? 3. wat voor invloed heeft het materiaal van de wieken? 4. Wat voor invloed heeft de grootte van de wieken? 5. Wat voor invloed heeft wrijving tussen de propeller en de spil? 6. Maakt het verschil of de windmolen een vaste of een draaibare kap heeft? Conclusie Beantwoord de centrale vraag. pagina 8
Module windenergie Les 3 Instructieblad 3 Ontwerp en maak In deze les ontwerp en maak je een kleine windturbine. Centrale vraag: hoe ontwerp en maak ik een kleine windturbine? Opdracht Ontwerp en maak een kleine windturbine. De windturbine bestaat uit een windmolen en een generator. Voor de generator kun je een klein motortje gebruiken. In het ontwerp gebruik je de resultaten uit les 2. Houd er rekening mee dat de windmolen (met de generator) wordt opgenomen in een schakeling. Op deze manier kunnen de spanning en de stroom worden gemeten. pagina 9
Module windenergie Les 3 Instructieblad 3 Ontwerp en maak Onderzoeksvragen Gebruik de onderzoeksvragen om je ontwerp te optimaliseren. Voor het onderzoek kun je gebruik maken van je onderzoeksresultaten uit les 2. Daarnaast maak je gebruik van de volgende onderzoeksvragen. 1. Hoe ziet mijn windmolen er uit? a. Aantal wieken b. Vorm wieken c. Grootte wieken d. Materiaal wieken e. Draaibare kap of niet f. Op zichzelf staand of niet 2. Wat voor soort generator gebruik ik? 3. Hoe zorg ik voor zo min mogelijk wrijving in mijn constructie? a. Bevestiging wieken op motor b. Draaien van de kap 4. Wat heb ik nodig om de resultaten van de windturbine te kunnen meten? Conclusie Beantwoord de centrale vraag. pagina 10
Module windenergie Les 4 Instructieblad 4 Test en onderzoek In deze les test je de windturbine. Je onderzoekt welke invloed de windsnelheid heeft op de opbrengst van de windturbine. Centrale vraag: wat voor invloed heeft de windsnelheid op de opbrengst van de windturbine? Windsnelheid In les 2 heb je ontdekt dat het ontwerp van een windmolen invloed heeft op de opbrengst van een windmolen. In deze les ontdek je dat naast het ontwerp ook de windsnelheid van invloed is op de opbrengst van de windmolen. Materiaal Windturbine Multimeter (Volt en Ampère) Anemometer Lampje en LED Elektriciteitssnoertjes (eventueel met krokodillenbekjes) Tafelventilator met verschillende standen (testen binnen) pagina 11
Module windenergie Les 4 Instructieblad 4 Test en onderzoek Schakeling Om de windturbine te kunnen testen moet de turbine worden opgenomen in een schakeling. Een voorbeeld van een eenvoudige schakeling is hieronder opgenomen. Voorbeeld schakeling V V = voltmeter = lamp Bouw eerst een schakeling. Houd rekening met het vermogen dat jouw generator kan opwekken. Als dit niet voldoende is om een klein lampje te laten branden, kun je een lichtgevende diode (LED) gebruiken. Let op de plus en min aansluiting bij een LED. Zorg dat de multimeter goed staat ingesteld. De instelling is afhankelijk van het motortje wat je gebruikt. Bij een motor met wisselstroom stel je de meter in op a.c. voltage en stroom. Opdracht Test de windturbine binnen met behulp van een tafelventilator of buiten met behulp van de wind. Binnen testen Plaats de turbine voor de ventilator. Zorg dat de turbine is aangesloten op de schakeling. Zet de ventilator aan op de laagste stand. Meet de windsnelheid met de anemometer. pagina 12
Module windenergie Les 4 Instructieblad 4 Test en onderzoek Onderzoeksvragen 1. Brandt het lampje of de diode (LED)? 2. Hoeveel geeft de voltmeter aan? 3. Zet de ventilator een stand hoger. Meet de windsnelheid opnieuw. Wat gebeurt er met de windturbine? 4. Maak een tabel waarin te zien is hoe het voltage in de schakeling verandert met de windsnelheid. Teken een grafiek van de resultaten. 5. Beweeg de ventilator voor de windturbine heen en weer. Volgt de windturbine de wind? Buiten testen Zorg dat je de windturbine ergens op kan zetten. Vervoer de schakeling in een apart doosje. Onderzoeksvragen 1. Probeer verschillende plekken rondom de school uit. Meet op elke plek de windsnelheid met de anemometer. Noteer in een tabel welk voltage de schakeling op elke plek geeft. 2. Bekijk de tabel. Op welke plek rondom school is de meeste wind? 3. Zou hier een echte windmolen kunnen staan? Conclusie Beantwoord de centrale vraag. pagina 13
Module windenergie Les 5 Instructieblad 5 Presenteer In deze les presenteer je het ontwerp, de conclusies en de meetresultaten uit het onderzoek. Daarnaast evalueer je de hele module. Opdracht Bedenk een manier om je ontwerp, de conclusies en de meetresultaten te presenteren. Dit kan bijvoorbeeld in een digitale presentatie, een onderzoeksverslag of een collage. In je presentatie zijn in elk geval onderstaande onderdelen verwerkt. Presentatie ontwerp Presenteer je ontwerp van de windturbine. zorg dat de proefopstelling compleet is, zodat je kan laten zien hoe de windturbine werkt. Conclusies Presenteer de antwoorden op de centrale vragen en de onderzoeksvragen uit de drie voorgaande lessen op een overzichtelijke manier. Gebruik je windturbine om te laten zien hoe je de conclusies hebt verwerkt in het ontwerp. pagina 14
Module windenergie Les 5 Instructieblad 5 Presenteer Presentatie meetresultaten Presenteer de meetresultaten op een overzichtelijke manier. Hiervoor kun je bijvoorbeeld een tabel gebruiken. Evaluatie Presenteer een evaluatie van de hele module. Verwerk in elk geval de volgende punten in je evaluatie: Wat heb jij geleerd? Wat vond je moeilijk aan de opdrachten? Wat vond je makkelijk gaan? Hoe ging de samenwerking? pagina 15
Werkbladen
Module windenergie Maak een windmolentje Les 1 Werkblad 1 Maak een windmolentje Bekijk afbeelding 1, 2 en 3 en volg onderstaande instructies op. 1. Teken een cirkel met een doorsnede van 15 centimeter. Knip de cirkel uit. 2. Teken een grote X op de cirkel. Teken een kleine cirkel in het midden van de grote cirkel. 3. Knip de cirkel in op de lijnen van de X. Stop bij de rand van de kleine cirkel. 4. Vouw elke wiek een stukje om. Alle wieken wijzen in dezelfde richting. 5. Prik de satéprikker door het midden van het molentje. 6. Blaas nu tegen je windmolentje. Wat gebeurt er? afbeelding 1 afbeelding 2 afbeelding 3 pagina 17
Module windenergie Maak een windmolentje Les 1 Werkblad 1 Maak een windmolentje Hoe werkt een windmolen? Bekijk afbeelding 4 en volg onderstaande instructies op. 1. Knip de bovenkant van het melkpak, zodat er een soort bakje ontstaat. De bovenkant is open. 2. Maak twee gaatjes in het melkpak. De gaatjes zitten ongeveer 5 centimeter van de bovenrand, tegenover elkaar. 3. Steek het rietje door de gaatjes. 4. Steek de satéprikker met het windmolentje door het rietje. Zorg dat je windmolentje goed kan draaien. Knip het rietje eventueel op maat, zodat de satéprikker aan beide zijden iets uitsteekt. 5. Maak het touwtje vast aan het andere uiteinde van de satéprikker. 6. Bevestig een kleine paperclip aan het andere uiteinde van het touwtje. afbeelding 4 pagina 18