Deze demonstratieproef laat zien dat je een hangende spiraal kunt laten draaien door er een brandende kaars onder te zetten. Zo gebruik je warmte voor beweging. Dat kunt u gebruiken als een eerste stap in de opbouw van het energiebegrip: warmte is een vorm van energie, wat je kunt merken omdat warmte beweging kan veroorzaken. Deze demo kan ook gebruikt worden om ‘warmtetransport door stroming van lucht’ te laten zien.
Het stukje les waarin deze demo past, kan uit drie delen bestaan:
In de inleiding kunt u zeggen waarom u deze demo laat zien (bijvoorbeeld je kunt allerlei apparaten werk voor je laten doen, bijvoorbeeld iets laten bewegen. Met dit proefje gaan we na of je warmte kunt gebruiken om iets te laten bewegen.)
Hoe u de demo zelf kunt uitvoeren, wordt in het filmpje [draaiende spiraal.uitvoering] getoond.
In de bespreking na de demo helpt u de leerlingen onder woorden brengen wat ze bij de demo hebben gezien. U kunt hen begrippen als ‘energie’ en ‘warmte’ aanreiken, bijvoorbeeld zoals hier onder.
NB. U kunt dit proefje ook gebruiken om warmtetransport door stroming van lucht te demonstreren.
Zie het eerste deel van het filmpje [draaiende spiraal.aanwijzingen voor de docent]
Voor de demo heeft u nodig:
Knip de spiraal uit het papier, maak het in het midden vast aan het touwtje en houd het boven een brandend waxinelichtje. De spiraal gaat draaien.
De proef lijkt eenvoudig, maar kan toch makkelijk mislukken! Probeer de proef van te voren.
Zie het het filmpje [draaiende spiraal, didactische.aanwijzingen voor de docent].
Het leerdoel van deze proef is dat leerlingen kunnen aangeven dat warmte een vorm van energie is omdat het iets in beweging kan zetten. De proef kan ook gebruikt worden als voorbeeld van warmtetransport door stroming van de lucht.
Betrek de leerlingen bij de demo door hen vragen te laten beantwoorden als, voorafgaande aan de proef, ‘wat zal er gebeuren als ik de spiraal boven de vlam houd’. En na de proef: ‘wat is je conclusie uit deze proef?’
Aanvulling 1: wat is warmte en wat is energie?
Het doel van deze aanvulling is leerlingen in eenvoudige woorden een eerste indruk te geven wat warmte en energie zijn.
Warmte stroomt van warm naar koud (van een plek van hogere naar een plek met lagere temperatuur). Het komt af van een warmtebron (een vulkaan, een brandende lucifer, een heet voorwerp, je eigen lijf, ….) en stroomt naar een plek waar het minder warm is. Het voorwerp waar de warmtestroom naartoe gaat, kan warmer worden (hogere temperatuur krijgen) maar warmte kan ook voor andere dingen gebruikt worden, zoals het verdampen en koken van water.
Met energie kun je allerlei (vaak nuttige) dingen doen zoals eten koken, lampen laten branden, auto rijden of een bal omhoog gooien. Je kunt energie herkennen aan het kenmerk dat je het kunt gebruiken om iets in beweging te zetten. Er bestaan verschillende vormen van energie. Warmte is een voorbeeld van een energiesoort.
Aanvulling 2: opbouw van de begrippen warmte en energie
Het begrip warmte is voor jonge leerlingen best lastig. Ze begrijpen wel dat een heet voorwerp iets anders warmer kan maken en dus warmte afgeeft. Maar ze denken ook dat een koud voorwerp ‘kou’ afgeeft. Natuurkundig gezien gaat er echter geen ‘kou’ naar de warme omgeving, maar gaat er warmte van de warme omgeving naar het koude voorwerp toe.
Voor jonge leerlingen zijn warmte, warm zijn, temperatuur nog één globaal begrip. Een duidelijk onderscheid maken tussen warmte en temperatuur kunnen ze nog niet. Dat maakt het begrip warmte als een energiesoort onderweg van warm naar koud ook lastig.
U kunt de leerlingen vragen om een verklaring van het draaien van de spiraal. Doe dat in de vorm van een keten van oorzaak en werking. Steeds is de werking de oorzaak van een volgende werking.
Bijvoorbeeld bij demo: het kaarsvet brandt (oorzaak) waardoor de lucht warm wordt (werking). Daardoor (oorzaak) zet de lucht uit en gaat opstijgen (werking). De opstijgende lucht (oorzaak) botst tegen de spiraal, die daardoor gaat draaien (werking).
Het benoemen van de ketens van oorzaak en werking werd het eerste gedaan door Mayer rond ca. 1830 en was een belangrijke stap naar het energiebegrip. Ook hier is het een goede start voor het ontwikkelen van het energiebegrip van de leerlingen: het idee van ‘een keten van oorzaak en werking’ bereidt de aspecten energieomzetting en energiebehoud voor (zie Van der Valk, 2017. Energie. In: K. Kortland e.a. Handboek Natuurkundedidactiek, blz. 178).
* met dank aan Peter Duifhuis (HU), Ad Mooldijk en Fridolin van der Lecq (UU) voor het maken van de filmpjes in het Teaching and Learning Lab van het Freudenthal Instituut (Universiteit Utrecht).
