1M hoofdstuk 15: Elektriciteit en magnetisme

20 augustus

De proeven uit dit hoofdstuk zijn eenvoudig te doen met de materialen die getoond worden. Voor leerlingen zijn ze zeer illustratief!

Proef 15.1 Spanningsbronnen

Doel van de proef: de leerlingen weten dat een spanningsbron een pluspool en een minpool heeft en dat er over die polen een (elektrische) spanning staat die je met een voltmeter kunt meten. De bijbehorende eenheid is volt (V).

Je hebt nodig:

  • Diverse spanningsbronnen uit de praktijk, bijvoorbeeld batterijen, dynamo.
  • Uit de lestrolley:
    • Spanningskast
    • Voltmeter
    • Twee elektriciteitssnoeren

NB. Gebruik geen spanningsbronnen die meer van 15 volt afgeven. En ook geen wisselspanningsbronnen (AC). De voltmeter kan alleen gelijkspanning (DC) meten.

Maak de opstelling zoals op de foto. Gebruik consequent een rood snoer voor de pluskant (de rode ingang) van de voltmeter en een zwart snoer voor de minkant (de zwarte ingang). Zet de voltmeter aan en houd de stekers tegen de polen van een batterij. Lees de spanning af (in volt). Als er een min-teken voor het getal staat, houd je de steker van het rode snoer tegen de minpool van de spanningsbron. Laat ook zien dat de voltmeter nul aangeeft als je maar één pool aanraakt.

Meet zo ook de spanning van de andere spanningbronnen die je hebt en van het spanningskastje.

Uitbreiding: neem een citroen en steek daar een koperen en een ijzeren spijker in (ze mogen elkaar niet raken). Laat zien dat er een spanning van ca. 1V over de twee spijkers staat. Na verloop van tijd zal die spanning afnemen. Beweeg dan de spijkers wat heen en weer. Conclusie: de citroen met spijkers is ook een spanningsbron. Laat leerlingen andere vruchten meenemen en kijk of je daar ook een spanningsbron van kunt maken.

Zet aan het einde van de proef de voltmeter uit.

NB. 1 Bij deze proef introduceer je (elektrische) spanning of, wat hetzelfde is, voltage voorlopig als datgene wat je met een voltmeter meet. Je kunt eraan toevoegen “zonder spanning werken elektrische apparaten niet.”

NB. 2 Leerlingen kunnen bang zijn voor spanning. Dat is helemaal terecht voor de spanning die over de polen van het lichtnet staat. Besteed er dus aandacht aan. Maar benadruk ook dat laagspanning, spanning tot 15 volt, ongevaarlijk is voor de mens. Je kunt er veilig mee werken in de klas.

Proef 15.2 Een elektrische stroom laten lopen

Doel van de proef: De leerlingen weten hoe een stroomkring er uitziet, dat een spanning nodig is om een lampje te laten branden, dat er een stroom als een lampje brandt. Verder dat een stroomkring niet gesloten is (geen stroom) als de schakelaar open staat of als er een niet-geleider in de schakeling is opgenomen.

Je hebt nodig uit de lestrolley:

  • Het spanningskastje (of een batterij)
  • Snoeren
  • Schakelaar
  • Lampje 12V; 0,25 A; lampje 12V; 0,5 A
  • Lampvoetje
  • Diverse geleidende en niet-geleidende voorwerpen (bijv. uit een etui van een leerling)

  b Open stroomkring                      c Gesloten stroomkring

Maak de schakeling zoals op de foto links. Zet de spanning die het spanningskastje levert met de bovenste knop op 10 V. De onderste knop (de stroombegrenzer) voluit naar rechts draaien. Het onderste schermpje van het spanningskastje geeft 0 A aan

Benoem de onderdelen van de schakeling. Draai dan de schakelaar zo dat hij de stroom door laat (rechter foto). Het lampje gaat branden. Wijs erop dat het onderste schermpje nu een waarde aangeeft (op de foto 0,27 A). Dat is de waarde van de stroom.

Herhaal de proef met een lampje 12V; 0,5A. Wijs erop dat de stroom bij dit lampje anders is bij dezelfde spanning. Benadruk daarmee het verschil tussen spanning en stroom.

Zeg tegen de klas dat je de schakelaar door een zeker (geleidend of niet-geleidend) voorwerp vervangt. Vraag hen of ze verwachten dat het lampje zal gaan branden of niet en waarom. Doe de proef en loop zo verschillende voorwerpen langs.

Zie op deze video hoe een docent geleiders onderscheidt van niet-geleiders met een schakeling.

NB 1. Het branden van een lampje wordt hier gebruikt als teken dat er een (elektrische) stroom loopt.

NB 2. Een veel voorkomend denkbeeld van leerlingen is dat je maar één snoertje nodig hebt als verbinding tussen de spanningsbron en het lampje, om het lampje te laten branden. Trek bij deze proef dus de conclusie dat je een lampje met zowel de plus- als de minpool moet verbinden.

NB 3. Leerlingen hebben moeite zich een voorstelling te maken van het verschil tussen spanning en stroom. Maak de vergelijking met een rivier: zoals hoogteverschil zorgt voor het stromen van de rivier zo zorgt spanning voor het stromen van de elektriciteit. Zoals er weinig water langs stroomt als de rivier klein is, zo komt er ook weinig elektriciteit langs als een lampje weinig stroom doorlaat. Maar bij een groter hoogteverschil gaat er door de rivier meer water stromen. Zo gaat er bij een grotere spanning ook meer elektrische stroom lopen door een lampje.

Proef 15.3a Magneten

Doel van de proef: de leerlingen leren de werking van twee magneten op elkaar en van magneten op ijzer kennen.

Je hebt nodig uit de lestrolley:

  • Twee magneten
  • En verder: een stukje ijzer; ijzeren spijkertjes; munten

Laat zien dat de noord- en zuidpool van een magneet elkaar aantrekken, maar dat twee noordpolen elkaar afstoten en twee zuidpolen ook.

In deze video laat docent S. Karamali Mohamed uit Paramaribo dat aan zijn klas zien.

Laat ook zien dat een stuk ijzer, dat zelf niet magnetisch is, magnetisch gemaakt wordt door het bij een magneet te houden. Laar zien dat een ijzeren spijker aan een magneet een andere ijzeren spijker aantrekt.

Laat leerlingen nu de magnetische eigenschappen van allerlei spullen, o.a. munten, die ze bij zich hebben, onderzoeken.

Proef 15.3b Magnetisch veld

Doel van de proef: de leerlingen maken kennis met de werking van magneten en met veldlijnen.

Je hebt nodig uit de lestrolley

  • Een set van twee magneten
  • 6 minikompasjes
  • Busje met ijzervijlsel
  • En verder: een doorzichtig vel plastic (of een vel papier)

Leg een van de twee magneten op een tafel (blad niet van ijzer; liefst ook het onderstel van hout). Zet de 6 minimagneetjes er omheen en wijs de leerlingen op de richting die ze aangeven. Beweeg een minikompasje, zodat duidelijk is dat de richting van de kompasnaald dan verandert.

Leg het vel plastic over de magneet en de minikompasjes. Strooi er ijzervijlsel overheen en tik op het plastic of beweeg het een beetje heen en weer, zodat het ijzervijlsel het magneetveld kan aangeven. Wijs de magnetische veldlijnen aan en laat zien dat de kompasjes de richting van de veldlijnen laten zien.

In deze video  voert docent … uit Paramaribo de proef met ijzervijlsel op een magneet onder een blad papier uit.

Leswerk