Deze demo laat drie manieren zien waarop je warmte kunt opwekken. De energiesoorten elektrische energie, chemische energie en bewegingsenergie en het begrip ‘energieomzetting’ worden geïntroduceerd.
Het stukje les waarin deze demo past, kan het beste uit drie delen bestaan:
In de inleiding kunt u zeggen waarom u deze demo laat zien (bijvoorbeeld: je kunt op verschillende manieren warmte opwekken. Ik ga jullie drie manieren laten zien. Daarbij zal je ook andere energiesoorten dan warmte leren kennen.)
De eerste manier is warmte opwekken door beweging, zoals bij het wrijven in de handen en bij het maken van een vonk met een aansteker. De tweede manier is het opwekken van warmte door verbranding, bijvoorbeeld van het gas uit een aansteker. De derde manier is warmte opwekken door elektriciteit, zoals bij het laten gloeien van staalwol door het tegen de twee polen van een batterij te houden.
Hoe u de demo zelf kunt uitvoeren, wordt in het filmpje warmteopwekken.uitvoering getoond.
Als aanvulling kunt u een YouTube filmpje laten zien over stilstaande auto met vrij draaiende wielen. Als er voortdurend geremd wordt, worden de remschijven gloeiend heet, zie https://www.youtube.com/watch?v=oYod1Z0kPY8 of: https://www.youtube.com/watch?v=TnW2WOF81wY
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 ‘energiesoort’, ‘omzetten’ en de energiesoorten bewegings-, chemische en elektrische energie aanreiken. Een en ander kan afgesloten worden met de algemene conclusie: Bij een energieomzetting verdwijnt de beschikbare energiesoort en ontstaat een andere energiesoort.
NB. de proeven zijn niet kwantitatief: ze laten niet zien dat er evenveel energie van de ene soort verdwijnt als er van de andere soort ontstaat (behoud).
Zie voor de praktische aanwijzingen het eerste deel van het filmpje warmteopwekken.aanwijzingen voor de docent.
Je hebt nodig:
Veiligheid: Doe de proef op een niet-brandbare ondergrond, bijvoorbeeld een glazen schaal. Zorg voor een natte lap om vuur (bijvoorbeeld het gloeiende staalwol) te doven. Zet een veiligheidsbril op.
Eerste proef: draai het wieltje van de aansteker zodat er een vonk ontstaat. Maar zorg ervoor dat er geen vlam komt.
Tweede proef: laat de vlam van de aansteker branden.
Derde proef: houd een plukje staalwol tegen de polen van de 9V-batterij. Laat zien dat het staalwol gaat gloeien en doof het gloeien daarna met een natte doek.
De proeven lijken eenvoudig, maar kunnen toch makkelijk mislukken! Probeer ze van te voren.
Zie voor de didactische aanwijzingen (leerdoel, voorkennis en vragen) het tweede deel van het filmpje warmteopwekken.aanwijzingen voor de docent.
Het leerdoel is dat leerlingen verschillende manieren kunnen noemen om warmte op te wekken en daarbij kunnen aangeven dat er steeds sprake is van een energieomzetting (het verdwijnen van de ene energiesoort en het ontstaan van warmte).
Als voorkennis weten de leerlingen dat warmte een vorm van energie is en dat je energie kunt herkennen aan het vermogen om iets in beweging te zetten.
Inhoudelijke aanvulling 1: Bij het gloeien van het staalwol is er alleen bij het ontsteken, als een draadje staalwol de twee polen kortsluit , waardoor er een stroom gaat lopen en het draadje gaat gloeien, sprake van omzetting van elektrische energie. Het doorgaan van het gloeien van het staalwol komt omdat het ijzer van de staalwol blijft oxideren (of ‘roesten’, dat is een chemische reactie waarbij warmte vrijkomt).
Inhoudelijke aanvulling 2: bij verbranding zijn er eigenlijk twee ‘omzettingen’: de natuurkundige omzetting van de ene energiesoort in de andere en de chemische omzetting van brandstof + zuurstof in verbrandingsgassen (koolzuurgas en waterdamp). Voor 12/13 jarige leerlingen is het lastig die twee omzettingen te onderscheiden.
Aanvulling bij voorkennis: Het energiebegrip van jonge leerlingen is nog weinig ontwikkeld. 12/13 jarigen associëren energie op de eerste plaats met activiteit van mensen, zoals het draaien aan het wieltje van een aansteker. Dat je energie nodig hebt om een apparaat nuttig werk voor je te laten doen, komt pas op de tweede plaats. Dan denken ze bij energie vooral aan elektriciteit.
Bij het maken van een vonk met een aansteker redeneren ze: het draaien is voorbij dus de energie is weg. Deze demo wil daaraan toevoegen: (1) het draaien zelf is energie, onafhankelijk van de menselijke activiteit; (2) als de draaiing is opgehouden, is er een andere energiesoort ontstaan: warmte.
* met dank aan Peter Duifhuis, Anjali Kuldip Singh en Fridolin van der Lecq voor het maken van de filmpjes in het Teaching and Learning Lab van het Freudenthal Instituut (Universiteit Utrecht).
