Peper en zout Inleiding

Elektriciteit 1B MH 19-7-09
Inhoud
Inleiding
Meet wat je weet
Batterij maken
De elektromotor
Statische elektriciteit
Ballon
Peper en zout
Een levensgevaarlijke proef
1
De batterij maken
Uitleg
Het bouwen van een primitieve batterij. De zuil van Volta.
Alessandro Volta
1745-1827
Je moet er maar opkomen. Het lijkt zo eenvoudig, gewoon een batterij.
Maar je moet er ook opkomen. Nu en dan heb je een batterij, alleen als je je vinger er tegen aan
houdt voel je een tinteling. Geweldig, maar wat voor nut heeft zo’n ding, dacht men wellicht in
die tijd.
Meneer Volta deed in 1794 een proef die we na gaan doen.
Een andere geleerde gebruikte voor deze proef een kikkerpoot die begon samen te trekken as je
de batterij tegen houdt. Ook een kippenpoot trekt samen als je er een batterij tegenhoudt. Maar
die proef zullen we maar niet doen, voor deze proef gebruiken we een multimeter.
Met een Multi ook wel universeel meter genoemd kun je allerlei spanningen en andere zaken
mee meten.
1
a Waar gebruik jij een batterij voor?
Schrijf hieronder alle apparaten waar je van weet dat ze op
batterijen werken.
2
………………………………………………………………………
b Denk eens in de toekomst.
Waar worden straks batterijen voor gebruikt, waar je ze nu nog niet
of bijna niet vindt.
………………………………………………………………………
2
Stel je kunt via een tijdmachine even terug naar het jaar 1794 gaan en je komt meneer Volta
tegen. Schrijf hieronder wat je tegen hem gaat vertellen. Pas op, wie aan tovenarij doet wordt
verbrand of eerst opgehangen tot de vogels je kaal hebben gevreten!! Succes met je verhaal.
[ruimte overlaten voor een verhaal]
Schrijf de ruimte hieronder vol met je verhaal.
3
Wat heb je nodig voor deze proef?
Materiaal:
Zorg dat je de volgende materialen hebt.



koperen muntjes (bv ouderwetse 1 ct
munten)
tissue keukenpapier
aluminiumfolie




multimeter
stukje hout + cocktailprikkers
azijnzuur
stopwatch

Snij uit het aluminiumfolie en het
keukenpapier rondjes ter grootte van de
muntjes.
Bevochtig de stukjes keukenpapier met
azijn of een zoutoplossing.
Boor drie gaatjes in het blokje hout en
plaats de tandenstokers er in. Deze
opstelling helpt met stapelen.
Leg een groter rechthoekig stuk
aluminiumfolie op het houtje en prik deze
eventueel vast met een van de
cocktailprikkers.
Leg er een koperen muntje op.
Leg op het muntje een stukje tissue.
Hierop een stukje folie, dan muntje,
tissue, etc.
Eindig met een muntje.
Verbind de multimeter met het folie op de
bodem en het muntje aan de top en meet
de spanning.
Het muntje is de - pool, de folie is de +
pool.
Het maken









4
Het meten
Druk de stopwatch in.
Kijk op www.natcom.nl hoe je met een multimeter om moet gaan.
3 Lees van de multimeter af hoeveel volt deze batterij kan maken? ……………. V
4 Wat gebeurt er als je iets harder op de stapel drukt?
..................................................................................................................................................
5 Geef aan hoelang jullie batterij spanning kan leveren? ……………………….
Opmerkingen:



In plaats van azijnzuur kan men ook een zoutoplossing gebruiken.
In plaats van keukenpapier kan men ook karton of dik papier gebruiken. Laat dit dan iets
langer weken in de oplossing.
Let er bij het stapelen op dat de stukjes tissue elkaar niet aanraken.
5
Een elektromotor maken
Uitleg
In deel 1A van elektriciteit heb je al kennis gemaakt met een elektromagneet, dat was een stuk
draad om een spijker waar je een stroom door liet lopen, op dat moment werd de spijker een
magneet, je noemde dat een elektromagneet. Zo kunnen we ook met een elektromagneet een
motor maken. Hoe dat werkt ga je in deze les bekijken.
Bij de spijker wikkelde je een lange draad, dat moet je ook hierdoen, je noemt zo’n gewikkelde
draad een spoel.
Door van deze draad een spoel te wikkelen (je krijgt daarmee een heleboel draden vlak tegen
elkaar aan) wordt het magnetisch effect versterkt.
Door de spoel zo te monteren dat deze kan draaien en in de buurt van die spoel een andere
(permanent) magneet te houden zal de spoel gaan draaien: het principe van de elektromotor is
geboren!
Het voorbereiden
Jullie gaan nu zelf met je groepje zo'n elektromotor maken.
6
Wat heb je nodig:














5 kleine schijfmagneetjes
2 grote paperclips
een plastic bekertje
60cm geïsoleerd koperdraad of wikkeldraad
een platbek tangetje (voor het buigen van de paperclips)
plastic tape
1 of meer 1,5 V batterijen. (Misschien werkt de motor beter met meer dan 1 batterij. Een
voeding die op 4 V is ingesteld, kan ook.)
2 draden met aan de uiteinden een krokodillenklem
striptang (bij gebruik van geïsoleerd koperdraad)
schuurpapier
4 spijkers (voor de batterijhouder)
stukje hout
hamer
markeerstift (zwart) of Ttip-Ex (wit)
In de onderstaande tekening zie je hoe het eruit moet gaan zien.
Maar we stap voor stap het opbouwen.
7
De batterijhouder






Bij gebruik van een batterij moet die batterij in
een houder worden geplaatst. Gebruik een stuk
hout dat groter is dan de batterij.
Leg de batterij in het midden op het hout.
Bepaal de precieze afstand tussen
de + en de -.
Sla op deze plaatsen een spijker in het hout.
Zorg dat de batterij precies tussen de spijkers
wordt geklemd.
Leg de batterij nu op z'n plaats en sla links en
rechts ook nog een spijker.
De verbindingen







Zet het plastic bekertje op z'n kop.
Leg 2 magneetjes op de boden in het midden.
Hang de andere 3 magneetje in het bekertje, direct onder de 2
magneetjes aan de buitenkant. Op deze manier wordt er een
sterker magnetisch veld gemaakt. De 3 magneetjes aan de
binnenkant zorgen er meteen voor dat de de 2 andere magneetjes
op hun plaats blijven.
Vouw een uiteinde van de beide paperclips open en plak ze
tegenover elkaar op het bekertje met het opengevouwen gedeelte
naar beneden.
Laat de spoel rusten in de bochten van de paperclips.
Pas de hoogte van de paperclips zo aan dat de spoel in
evenwicht blijft hangen en kan draaien op een hoogte van
ongeveer 1,5 mm van de magneten. een goede balans om er
voor te zorgen dat de motor goed blijft draaien.
Als je de lengte van de uiteinden van de spoel hebt bepaald,
knip dan de resten weg. De lengte van de uiteinden wordt
bepaald door de afstand die je hebt tussen de paperclips.
Deze afstand is weer afhankelijk van het soort bekertje dat je
gebruikt.
8
Het maken van de spoel






Wikkel de draad 5 keer om een ronde pijp die
een diameter heeft van ongeveer 25 mm
(bijvoorbeeld een bezemsteel).
Draai de uiteinden van de draad om de spoel. In
de tekening hiernaast is dat aan de linker- en
rechterkant van de wikkelingen.
Laat de draad zowel aan de linker- als aan de
rechterkant uitsteken. Dit worden de asjes waar
de spoel om gaat draaien.
Knip alles dat langer is dan 5 cm af.
Als je geïsoleerd koperdraad gebruikt, strip dan de isolatie van de uitstekende uiteinden.
Nu moet de draad waar je zojuist de isolatie van af hebt gehaald, zodanig geïsoleerd
worden dat hij slechts een halve draai geleidend is. Als isolatielaag gebruiken we zwarte
markeerstift of witte Tipp-Ex.
Het isoleren van één helft van de draad
Om de spoel te laten doordraaien, moet de
stroom worden onderbroken op het moment
dat er een tegenwerkende kracht gaat werken.
Dit wordt bewerkstelligd door de draad voor
de helft te isoleren (in nevenstaand figuur de
bovenkant).
In de getekende situatie is de onderkant niet
geïsoleerd en kan de stroom via de paperclips,
waar de spoel in is opgehangen, rondstromen
waardoor de spoel gaat ronddraaien. Na een
halve slag komt de aangebrachte isolatielaag
tussen de spoel en de paperclip te zitten en
stopt de stoom en dus ook het magnetisme
rond de spoel.
Omdat de spoel vaart heeft zal de spoel echter
blijven doordraaien. Na de volgende halve
draai gaat de stroom weer lopen en wordt de
spoel weer een magneet en krijgt de spoel
opnieuw een duw in de oorspronkelijke
draairichting. Het proces herhaalt: het
principe van een elektromotor.
9
Testen van de elektromotor

Sluit, zoals op de tekening is aangegeven, de
elektromotor aan op 1 batterij van 1,5 V. Geef dan
de spoel een draai zodat hij kan beginnen met
draaien. als hij niet uit zichzelf blijft draaien:
o hangt de spoel in evenwicht?
o is de batterij van 1,5 V wel genoeg?
o zijn de uiteinden goed gestript of
geschuurd?
o zijn magneten en spoel wel dicht genoeg
op elkaar bevestigd maar raken ze elkaar
niet?
o is de draad wel gemerkt?
o zijn de paperclips op de goede afstand
bevestigd?
o maken paperclips en draaduiteinden
constant contact?
Blijf verbeteringen aanbrengen totdat de motor draait. Je
moet wel geduld hebben...
Wist je dat?
Elektromotoren zetten heel efficiënt om in beweging. 90 Procent van de elektrische energie
die ze krijgen toegevoerd wordt omgezet in nuttige beweging.
Veel plezier!
10
Statische elektriciteit
Als het onweert ben je getuige van een groot elektrisch vuurwerk. Veel flitsen en harde knallen.
Maar hoe ontstaat die elektriciteit eigenlijk?
Bliksem
zeggen
wordt veroorzaakt door wrijvingselektriciteit. We
ook wel:statische elektriciteit.
In beide
Wrijvingselektriciteit lijkt een beetje op magnetisme.
gevallen zie je aantrekking en afstoting.
In de bovenstaande proef kun je zien dat als je een geodriehoek wrijft over een
Wolkendoek dat de geodriehoek hierna papiersnippers aan zich kan laten kleven. Dit lukt niet bij
een magneet maar wel bij een statisch geleden voorwerp zoals hier de geodriehoek.
11
Je ziet dus dat wrijvingselektriciteit en magnetisme niet hetzelfde is. Je
hebt gezien dat een magneet geen papiersnippers aantrekt en je statische
geodriehoek wel. Je zegt dan dat de geodriehoek een lading heeft. Je
weet dat je dan te maken hebt met statische elektriciteit. Lading kun je
zien als de kracht die de snippers aantrekt.
Hoe ontstaat die lading nu? Lading ontstaat als je over iets wrijft.
Zoals wol met plastic maar ook als je droog haar hebt en je haalt er
een kam door dat is je haar statisch geworden, maar dat ge je straks in
de proef zelf ondervinden.
Hoe zit het nou met het onweer?
Soms kunnen wolken verschillende ladingen krijgen. Als ze dan in
elkaars buurt komen, zie je een vonk (bliksem) en hoor je een knal
(donder).
Zo'n vonk blijkt te bestaan uit snel overspringende elektrische deeltjes
, we noemen ze “elektronen”.
Er ontstaat in de wolken een overschot of een tekort aan elektronen. Bij
een overschot spreek je van een negatieve lading. Bij een tekort spreek je
van een positieve lading. Het verschil in lading kan zo sterk worden,
dat de elektronen de sprang maken naar de aarde of naar andere wolken.
Dan zie je een grote vonk (bliksem). Er springen dus elektronen van
een negatief deel naar een positief deel.
12
Opdrachten en vragen
Onweer en elektriciteit
1 Een statische geodriehoek
1 Wat heb je nodig?
1 geodriehoek
2 wollen doek (je trui)
2 Wat moet je doen ?
– Wrijf met je geodriehoek langs de wollen doek.
– Probeer daarna met de ’’statische geodriehoek’’ snippers papier omhoog te trekken.
3 Wat neem je waar?
De snippers papier worden aangetrokken/worden afgestoten/blijven gewoon liggen.
4 Wat moet je verder doen ?
– Wrijf nu met je hand over de geodriehoek.
– Probeer opnieuw de snippers omhoog te trekken.
5 Wat neem je waar?
De snippers papier worden aangetrokken/worden afgestoten/blijven gewoon liggen.
6 Conclusie
a Door het wrijven met de wollen doek
…………………………………………………………………………………
b Door met je hand over de geodriehoek te wrijven.
…………………………………………………
2 Haal een kam een paar keer door je haar.
– Breng de kam voorzichtig vlak bij een dun straaltje water. Houd hem vlak onder de plaats,
waar het water uit de kraan komt. Daar heeft het water nog niet veel vaart.
a Wat neem je waar?
……………………………………………………………………………………
– Haal de kam nog een paar keer door je haar.
– Breng hem voorzichtig dicht bij je oor. Niet ertegenaan.
b Wat neem je waar?
………………………………………………………………………………….
3
Wrijvingselektriciteit noemen we ook wel. ………………………………..
a Met behulp van wrijvingselektriciteit/magnetisme kunnen we papiersnippers aantrekken.
b Met een magneet kunnen we een waterstraal wel/niet afbuigen.
c Zijn de krachten van een magneet en die van wrijvingselektriciteit, dezelfde krachten?
Ja/Nee, omdat : ……………………………………………………………….
4 Hoe kun je aantonen of een stof magnetisch is, of statisch is geladen?
…………………………………………………………………………………
5 Zijn onderstaande beweringen waar of niet waar?
a Een atoomkern heeft een negatieve lading.
b Rond een atoomkern cirkelen elektronen.
c Elektronen zijn negatief geladen.
d Een atoom is ongeladen.
e Elektronen trekken elkaar aan.
Waar/Niet waar
Waar/Niet waar
Waar/Niet waar
Waar/Niet waar
Waar/Nietwaar
6a Wat is een ander woord voor ongeladen?
b Wanneer spreek je over een positieve lading? Antwoord: een voorwerp
is positief geladen, als
c Wanneer spreek je over een negatieve lading? Antwoord: een voorwerp
is negatief geladen, als
d Wat zijn elektronen?
7 Je ziet hier een voorwerp met daarin de lading getekend. De plussen stellen de positieve lading
voor, de minnen een negatieve.
a Hoeveel plussen zie je?
b Hoeveel minnen zie je?
Conclusie
c Dit voorwerp is
ongeladen/negatief geladen/positief geladen.
Afbeelding 1 / 2 1
Je ziet hier nog een voorwerp waarin de lading is getekend.
d Hoeveel positieve deeltjes heeft dit tweede voorwerp?
e En hoeveel negatieve?
Conclusie
Afbeelding 1 / 2 2
f Dit voorwerp is ongeladen/negatief geladen/positiefgeladen.
Peper en zout
Inleiding
Peper en zout doe je door je eten om het wat meer smaak te geven. Als je het eenmaal door
elkaar gemengd hebt, is het lastig om het peper en het zout weer te scheiden. Of toch niet?
Wat heb je nodig?
1 ballon,
 droog haar of wollen trui,
 peper en zout
 A4 papier
Wat moet je doen?
- blaas de ballon op
- maak een knoopje in de ballon, zodat hij opgeblazen blijft
- leg het A4 papier op tafel
- strooi wat zout op het papier
- strooi wat peper over het zout op het papier
1 Probeer te voorspellen wat er gebeurt als je de ballon vlak boven het papier houdt.
...........................................................................
2 Voer de proef uit. Houd de ballon ongeveer 5 cm boven het papier.
...........................................................................
3 Hoe denk je dat dit komt?
...........................................................................
Uitleg
Wanneer de ballon over je haar of een trui wrijft, worden elektrische deeltjes “elektronen” uit
je haar of trui naar de ballon overgebracht. De ballon wordt geladen. Deze lading heet
statische lading, omdat deze lading niet stroomt maar op de ballon blijft zitten. Peper en zout
zijn niet geladen. Dit betekent dat ze door de geladen ballon worden aangetrokken.
Deze aantrekkende kracht is sterk genoeg om de peperkorrels op te tillen maar niet sterk
genoeg om de zoutkorrels op te tillen.
uitleg vragen
Bij vraag 1
Alle antwoorden zijn goed. Het gaat er bij
deze vraag om wat jij zelf van tevoren denkt.
Bij vraag 2
De peper gaat op de ballon zitten, het zout
blijft liggen.
Bij vraag 3
Als je over de ballon wrijft met je trui, wordt
de ballon elektrisch geladen. Zowel de
peperkorrels als het zout worden daardoor
aangetrokken. De zoutkorrels zijn zwaarder
en blijven liggen. De peperkorrels bewegen
wel naar de geladen ballon.
Een levensgevaarlijke proef
Inleiding
Ben je bang voor onweer? Of vind je de bliksem en de donder
juist heel spannend? Je kunt de bliksem wel zien, maar niet
van dichtbij bekijken. Dat zou erg gevaarlijk zijn. Toch kun je
een kleine bliksem wel van dichtbij zien.
Wat hebben we nodig?
Om dat deze proef gevaarlijk is nodigen we een deskundige uit
om de proef te demonstreren. Deze proef wordt uitgevoerd met
de “Van de Graaffgenerator”.
Raad eens door wie de van de Graaff generator is
uitgevonden?
Juist ja. Een Van de Graaffgenerator is een elektrostatische
generator ontworpen door Dr. Robert van de Graaff in het
begin van de 20ste eeuw.
Uitleg
Belangrijk bij de Van de Graaffgenerator is het de geladen bol waar geen elektrische lading
aanwezig is. Alle door de band aangevoerde lading verdwijnt door onderlinge afstoting direct
zover mogelijk uit elkaar naar de buitenste rand van de bol.
De draaiende band kan daardoor steeds nieuwe lading aanvoeren waardoor het aan de rand van
de bol voller en voller met ladingen wordt.
Dat de spanning op de bol toch begrensd wordt, komt omdat bij een bepaalde spanning stroom
door de lucht gaat weglekken. Dit gebeurt, net zoals bij de bliksem, plotsklaps met een vonk en
een knetterend geluid.
De Van de Graaffgenerator heeft vele diensten bewezen. De generator is populair bij
publieksvoorstellingen. Zo kan je een TL-buis laten oplichten als je die in de buurt houdt van
een Van de Graaffgenerator.
Door een persoon met lang droog haar geïsoleerd op te stellen en te verbinden met de Van de
Graafgenerator, gaat het haar van die persoon alle kanten opstaan: de elektrisch geladen haren
stoten elkaar namelijk dan onderling allemaal af.