Eenvoudig en toch moeilijk

Eenvoudig en toch moeilijk
Door Theresa Bultinck, Hanna Debruyne, Gilles Depoorter, Michiel
Deman, Sinitha Ferier en Jasper Recour
1. Elektriciteit
[model van elektriciteit – een magneet maken – ballon met peper en zout]
1.1 Deel1: Watermodel van elektriciteit
a) Onderzoeksvraag
Hoe vloeit het water in een kring (gesloten lus) met
vertakkingen?
b) Benodigdheden


Watermodel met kraantjes en buizen
Water
c) Proefopstelling
Parallelschakeling
Regelbare kraan weerstand
Vertakking
Serieschakeling
2
d) Hypothese
Wat denk je dat er zal gebeuren als de regelbare kraan meer open of dicht gaat?
Wat zal het water doen bij een vertakking van de buizen?
Wat denk je dat er zal gebeuren als één van de kranen naast elkaar dicht worden
gedraaid?
e) Waarnemingen
Kraan van de weerstand dichtdraaien:
Water bij vertakking:
Eén van de twee kranen van serieschakeling dichtdraaien:
f) Besluit
3
Om de begrippen uit de elektriciteit uit te leggen kunnen we gebruik
maken van het watermodel. We kunnen een elektrische kring voorstellen
als de waterleiding voor de verwarming bij ons thuis. Dit is een gesloten
systeem (kring). Dit wil zeggen dat het water dat vertrekt, er later ook
terug toekomt.
Een elektrische kring bestaat onder andere uit een spanningsbron. Dit
kunnen we voorstellen door de pomp in onze waterkring. Wanneer de
pomp sneller pompt, zal het water sneller gaan stromen. Dit kan je
perfect vergelijken met een elektrische kring. Wanneer de spanning van
de bron groter wordt, dan wordt ook de stroomsterkte groter.
De stroomsterkte kunnen we in het watermodel als volgt voorstellen. Dit is de
hoeveelheid water die door de leidingen stroomt in een bepaalde tijd. Wanneer er in
een bepaalde tijd veel water doorstroomt is de stroom groot en wanneer er in
dezelfde tijd weinig water doorstroomt is de stroom klein.
Voorts is er ook nog de weerstand van de elektrische kring. Dit kunnen we
voorstellen door een instelbare kraan. Die kraan regelt hoe snel het water door de
leidingen kan vloeien. Hoe meer de kraan dicht gedraaid wordt, hoe hoger de
weerstand dus hoe minder water uit de kraan zal vloeien. Wanneer de kraan
helemaal dicht gedraaid is, zal er dus een grote weerstand zijn. Er zal helemaal
geen water meer vloeien. De druk in de leidingen blijft wel gelijk.
4
1.1 Deel 2: Schakeling met lampjes
a) Onderzoeksvraag
Hoe werkt een elektrische kring?
b) Benodigdheden





1 platte 4,5 V batterij
3 Lampjes
Koperdraad
Schakelaars
Multimeter
c) Proefopstelling
Lampje 1
Lampje 3
Schakelaar 1
Schakelaar 2
Lampje 2
d) Hypothese
Wat denk je dat err zal gebeuren als je de batterij aansluit?
5
Wat denk je dat er gaat gebeuren als je de eerste schakelaar dicht doet? En daarna de
tweede schakelaar?
Wat denk je dat er zal gebeuren als je één lampje naast elkaar (bijvoorbeeld lampje 2)
uithaalt? Of enkel de bovenste lampje?
e) Waarnemingen
Maak een vergelijking tussen de water- en de stroomkring.
Batterij aansluiten:
Schakelaar aan en uit doen:
Lampjes uithalen:
f) Besluit
6
Vanaf nu kunnen we schakelingen maken. Maar om hiermee te kunnen beginnen
moeten we het begrip stroom iets beter van nabij bekijken.
Ieder voorwerp bestaat uit hele kleine deeltjes, die we atomen noemen. Zo’n
atoom bestaat uit een kern die positief is, waarrond een pak elektronen zweven
die negatief geladen zijn. Net zoals bij magneten stoten dezelfde ladingen elkaar
af en tegengestelde ladingen trekken elkaar aan.
Hierdoor zullen de atoomkern en de elektronen samen blijven. Maar bij de
elektronen op de buitenste schil is dit anders, hier is de afstand tot de kern te
groot. Ze zullen ze op zoek gaan naar een ander atoom. Deze buitenste
elektronen noemen we vrije elektronen en een verzameling rondreizende
elektronen noemen we elektrische stroom.
Veel gebruikte toepassingen zijn serie- en parallelschakeling. Wanneer we
een serieschakeling bekijken dan staan alle elementen achter elkaar.
Wanneer we nu 2 lampjes in serie plaatsen dan zien we dat de lampjes niet
meer op volle kracht zullen branden. Wanneer dit 2 identieke lampjes zijn
zullen, ze elk minder fel schijnen. Dit komt nu doordat de spanning gelijk
verdeeld wordt over de 2 lampjes.
De stroom zal wel hetzelfde blijven als bij 1 lampje. Wanneer we dit nu
voorstellen met het watermodel, dan zal de hoeveelheid water dat door de
leidingen vloeit hetzelfde gebleven zijn in dezelfde tijd. Maar zal de druk
verminderd worden. Wanneer we 1 lampje uitdraaien dan zal het andere
lampje ook doven. Want de kring is nu open, dit is voor te stellen doordat 1
van de 2 kraantjes dichtgedraaid is. Nu is het ook niet meer mogelijk dat er
water zal vloeien in de kring.
7
Wanneer we nu de parallelschakeling bekijken. Zetten we 2 lampjes
boven elkaar. Hier is de spanning constant, maar de stroom is
veranderd. De lampjes zullen even fel branden, alsof er maar 1 lampje
zou zijn. Wanneer we dit nu voorstellen met het watermodel, dan zal
het water zich gaan opsplitsen over de 2 leidingen. Hierdoor zal de
hoeveelheid water dat per tijdseenheid vloeit verminderd worden. Maar
de spanning is wel constant, met de druk van het water is er niets
veranderd. Wanneer we nu ook 1 lampje uitdraaien, zal het andere
lampje nog altijd blijven branden. Dit is te verklaren doordat de kring
nog steeds gesloten is.
1.2 Magneet
a) Onderzoeksvraag
Hoe kunnen we een elektromagneet maken?
b) Benodigdheden




1 platte 4,5 V batterij
Koperdraad van ongeveer 2 meter
Lange metalen schroef
Enkele metalen paperclips
c) Proefopstelling
d) Werkwijze
1. We wikkelen de koperdraad stevig & keurig rond de metalen schroef. De uiteindes van
de schroef laten we vrij.
2. Nog voor de proef begint houden we de twee metaaloppervlakken tegen elkaar.
3. Daarna verbinden we slechts één metalen klem aan de batterij.
4. Nu worden alle twee de metalen klemmen aangesloten op de batterij.
8
e) Hypothese
Wat zal er gebeuren als je de metalen schroef en de spijker tegen elkaar houdt?
Wat zal er gebeuren als je één klem verbindt met de batterij en daarna de spijker tegen de
metalen schroef houdt?
Wat zal er gebeuren als je beide klemmen verbindt met de batterij en daarna de spijker
tegen de metalen schroef houdt?
f) Waarnemingen
Nu wordt de proef effectief uitgevoerd. Wat zie je allemaal gebeuren?
Zonder batterij:
Eén metalen klem verbonden met batterij:
Twee metalen klemmen verbonden met batterij:
g) Besluit
9
Als we een stroom door een geleider sturen, kunnen we hiervan een
magneet (elektromagneet) maken. Als we een stroom door de koperen
geleider sturen die rond een ijzeren schroef gewikkeld werd, wordt er
in de ijzeren kern een magnetische kracht ontwikkeld.
Er bestaan ook nog natuurlijke magneten of permanente magneten.
Aan elke magneet hebben we een noord- en zuidpool. Magneten
worden aangetrokken tot elkaar wanneer ze een verschillende pool
hebben. Een zuidpool en noordpool zullen elkaar aantrekken, terwijl 2
zuidpolen of 2 noordpolen elkaar zullen afstoten of beter gezegd tegen
werken.
10
1.3 Ballon met peper en zout
a) Onderzoeksvraag
Op welke manier kan je peper en zout van elkaar scheiden?
b) Benodigdheden




Fijngemalen peper
Grof zout
Wollen trui
Ballon
c) Werkwijze
1.
2.
3.
4.
Blaas de ballon op en knoop hem dicht
Strooi wat zout op tafel en strooi hem daarna peper over het zout
Wrijf de ballon over je wollen trui (of over je haar).
Hou de ballon ongeveer 5 cm boven de peper – en zoutmengeling.
d) Hypothese
Wat zal er gebeuren als je de ballon boven het peper en zout houdt?
e) Waarnemingen
Wat zie je gebeuren als je ballon boven het peper en zout houdt?
f) Besluit
11
Alles bestaat uit positieve en negatieve deeltjes, de mensen, boeken, tafels, stoelen, …
Net als een ballon. Maar wanneer je een ballon over je haar of over je trui wrijft,
ontstaat er een chaos van positieve en negatieve deeltjes. Uiteindelijk zal de ballon
meer negatieve deeltjes (van je trui gegomd) hebben. Hierdoor zullen er op de ballon
meer negatieve dan positieve deeltjes verzameld zijn en zal dus elektrisch opgeladen
zijn.
Peper en zout zijn niet geladen, het aantal positieve en negatieve
deeltjes zijn in evenwicht in tegenstelling tot de ballon. Een negatief
geladen ballon zal positieve ladingen aantrekken en negatieve ladingen
wegduwen. En in dit geval zijn de krachten van de positieve ladingen net
iets meer naar boven getrokken worden dan van de negatieve, waardoor
het peper zal worden aangetrokken, maar het zout niet, omdat het net
iets te zwaar is om aangetrokken te worden. Met andere woorden is de
aantrekkingskracht niet groot genoeg om de zoutkorrels op te tillen.
12
2. Chemie
[Walk on water – Kaars vast / vloeibaar – De drijvende kaars]
2.1 Walk on water
a) Onderzoeksvraag
Kan je op water lopen als dit nog vloeibaar is? (vloeibare toestand)
b) Benodigdheden
 2/3 maïzena
 1/3 water
 Een roerstokje
 Een makkelijk te reinigen maatbeker
c) Werkwijze
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Giet het water in de maatbeker.
Voeg langzaam de maïzena toe.
Roer (oefen kracht uit op het mengsel).
Je hebt zonet een niet-newtoniaanse vloeistof gemaakt.
Roer zachtjes in het mengsel.
Sla op de vloeistof.
Maak een bolletje met het mengsel en laat het daarna los.
d) Hypothese
Wat zal er gebeuren als we zachtjes in het mengsel roeren? Waarom gebeurt dit?
Wat zal er gebeuren als we op de vloeistof slaan? Waarom gebeurt dit?
Wat gebeurt er als we een bolletje kneden en dan loslaten? Waarom gebeurt dit?
13
e) Waarnemingen
Wat zie/voel je gebeuren tijdens het zachtjes roeren in het mengsel?
Wat zie/voel je gebeuren tijdens het slaan op de vloeistof?
Wat zie/voel je gebeuren tijdens het maken van het bolletje en bij het loslaten?
f) Besluit
14
Vloeistoffen zijn op te delen in twee soorten. De newtoniaanse en nietnewtoniaanse vloeistoffen. Het mengsel dat wij hebben gemaakt tijdens het
experiment is een voorbeeld van niet-newtoniaanse vloeistof. Maar wat is het
verschil tussen beide?
De newtoniaanse vloeistoffen hebben een constante viscositeit. Dat wil zeggen
dat de stroperigheid van deze vloeistoffen enkel gaat veranderen onder invloed
van de temperatuur. Bijvoorbeeld water is een newtoniaanse vloeistof. Bij
100°C zal water gaan koken en omzetten naar waterdamp. Bij 0°C zal water
bevriezen en zich omzetten in ijs. Tussen 0°C en 100°C blijft het water zich
gedragen als een vloeistof.
Maar wat is nu viscositeit? Viscositeit of stroperigheid. Dit wil zeggen dat
sommige vloeistoffen sneller zullen stromen (dunner zullen zijn) dan andere.
Bijvoorbeeld water zal heel snel stromen, terwijl olie wat moeizamer zal
stromen en meer tijd nodig heeft om te stromen. Bevroren water zal helemaal
niet stromen.
Niet-newtoniaanse vloeistoffen hebben geen constante viscositeit (stroperigheid).
Deze vloeistoffen worden dikker of vloeibaarder onder druk (roeren).
Druk is een kracht die zich op een oppervlak uitoefent.
=
=
ℎ
Als de druk op de vloeistof afneemt, zal de vloeistof terug naar haar
oorspronkelijke vorm gaan. Als de druk stijgt, zal de vloeistof dikker of vloeibaarder
worden.
Honing is een niet-newtoniaanse vloeistof. Als je in honing roert zal de honing
meer vloeibaar worden door sneller te roeren of door de druk die we uitoefenen te
laten toenemen. Slagroom daarentegen zal juist dikker en vaster worden onder
invloed van de druk.
Andere voorbeelden van niet-newtoniaanse vloeistoffen zijn pudding, ketchup,
15
2.2 Kaars vast of vloeibaar
a) Onderzoeksvraag
Wanneer kan je iets zien?
b) Benodigdheden
 2 theelichtjes
 Lucifers
 Afvalbakje
c) Werkwijze
1.
2.
3.
4.
5.
Zet 2 theelichtjes op een veilig afstand van elkaar.
Leg de lucifer klaar.
Zet het afvalbakje voor de lucifers klaar op tafel
Laat 1 theelichtje branden en laat het even branden.
Blaas het theelichtje na een tijdje uit.
d) Hypothese
Kan je door de kaars kijken als je de kaars laat branden? Waarom gebeurt dit?
e) Waarnemingen
Wat zie je gebeuren als je de kaars laat branden? Wat gebeurt er met een niet-brandende
kaars?
f) Besluit
16
Er zijn drie mogelijke toestanden waarin een stof zich kan bevinden.
Vast, vloeibaar en gas zijn de drie aggregatietoestanden. Een stof kan
overgaan van de ene toestand naar de andere.
In vaste stoffen zijn de deeltjes stevig onderling gebonden. De warmte
van de vlam doet de deeltjes van een vaste stof meer bewegen ten
opzichte van elkaar (dus verder uit elkaar gaan – dus elkaar minder goed
vasthouden) zodat het kaarsvet overgaat naar de vloeibare fase.
In vloeistoffen zijn de bindingen tussen de deeltjes losser waardoor de
deeltjes gemakkelijker over elkaar kunnen bewegen. Door de hitte van
de vlam gaat het kaarsvet dus smelten. Het kaarsvet gaat over van vaste
stof naar een vloeistof door de warmte. Nadat de vlam gedoofd is, wordt
het kaarsvet weer vast. Het kaarsvet stolt dan weer, de deeltjes van het
kaarsvet gaan minder bewegen en worden weer steviger aan elkaar
gebonden. De vloeistof wordt weer vast.
Door de hitte zetten de deeltjes uit omdat ze verder uiteen gaan. Ze
bewegen steeds sneller (heviger) ten opzichte van elkaar. Hierdoor
ontstaat er komt meer plaats tussen de deeltjes. Ook de witte kleur
verdwijnt en het kaarsvet wordt doorzichtig. Licht kan nu gemakkelijker
tussen de deeltjes dringen (er ontstaat doorzichtigheid).
Als de vlam gedoofd is, krimpen de deeltjes terug en komen ze opnieuw
dichter bij elkaar. Ze houden elkaar weer beter vast en gaan weer trager
bewegen. Het kaarsvet laat hierdoor het licht minder door en krijgt zijn
witte kleur terug en wordt ondoorzichtig.
Ook in de keuken vinden we dit terug. Boter smelt in de pan en zal terug
vast worden tijdens het afkoelen.
17
2.3 De drijvende kaars
a) Onderzoeksvraag
Kan je met behulp van een kaars water doen laten stijgen?
b) Benodigdheden






Een theelichtje
Gekleurd water
Glazen pot of bokaal
Een schaal
Lucifers
Afvalbakje
c) Proefopstelling
d) Werkwijze
1.
2.
3.
4.
5.
Giet het gekleurde water in de schaal.
Zet het theelichtje in de schaal met het gekleurde water.
Steek de kaars aan.
Zet de glazen pot over de brandende kaars.
Laat het even staan en kijk wat er gebeurd.
e) Hypothese
Wat zal er gebeuren als we de glazen bokaal over de brandende kaars zetten? Waarom
gebeurt dit?
f) Waarnemingen
Wat zie je gebeuren tijdens de uitvoering van de proef?
18
g) Besluit
Om de kaars te laten branden is er zuurstof nodig (wordt er
zuurstof opgebruikt). Tijdens het branden wordt de zuurstof
(O2) omgezet in koolzuurgas (CO2). Als de zuurstof op
raakt, dan dooft de vlam van de kaars langzaam uit.
De gekleurde vloeistof wordt door de lucht in de pot die je
over de kaars zet, weggedrukt zodat de gekleurde vloeistof
onder de pot in de schaal ‘verdwijnt’.
De lucht zet uit bij opwarming met de kaars en krimpt door afkoeling.
Doordat het gas in het glas afkoelt nadat de kaars dooft, daalt de druk
in het glas. Buiten het glas duwt nog altijd evenveel atmosferische
druk op het water, terwijl de druk binnen het glas verminderd is
doordat het gas niet zoveel meer drukt als eerst. Het water wordt dus
door de atmosferische druk naar binnen in het glas geduwd. Het water
stroomt dan net zolang naar binnen tot de lucht buiten en binnen het
glas weer even sterk op het water drukt.
19
3. Fysica
[ proefbuis in slaolie – slappe/opgeblazen balloon – ei in fles ]
3.1 Proefbuisje in slaolie
a) Onderzoeksvraag
Wat is breking?
Andere onderzoeksvragen:


b) Benodigdheden





Proefbuisjes
Slaolie
Doorzichtige bokaal/maatbeker
Potje
Munt
c) Proefopstelling
 Werkwijze
1.
2.
3.
4.
5.
Haal alle benodigdheden
Pak de bokaal en leg er een munt in
Ga zo staan zodat je de munt juist niet meer ziet en blijf zo staan
Laat iemand anders water in de bokaal doen
Indien er iets zou veranderen, wat zou de reden hiervoor kunnen zijn? Schrijf dit op
bij hypothese
Hypothese:
1. Vul de bokaal nu met slaolie
2. Stop een proefbuisje in de slaolie
3. Indien er iets zou veranderen, welke verklaring zou jij
hiervoor kunnen geven?
Hypothese:
20
d) Waarnemingen
Voer nu de proeven uit en schrijf hier je waarnemingen op.
Munt in bokaal:
Proefbuisjes in bokaal:
e) Besluit / Verklaring
3.2 Slappe of opgeblazen ballon
a) Onderzoeksvraag
Probeer zelf een onderzoeksvraag op te stellen na het uitvoeren van de proef:
b) Benodigdheden




1 ballon
1 lege plastic fles
2 hittebestendige kommen
Heet en koud water
21
c) Proefopstelling
 Werkwijze
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Haal al het nodige materiaal
Vul de ene kom met heet water en de andere met ijskoud
Trek de ballon over de flessenhals
Zet de fles met de ballon ongeveer een 30s in de kom met heet water
Schrijf bij waarnemingen wat je ziet
Haal de fles uit het warme bad en plaats die onmiddellijk in de kom met ijskoud
water
7. Schrijf hierbij ook je waarnemingen op
d) Hypothese
Voor dat jullie de proef uitvoeren, schrijf hier wat jullie verwachten en eventueel een
verklaring op.
e) Waarnemingen
Voer de proef volgens de werkwijze uit en schrijf je waarnemingen op.
Warm water:
Koud water:
f) Besluit
3.3 Ei in de fles
a) Onderzoeksvraag
Probeer zelf een onderzoeksvraag op te stellen na het uitvoeren van de proef:
22
b) Benodigdheden



Groot hardgekookt ei
Fles met brede hals of erlenmeyer 
Lucifers
c) Proefopstelling
 Werkwijze
1.
2.
3.
4.
5.
Neem al het nodige materiaal
Pak de fles of erlenmeyer en plaats het gepelde ei op de fles
Wat zie je?
Neem het ei van de fles
Vraag aan de begeleider om 3 lucifers aan te steken en die in de erlenmeyer te
gooien.
6. Zet snel het ei op de fles met de brandende lucifers
7. Wat gebeurt er?
d) Hypothese
e) Waarnemingen
f) Besluit - Uitleg
23
Wat is breking nu juist?
Breking kan je met iets heel simpel vergelijken. Lopen over straat of lopen in het water.
Weet jij het verschil? Test het uit! Als je loopt in open lucht dan gaat dat “vanzelf”.
Indien je probeert te lopen in water, dan merk je dat je je vooroverbuigt en zo een hoek
vormt. Ook zal je in water nooit zo snel kunnen lopen als in open lucht. Dit komt
doordat lucht en water een ander stof zijn en een andere “dichtheid” hebben.
Bij breking gaat het over identiek hetzelfde. Het proefbuisje in slaolie breekt op dezelfde
manier waardoor er geen hoek vormt en zo je de proefbuis niet meer ziet.
Ei in de fles krijgen
De lucifers zorgen ervoor dat de lucht in
de fles opwarmt. Warme lucht koelt
natuurlijk ook terug af. Doordat de
warme lucht afkoelt in de fles, zal de
lucht inkrimpen. De lucht krimpt in de
fles en hierdoor zal de lucht aan het ei
zuigen. Floep! Het ei zit in de fles.
Werking van een luchtballon
Een luchtballon stijgt op door de
warme lucht. Koude lucht is zwaarder
(straffer – geconcentreerder) dan
warme lucht. Waardoor de warme
lucht uitzet en de koude lucht
inkrimpt.
Hoe krijg je het ei nu terug uit de
fles?
Hier is het effect omgekeerd. Je houdt
de fles omgekeerd en giet er warm
water over. Door het warme water,
wordt de lucht in de fles warm en zal
dus ook uitzetten. De warme lucht duwt
het ei uit de fles. Floep! Het ei kan je nu
gewoon opeten.
24