ΔΥΝΑΜΗ ΕΛΞΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ

Transcript

1 ΔΥΝΑΜΗ ΕΛΞΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ (ΧΡ. ΑΝΤΩΝΙΟΥ) Πρόβλημα: Πώς μπορούμε να αυξήσουμε τη δύναμη έλξης ενός ηλεκτρομαγνήτη; Υποθέσεις: Η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη αυξάνεται εάν : 1. Αυξήσουμε τον αριθμό των μπαταριών στο κύκλωμα 2. Αυξήσουμε τις σπείρες του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη 3. Χρησιμοποιήσουμε έναν πυρήνα που το υλικό του μαγνητίζεται πιο εύκολα 4. Χρησιμοποιήσουμε πηνίο που το υλικό του είναι καλύτερος αγωγός. Διαδικασία πειράματος: Κάθε πείραμα για να βγάλουμε τα συμπεράσματά μας χρειάστηκε να το δοκιμάσουμε τρεις φορές. Κατασκευάσαμε το πιο κάτω κύκλωμα: Ανάλογα με το πείραμα που εκτελούσαμε και με τις υποθέσεις που θέλαμε να ελέγξουμε μεταβάλλαμε κάποιους παράγοντες, αφήναμε σταθερούς κάποιους άλλους και μετρούσαμε πάντα τη δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη που αντιπροσωπεύεται στο πείραμα αυτό με τον αριθμό των καρφιτσών που αυτός έλκει. Υλικά που χρησιμοποιήθηκαν: 4 μπαταρίες, καλώδια, πηνία από χαλκό με διαφορετικό αριθμό σπειρών, πηνία από σίδηρο με διαφορετικό αριθμό σπειρών, πηνία από χρωμονικελίνη με διαφορετικό αριθμό σπειρών, πυρήνα από σίδηρο, κράμα σιδήρου και ατσάλι του ίδιου μεγέθους, καρφίτσες. Πείραμα 1 ο Υπόθεση 1 η : Η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη αυξάνεται εάν αυξήσουμε τον αριθμό των μπαταριών στο κύκλωμα. Παράγοντες Μεταβλητές Πειράματος 1 Παράγοντες που Ο αριθμός των μπαταριών του κυκλώματος αφήνουμε σταθερούς Το υλικό του πηνίου, το υλικό του πυρήνα, ο αριθμός των σπειρών του πηνίου μετριέται Η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη που καθορίζεται από τον αριθμό των καρφιτσών που έλκει Αποτελέσματα πειράματος 1: πήραμε τα αποτελέσματα της κάθε δοκιμής και τα τοποθετήσαμε στον επόμενο πίνακα :

2 Δοκιμή ( μπαταρία) Παράγοντας μετρήσιμος (δύναμη έλξης ηλεκτρομαγνήτη) 1 η Δοκιμή 1 μπαταρία 4 καρφίτσες 2 η Δοκιμή 2 μπαταρίες 7 καρφίτσες 3 η Δοκιμή 4 μπαταρίες 9 καρφίτσες Με βάση τα πιο πάνω αποτελέσματα κάναμε την εξής γραφική παράσταση : Συμπεράσματα: Όπως φαίνεται και από την πιο πάνω γραφική παράσταση η αρχική μας υπόθεση επαληθεύεται δηλαδή πράγματι ο αριθμός των μπαταριών σε ένα κύκλωμα επηρεάζει τη δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη. Πιο συγκεκριμένα όσο πιο πολύ αυξάνουμε τον αριθμό των μπαταριών σε ένα κύκλωμα τόσο πιο πολύ αυξάνεται η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη. Πείραμα 2 ο Υπόθεση 2 η : Η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη αυξάνεται εάν αυξήσουμε τον αριθμό των σπειρών του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη. Παράγοντες Μεταβλητές Πειράματος 2 Παράγοντες που αφήνουμε σταθερούς μετριέται Ο αριθμός των σπειρών Η δύναμη έλξης του του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη ηλεκτρομαγνήτη που Το υλικό του πηνίου, το υλικό του πυρήνα, ο αριθμός των μπαταριών του κυκλώματος καθορίζεται από τον αριθμό των καρφιτσών που έλκει

3 Αποτελέσματα πειράματος 2: πήραμε τα αποτελέσματα της κάθε δοκιμής και τα τοποθετήσαμε στον επόμενο πίνακα : Δοκιμή ( αριθμός σπειρών του Παράγοντας μετρήσιμος (δύναμη έλξης ηλεκτρομαγνήτη) πηνίου ) 1 η Δοκιμή 20 σπείρες 5 καρφίτσες 2 η Δοκιμή 30 σπείρες 9 καρφίτσες 3 η Δοκιμή 40 σπείρες 14 καρφίτσες Με βάση τα πιο πάνω αποτελέσματα κάναμε την εξής γραφική παράσταση : Συμπεράσματα: Όπως φαίνεται και από την πιο πάνω γραφική παράσταση η αρχική μας υπόθεση επαληθεύεται δηλαδή πράγματι ο αριθμός του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη σε ένα κύκλωμα επηρεάζει τη δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη. Πιο συγκεκριμένα όσο πιο πολύ αυξάνουμε τον αριθμό των σπειρών του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη τόσο πιο πολύ αυξάνεται η δύναμη έλξης του. Πείραμα 3 ο Υπόθεση 3 η : Εάν χρησιμοποιήσουμε ένα υλικό που μαγνητίζεται πιο εύκολα ως πυρήνα του ηλεκτρομαγνήτη, τότε η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη γίνεται μεγαλύτερη. Παράγοντες Μεταβλητές Πειράματος 3 Παράγοντες που Το υλικό του πυρήνα του ηλεκτρομαγνήτη αφήνουμε σταθερούς Το υλικό του πηνίου, ο αριθμός των σπειρών του πηνίου, ο αριθμός των μπαταριών του κυκλώματος μετριέται Η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη που καθορίζεται από τον αριθμό των καρφιτσών που έλκει

4 Αποτελέσματα πειράματος 3: πήραμε τα αποτελέσματα της κάθε δοκιμής και τα τοποθετήσαμε στον επόμενο πίνακα: Δοκιμή ( υλικό του πυρήνα ) Παράγοντας μετρήσιμος (δύναμη έλξης ηλεκτρομαγνήτη) 1 η Δοκιμή Πυρήνας από κράμα 6 καρφίτσες σιδήρου 2 η Δοκιμή Πυρήνας από σίδηρο 9 καρφίτσες 3 η Δοκιμή Πυρήνας από ατσάλι 16 καρφίτσες Με βάση τα πιο πάνω αποτελέσματα κάναμε την εξής γραφική παράσταση : Συμπεράσματα: Όπως φαίνεται και από την πιο πάνω γραφική παράσταση η αρχική μας υπόθεση επαληθεύεται δηλαδή πράγματι το υλικό του πυρήνα του ηλεκτρομαγνήτη σε ένα κύκλωμα επηρεάζει τη δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη. Πιο συγκεκριμένα όσο πιο εύκολα μαγνητίζεται το υλικό του πυρήνα τόσο πιο μεγάλη είναι η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη. Πείραμα 4 ο Υπόθεση 4 η : Η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη αυξάνεται εάν χρησιμοποιήσουμε ένα πηνίο με υλικό που να αποτελεί καλύτερο αγωγό ηλεκτρικού ρεύματος Παράγοντες Μεταβλητές Πειράματος 4 Παράγοντες που Το υλικό (αγωγιμότητα )του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη αφήνουμε σταθερούς Το υλικό του πυρήνα, ο αριθμός των σπειρών του πηνίου, ο αριθμός των μπαταριών του κυκλώματος μετριέται Η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη που καθορίζεται από τον αριθμό των καρφιτσών που έλκει

5 Αποτελέσματα πειράματος 4: πήραμε τα αποτελέσματα της κάθε δοκιμής και τα τοποθετήσαμε στον επόμενο πίνακα : Δοκιμή ( υλικό (αγωγιμότητα)πυρήνα) Παράγοντας μετρήσιμος (δύναμη έλξης ηλεκτρομαγνήτη) 1 η Δοκιμή Πηνίο από χρωμονικελίνη 2 καρφίτσες 2 η Δοκιμή Πηνίο από σίδηρο 5 καρφίτσες 3 η Δοκιμή Πηνίο από χαλκό 9 καρφίτσες Με βάση τα πιο πάνω αποτελέσματα κάναμε την εξής γραφική παράσταση : Συμπεράσματα: Όπως φαίνεται και από την πιο πάνω γραφική παράσταση η αρχική μας υπόθεση επαληθεύεται δηλαδή πράγματι το υλικό του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη σε ένα κύκλωμα επηρεάζει τη δύναμη έλξης του. Πιο συγκεκριμένα όσο πιο καλός αγωγός είναι το υλικό του πηνίου τόσο πιο μεγάλη είναι η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη. Δραστηριότητα παιδιού στο πανηγυράκι: Το παιδί στο πανηγυράκι ήταν έτοιμο να απαντήσει σε αρκετές ερωτήσεις γύρω από το θέμα του ηλεκτρομαγνητισμού. Κατασκεύασε με τη βοήθειά μου ένα παντογνώστη με ερωτήσεις και απαντήσεις σχετικές με τον ηλεκτρομαγνητισμό. Ερωτήσεις που έπρεπε να απαντηθούν αφού πρώτα, οι γονείς και οι άλλοι μαθητές έπρεπε να διαβάσουν την πινακίδα που εκθέσαμε στο χώρο. Εκείνος ο οποίος έβρισκε όλες τις απαντήσεις έπαιρνε μια σοκολάτα. Κατασκευάσαμε επίσης ένα παιχνίδι που ονομάζεται «σταθερό χέρι». Οι διαγωνιζόμενοι έπρεπε σε 10 δευτερόλεπτα να περάσουν τη θηλεία από τη μια άκρη του καμπυλωτού σύρματος ως την άλλη χωρίς να το αγγίξουν έτσι ώστε να ανάψουν το λαμπάκι και κάνουν το βομβητή να λειτουργήσει.

6 Στο τέλος του διαγωνισμού δίναμε στον κάθε διαγωνιζόμενο τα βήματα κατασκευής του πιο πάνω παιχνιδιού. Ένα τρίτο παιχνίδι που κατασκευάσαμε ήταν το «μαγνητικό ψάρεμα». Οι διαγωνιζόμενοι προσπαθούσαν να ψαρέψουν με τη χρήση του μαγνήτη όσο το δυνατό περισσότερα ψάρια μπορούσαν σε καθορισμένο χρονικό διάστημα. Οι νικητές κέρδιζαν από μια σοκολάτα. Στην τελευταία μας συνάντηση κατασκευάσαμε ένα δικό μας μοντέλο κουδουνιού με τη χρήση ηλεκτρομαγνήτη σαν διακόπτη. Βασικά η κατασκευή μας περιλάμβανε δυο κυκλώματα. Στο πρώτο κύκλωμα είχαμε ένα διακόπτη και τον ηλεκτρομαγνήτη και στο δεύτερο ένα βομβητή. Όταν ο διακόπτης του

7 πρώτου κυκλώματος ήταν ON τότε είχαμε το βομβητή σε λειτουργία γιατί ο ηλεκτρομαγνήτης έλκυε το σίδηρο με αποτέλεσμα να έχουμε ένα δεύτερο κλειστό κύκλωμα. Tα δύο από αυτά τα κυκλώματα φαίνονται στο πιο κάτω σχήμα : Αλληλεπίδραση με το παιδί Παρασκευή 23/11/2001 Μια πρώτη γνωριμία με το παιδί. Εισαγωγή στον όρο μεταβλητή και παράγοντα πειράματος με ένα απλό πείραμα ( του δίνονται κάποιοι βόλοι για να βρει τις ομοιότητες και τις διαφορές τους). Εξακρίβωση των γνώσεων του παιδιού γύρω από τα κυκλώματα, τους μαγνήτες και των ηλεκτρομαγνητισμό. Το παιδί μαθαίνει πως να διατυπώνει υποθέσεις μέσα από μια σειρά φυλλαδίων που του δίνονται, της μορφής «Ο Παράγοντας Α επηρεάζει τον Παράγοντα Β». Μαθαίνει μέσα από διάφορα πειράματα να βρίσκει τους σταθερούς παράγοντες, τους μεταβαλλόμενους και τους μετρήσιμους και κατανοεί ότι στην προσπάθεια του να ελέγξει εάν ο Παράγοντας Α επηρεάζει τον Παράγοντα Β, ο Παράγοντας Α είναι ο μεταβαλλόμενος παράγοντας του πειράματος ενώ ο Παράγοντας Β είναι ο μετρήσιμος Παράγοντας. Στο πρώτο αυτό μάθημα μαθαίνει επίσης ο μαθητής να διατυπώνει σωστά την πορεία διαδικασία ενός πειράματος. Τρίτη 27/11/2001 Καταρχήν της συνάντησης αυτής δόθηκαν στο μικρό κάποια χειρόγραφα φυλλάδια με πειράματα στα οποία του ζητούσα να μου διατυπώσει προβληματισμούς, υποθέσεις, να βρει τους σταθερούς παράγοντες, τους μεταβαλλόμενους και τους μετρήσιμους παράγοντες έτσι ώστε να συνδέσουμε την προηγούμενη συνάντηση με αυτή. Παράλληλα του δόθηκαν και κάποια πειράματα για να βρει τα σφάλματα που περιλαμβάνουν, κατανοώντας έτσι πότε ένα πείραμα είναι καλό και δίκαιο. Στη συνέχεια της συνάντησης δώσαμε έμφαση στα βασικά του ηλεκτρισμού, αυτά που διδάσκονται στο δημοτικό, όπως τι είναι κύκλωμα, πως κατασκευάζουμε ένα κύκλωμα, τι είναι καλοί και κακοί αγωγοί, κλειστό,

8 ανοιχτό κύκλωμα, πως επηρεάζεται μια πυξίδα κοντά σε ένα κλειστό κύκλωμα. Στο μάθημα αυτό διαπίστωσα ότι ήταν γνώστης σε ψηλό βαθμό (εν σχέση με το δημοτικό) του θέματος του ηλεκτρισμού πράγμα που μας βοήθησε να κινούμαστε πιο γρήγορα. Πέμπτη 29/11/2001 Στη συνάντηση αυτή έγινε μια αναφορά στα βασικά του μαγνητισμού. Όπως τι είναι μαγνήτης, προσωρινός και μόνιμος μαγνήτης, μαγνητικό πεδίο, ποιος είναι ο βόρειος πόλος ενός μαγνήτη και πως τον βρίσκουμε, ποια αντικείμενα έλκει ένας μαγνήτης, πως μαγνητίζουμε μια καρφίτσα, τον τρόπο λειτουργίας μιας πυξίδας. Στη συνέχεια συνέδεσα το μαγνητισμό με τον ηλεκτρισμό με αναφορά στον ηλεκτρομαγνητισμό και τις βασικές ορολογίες του όπως τι είναι ηλεκτρομαγνήτης, ποιες οι ιδιότητές του, τι πυρήνας, τι πηνίο, τι σπείρες. Στο μαθητή το θέμα ήταν άγνωστο για το λόγο ότι στο σχολείο ακόμη δεν είχαν φτάσει στο κεφάλαιο του ηλεκτρομαγνητισμού με αποτέλεσμα στην αρχή να δυσκολεύεται και να συγχύζει τους διάφορους όρους. Κυριακή 2/12/2001 Έθεσα στο μικρό το πρόβλημα «Πώς μπορούμε να αυξήσουμε τη δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη» αφού προηγουμένως απάντησε σωστά ότι τη δύναμη του ηλεκτρομαγνήτη μπορούμε να τη μετρήσουμε με βάση τον αριθμό καρφιτσών που έλκει, ή με βάση την απόκλιση της πυξίδας που πλησιάζουμε στα άκρα του. Κάναμε έτσι κάποιες υποθέσεις : Η δύναμη έλξης του ηλεκτρομαγνήτη αυξάνεται εάν :!"Αυξήσουμε τον αριθμό των μπαταριών στο κύκλωμα!"αυξήσουμε τις σπείρες του πηνίου του ηλεκτρομαγνήτη!"χρησιμοποιήσουμε έναν πυρήνα που το υλικό του μαγνητίζεται πιο εύκολα!"χρησιμοποιήσουμε πηνίο που το υλικό του είναι καλύτερος αγωγός. Στη συνέχεια προχωρήσαμε με τα πειράματα. Τρίτη 4/12/2001 Κατασκευάσαμε έναν παντογνώστη με σχετικές με το θέμα μας ερωτήσεις τις οποίες επέλεξε ο μικρός κατανοώντας κατά κύριο λόγο τον τρόπο λειτουργίας του. Στη συνέχεια κατασκεύασε από μόνος του το παιχνίδι «σταθερό χέρι» αφού του έδωσα τα βήματα κατασκευής του. Τέλος κατασκευάσαμε το «μαγνητικό ψάρεμα» κατανοώντας έτσι καλύτερα ο μικρός ποια αντικείμενα έλκει ο μαγνήτης και ποια όχι. Πέμπτη 6/12/2001 Κατασκευάσαμε ένα μοντέλο του τρόπου λειτουργίας ενός μαγνητικού κουδουνιού, με τη χρήση δύο κυκλωμάτων. Στο πρώτο κύκλωμα είχαμε ένα ηλεκτρομαγνήτη. Όταν το κύκλωμα αυτό ήταν κλειστό ο ηλεκτρομαγνήτης έλκυε ένα κομμάτι σίδηρο κλείνοντας έτσι ένα δεύτερο ηλεκτρικό κύκλωμα στο οποίο είχαμε συνδέσει ένα βομβητή. Έτσι ο βομβητής του δεύτερου κυκλώματος λειτουργούσε όποτε ο διακόπτης του πρώτου κυκλώματος ήταν ON δηλαδή το πρώτο κύκλωμα ήταν κλειστό.

9 Σύντομα σχόλια Το πανηγύρι δίνει στο μαθητή τη δυνατότητα να παρουσιάσει κάποιες δραστηριότητες του πάνω σε κάποιο θέμα. Εκτός του ότι το παιδί αποκτά αρκετές γνώσεις γύρω από το θέμα του και προσπαθεί να τις γαλουχήσει και σε άλλους, έρχεται σε επαφή με τον κόσμο και αποκτά γνώσεις και γύρω από άλλα θέματα. Δίνεται επίσης στους μαθητές με τη βοήθεια των φοιτητών η δυνατότητα να εκτελέσουν πειράματα βασισμένα σε προβληματισμούς και υποθέσεις τα οποία θα ήταν αδύνατο ή τουλάχιστον χρονοβόρα να εκτελεστούν στην τάξη. (( Η όόλληη εερργγαασσί ίαα οολλοοκκλληηρρώθθηηκκεε ααππόό ττοο φφοοι ιττηηττήή Αννττωννί ίοουυ Χρρυυσσόόσσττοομμοο, κκααι ι ττοο μμααθθηηττήή Σττ ττάάξξηηςς Αννττρρέέαα Μοούύσσκκοο ))