Bruksanvisning. Lemon Clock eksperimenter med elektrisitet

Transkript

1 Bruksanvisning Lemon Clock eksperimenter med elektrisitet

2 Deleliste Eksperimentkonsoll Elektroder magnesium Elektroder aluminium Elektroder messing Elektroder kobber Elektroder sink Elektroder karbon Klokkemodul LED Ledninger Gummirør Plastrør Stålull PH-papir Trakt Bruksanvisning Måleskje Papirklemme Styrenplast 1 ½ V batterier er nødvendig og ikke vedlagt Enkelte husholdningsprodukter Advarsel!! Magnesiumremsen i utstyrspakken er svært brannfarlig. Ikke bruk materialet på noen annen måte enn oppgitt i bruksanvisningen! Hold den borte fra alle varmekilder. Dersom materialet skulle ta fyr, må du IKKE inhalere røyken! Introduksjon til produktet Utstyrspakken kalles naturens elektrisitet fordi man ser hvordan elektrisitet kan produseres av ulike materialer som reagerer når de kommer i kontakt med metaller, akkurat som batterier. Batterier er laget av sink og en karbonstang som plasseres mellom kjemisk masse. Når du lager ditt eget batteri, skjer samme prosessen som i de batteriene vi er vant til. Den elektriske strømmen strømmer fordi en kjemisk reaksjon finner sted mellom metallene og syrene i grønnsakene, fruktene, såpene osv. I noen eksperimenter finner du ut at noen frukter, som sitron, kan produsere mye elektrisitet, nok til å lyse opp en lampe eller klokke. I andre situasjoner kan det være du trenger 3, 4 eller kanskje enda flere frukter for å få gode resultater. Dette er på mange måter likt som ved batterier. I noen tilfeller kan det være at ett batteri holder, mens i andre tilfeller kan det være du trenger 2, 3 eller kanskje 4 batterier. Forklaringer er skrevet i skråskrift.

3 Eksperimentkonsollen Gjør deg kjent med konsollen. Vær svært forsiktig når du behandler denne og klokkemodulen. Tildekk den slik at den ikke blir våt.

4 Forberede elektrodene Du vil bruke elektroder laget av forskjellig materiale. Kjemikere bruker ofte forkortelser på disse: Aluminium Jern Karbon Testrør Magnesium Sink Kobber Al Fe C TT Mg Zn Cu Merk: Karbonelektrodene er svarte, aluminium er sølvaktig og sinkelektrodene er matt sølvgrå. Magnesium er lik i farge som sinkelektrodene, men er tynnere og har ingen hull. Advarsel! Denne aktiviteten må bare utføres med tilsyn fra voksne. Vær svært forsiktig når du deler gummi- og plastrørene. Utstyrspakken din inneholder gummi- og plastrør. Disse må kuttes i deler på omtrent 6-7 mm. Hver del bør ser slik ut: Kutt rørene svært forsiktig med en skarp saks. Disse delene med gummi og plast er nødvendige til å feste ledningene til elektrodene. Forberede karbonelektrodene Trinn 1: Ta en del av gummirøret og ha det over karbonelektroden. Trinn 2: Ta en ledning og dytt den ene enden inn i gummirøret slik at den berører karbonet. Trinn 3: Bøy enden av ledningen oppover for å unngå at ledningen faller ut. Forberede magnesiumelektrodene Advarsel! Magnesiumremsen i utstyrsboksen er svært brannfarlig! Ikke bruk materialet på noen annen måte enn oppgitt i bruksanvisningen! Hold den borte fra alle varmekilder. Dersom materialet skulle ta fyr, må du IKKE inhalere røyken! Del magnesiumremsen i tre deler, klipp forsiktig med en saks. Hver del bør være ca. 3,33 cm lang. På den ene enden av remsen lager du to hull som vist på tegningen. Bruk en tegnestift og vær svært forsiktig.

5 Tre den ene enden av ledningen gjennom begge hullene som vist. Tildekk ledningen og remsen med gummirøret. Nå er elektroden klar til bruk. Forberede alle andre elektroder For sink og alle andre elektroder, bruker du plastrøret. Bruk det på samme måte som beskrevet og illustrert over. Merk: De to ulike rørene har tre viktige funksjoner: a) Som et elastisk bånd, holder røret ledningen til elektroden og sørger for god elektrisk kontakt. b) Beskytter kontakten fra unødvendig sammenblanding. c) Forhindrer at en elektrode berører en annen. Tegningen viser hvordan du bruker lampen koplet til elektrodene:

6 Eksperiment 1 Smake på elektrisitet Tomt, rent glass Bordsalt Sinkelektrode Karbonelektrode Magnesiumremse PH-papir Måleskje Brannfarlig! Fyll et glass med vann, og ha i en teskje salt. La det løses opp. Forbered en sink- og en karbonelektrode som forklart i de generelle anvisningene i begynnelsen av bruksanvisningen. Dypp de to elektrodene i saltvannet, og sørg for at de ikke berører hverandre. Før de to endene av elektrodene som ikke er i vannet mot tunga di og smak på dem. De smaker surt. Jo nærmere de to elektrodene er, desto surere smaker det. Den sure smaken er på grunn av strømmen elektrisitet. Se på elektrodene i saltvannsoppløsningen. Merk boblene som formes på sinkelektroden. Hvis du vil kan du bytte ut sinkelektroden med magnesiumremsen og merke forskjellen.

7 Eksperiment 2 Farging av oppløsning Samme utstyr som forrige eksperiment Eksperimentkonsollen Brannfarlig! Fyll en av de lengste testrørene fra eksperimentkonsollen med saltvann og ha i tre remser PH-papir. PH-papiret er det oransje papiret som ser slik ut: Når saltvannet blir farget av disse tre remsene, fjerner du dem og gjentar eksperiment 1 i denne fargede væsken. Sett magnesium- og karbonelektrodene ned i det lange testrøret med den gule væsken og kople sammen de to elektrodene. Langt testrør fylt med saltvann PH-papir Etter et par minutter vil den gule væsken bli lilla rundt magnesiumelektroden. Løsningen ved karbonelektroden skifter også farge, men dette går mye saktere. Hva skjer, og hvorfor? Hva ville skjedd dersom du ikke koplet sammen elektrodene? Hva ville skje dersom du istedenfor magnesium hadde brukt sink eller aluminium? Hva har alt dette å gjøre med elektrisitet? Svarene står bakerst i heftet.

8 Eksperiment 3 Indikatorpapiret 2 deler PH-papir AA-størrelse 1 1/2 V batteri Liten del styrenplast Eksperimentkonsoll Dypp to remser PH-papir i saltvannsoppløsning, bare slik at de blir våte. Merk fargen på PH-papiret. Legg de to remsene over hverandre slik at de overlapper på den ene enden. Legg remsene ved siden av et AA-batteri og bøy de to endene slik at de dekker toppen og bunnen av batteriet. Toppen av eksperimentkonsollen har en hul, rektangulær fordypning, som kalles en rektangulær seksjon (R.C.). Plasser batteriet med PH-papirene ned i denne fordypningen og hold systemet opp ved hjelp av styrenplasten som vist på tegningen. Vent to-tre timer, og hold papiret vått ved å dryppe en dråpe saltvann på papiret om nødvendig. På slutten av eksperimentet vil du se at papiret nederst på batteriet nå er lilla (med blått rundt) og på toppen er det rødt (med gult rundt). Hvorfor? Se forklaringer bakerst i heftet. Den samme kjemiske reaksjonen fant sted i eksperiment 2.

9 Eksperiment 4 Elektromagneten AA-batteri Binderser Åpne bindersen som vist på tegningen. Snurr en av trådene rundt den rette enden av bindersen. Du bør snurre omtrent omganger og fremdeles ha omtrent 3 cm som stikker ut på enden. Dersom berører disse to endene på batteriet, får du en elektromagnet. Enden av bindersen vil kunne løfte en eller flere nåler. Dersom bindersen er laget av stål, vil den være magnetisk selv etter at du har fjernet batteriet. Dersom den derimot er laget av mykt jern, vil den slutte å være magnetisk umiddelbart etter at du kopler fra batteriet. Eksperiment 5 Teste ditt eget batteri Utstyr fra eksperiment 1 Utstyr fra eksperiment 4 Vil resultatet fra eksperiment 1 gi nok elektrisitet til å holde i gang magneten din? Prøv! Eksperiment 6 LED-lampen LED AA-batteri Blant alle komponentene i pakken din vil du finne en liten rød komponent, som ser ut som en fyrstikk med et stort hode. Du har kanskje lurt på hva dette er? Dette er en LED-lampe, en liten lampe med et sterkt lys.

10 LED-lampen er svært skjør og må behandles forsiktig. Elektrisitet som strømmer gjennom går bare i en retning. Lampen vil ikke lyse dersom kilden er koplet feil, den kan til og med bli ødelagt. Lampen har to ledninger. Se nøye på lampen, og du vil se at det ene beinet er lengre enn det andre. Den lengste delen er positiv. Når du bruker lampen, bøyer du ledningene til riktige vinkler som vist på tegningen. For å teste lampen, bruker vi et batteri. Plasser en ende av lampeledningen på toppen (+) av 1 1/2 V batteriet og den andre på bunnen (-) som vist på tegningen. Dersom ingenting skjer, snur du lampen rundt og forsøker igjen. Dersom batteriet er helt nytt, kan det være at du ser et lite glimt. Av dette eksperimentet har vi lært to viktige ting: 1. Vi trenger mer enn 1 1/2 V for å lyse opp lampen 2. Lampen lyses opp i bare en retning. Hvilken retning var det i ditt tilfelle? Eksperiment 7 LED og alkalisk løsning 4 ledninger Gummideler 2 karbonelektroder 2 aluminiumelektroder LED Blekemiddel eller vaskemiddel ikke vedlagt Eksperimentkonsollen Fyll begge testrørene med alkalisk løsning, som enten blekemiddel eller vaskemiddel (sodiumkarbonat Na2CO3) og sett deretter opp eksperimentet som vist på tegningen. Hvert testrør inneholder en karbonelektrode og en aluminiumselektrode. En av karbonelektrodene er koplet til aluminiumselektroden i det andre testrøret. Den andre karbonelektroden er koplet til den lengre (positive) delen av LED-lampen. Den andre aluminiumselektroden er koplet til den korteste (negative) delen av LED-lampen. Gummidelene på hver ende av elektrodene forhindrer at disse berører hverandre, samtidig som ledningen koples sammen.

11 Lampen skal lyse. Dersom den ikke gjør dette, er det dårlig kontakt langs kretsen, eller LED-lampen er koplet feil. Vaskemiddel eller blekemiddel Eksperiment 8 Gulrotlampen 3 elektrodepar (kobber+sink;+messing+aluminium) LED-lampe Gulrøtter Dersom du ikke har blekemiddel eller vaskemiddel kan du forsøke dette eksperimentet. Se på tegningen under. Sett elektrodene loddrett inn i gulrøttene og sørg for at de ikke berører hverandre på innsiden. Kople dem som vist på tegningen. Siden du trenger 3 celler (en gulrot med elektroder er det en vitenskapsmann vil kalle en celle) og bare har to kobber- og to sinkelektroder, vil du måtte bruke en

12 messingelektrode istedenfor sink. Seinere vil du kunne bruke blandinger av disse, for andre eksperimenter. Ikke glemt at alle koplinger må være rene og plettfrie! Dersom ikke LED-lampen lyser, dreier du den rundt for å gi lys. Lyset vil ikke være spesielt lyst. Kan du bruke poteter eller andre grønnsaker eller frukter? Dette vil du lære seinere! Eksperiment 9 Rust Te Sinkelektroder Stålull (brukes som jernelektroder) Jern og stål ruster spesielt når metallet blir fuktig. Derfor maler vi metallartikler, for å unngå oksidasjon (rust), men noen ganger er ikke dette praktisk. Er det noe annet vi kan gjøre? La oss finne ut. Lag litt svak te (uten melk eller sukker). Fyll i to tekopper, og plasser litt stålull i den ene. Tre litt stålull gjennom hullene på sinkelektroden, og plasser dette i den andre koppen. Etter omtrent en halvtime vil du se at teen i koppen har blitt mørk lilla, nesten svart, mens teen i kopp to er uforandret. Forklaring Te inneholder en syre som kalles garvesyre. Denne reagerer med rust, og gir en mørk farge. Når stål og jern kommer i kontakt med sink, oppstår rusten. Ingen rust, ingen mørk farge. Denne rusten er en kjemisk reaksjon med elektrisitet. Det var elektrisiteten som var produsert når sinken berørte jernet som gjorde at jernet ikke rustet. Isteden oksiderte jernet, men det kunne du ikke se.

13 Eksperiment 10 Tebatteriet Te Magnesiumstrimler Karbonelektroder Sinkelektroder Appelsinjuice Eksperimentkonsollen Brannfarlig! Du kan lage din egen nattbordslampe ved å sette opp apparatet som vist på tegningen. Du bør bruke tre koplinger ideelt sett, men siden du har bare to, kan du bruke kobber/sink istedenfor magnesium/karbon, eller som vist på tegningen. Det vi lærer av dette eksperimentet, er at noen ganger fungerer til og med blandede koplinger. Bruk vanlig te i elektrolytten. Dersom du ønsker å lage sitronte, kan du ha sitronjuice i elektrolytten (elektrolytt er væsken du dypper elektrodene i). Du vil se at lampen gir mer lys, men vil lyse i en kortere periode.

14 Eksperiment 11 Fe/Zn nattlys Samme som i forrige eksperiment Stålull (brukes som jernelektroder) I det forrige eksperimentet dannet du oksidasjon ved hjelp av en jern/sink-kopling. Kan du lyse opp lampen ved hjelp av jern/sink-koplinger? Forsøk dette og tvinn en liten del stålull rundt den tilgjengelige delen av en tråd. Eksperiment 12 Forberede en kobberoppløsning Eksperimentkonsollen Eddik Kobberelektroder Konsollen din har flere rom, to lange testrør (TT), 1 kort testrør og et rektangulært rom (RC). Vi har allerede brukt de to lange testrørene og det rektangulære rommet, nå skal vi bruke det korte testrøret. Fyll både det korte testrøret og det rektangulære rommet nesten fullt med eddik. Ha en av kobberelektrodene i det korte TT og den andre elektroden i RC som vist på bildet. Vinegar = eddik Merk: Det er absolutt ikke nødvendig å bruke elektroder i dette eksperimentet. En kobbermynt, kobbertråd eller noe annet av kobber fungerer fint, så lenge du er sikker på at det er laget av kobber, og ikke kobberbelagt jern. La oppsettet stå uforstyrret gjennom natten eller lenger. Dette er råmateriale for flere av de andre eksperimentene.

15 Eksperiment 13 Det rødbrune avfallet Samme som forrige eksperiment Tom plastbeholder Jern- eller stålspiker Omtrent 24 timer etter at du plasserte kobberelektrodene i eddiken, vil du se at det er en blågrønn væske i både RC og TT. Begge kobberelektrodene er dekket av avfall i samme farge. Dette avfallet kan tilsettes den blågrønne væsken. Fjern omtrent halvparten av væsken fra den korte TT og plasser det i en liten plastbeholder som kan kastes etter bruk. Du kan også bruke et plastlokk eller en plastbeholder du har hatt mat i osv. Advarsel! Den blå væsken er giftig! Du må derfor ikke bruke noe som kan komme i kontakt med mat. Finn et par jern- eller stålspikre hjemme, og plasser dem i beholderen med blå væske. Etter omtrent en time vil væsken i beholderen være omtrent uten farge, og spikeren er dekket av et rødt/brunt lag. Hvorfor? Vi vil se nærmere på dette seinere. Da vil vi også bruke den fargeløse væsken Obs! Den blå væsken er svært giftig og må kastes etter bruk!

16 Eksperiment 14 Lage gull av sink Utstyr Samme som forrige eksperiment Sinkelektrode Etter at du har fjernet noe av væsken i det korte testrøret. Det skal fremdeles være halvfullt av blågrønn væske. Ta en av sinkelektrodene, rengjør den godt og dypp den deretter i væsken i 10 sekunder. Ta den ut og undersøk. Sinken har blitt til gull! I middelalderen var det ingen vitenskapsmenn. Ingen visste noe om kjemi. Det var personer som utførte eksperimenter, og disse ble kalt alkymister. De brukte tiden sin på å forvandle vanlig metall til gull. Alkymistene hadde sink og kobber, og de visste hvordan de lagde eddik. Kanskje en av dem utførte dette samme eksperimentet og trodde han hadde lagd gull? Dessverre har verken du eller alkymisten laget dette verdifulle metallet Den blå væsken i den korte TT utskiller kobber på sinkelektroden din. Kobber + sink = messing Messing ser ut som gull! Plasser sinkelektroden i den blå væsken over lengre tid. Elektroden blir dekket av en svart overflate som består av kobberpulver. Eksperiment 15 Forklaringer og usynlig blekk Samme som i forrige eksperiment En brukt fyrstikk Skrivepapir Sinkelektroden i eksperiment 14 ble dekket av et svart pulver som var finmalt kobber. Jernspikeren som du plasserte i samme væske (i eksperiment 13) som sinkelektroden er nå dekket av et rødbrunt materiale som ser ut som kobber og er kobber. Her er forklaringen: Opprinnelig reagerte kobberelektroden med eddik og resultatet var en kobberforbindelse (giftig). Når denne kjemiske forbindelsen kommer i kontakt med et metall som jern eller sink, brytes forbindelsen og du får en sinkforbindelse eller jernforbindelse isteden. I begge tilfeller forlates kobberet. Så når spikeren din har kobberpulver og den blåaktige løsningen ikke lenger er blå, er det fordi det ikke lenger er en kobberforbindelse, men en jernforbindelse.

17 Du kan bruke denne jernforbindelsen som usynlig blekk. Bruk en brukt fyrstikk til å dyppe i væsken (jernforbindelsen) og tegn eller skriv noe på arket. Når det tørker blir det usynlig. Nå kan du gjøre skriften synlig ved å gå over med en brukt tepose. Nå kan du skrive hemmelige beskjeder til vennene dine. Siden alle kan få tak i en brukt tepose, vil alle vennene dine kunne lese hva du har skrevet. Eksperiment 16 Elektrisk overføring Utstyr fra eksperiment 11 Jern- eller stålskrue eller spiker Vi har fremdeles ikke berørt kobberelektroden som ligger i eddik i det rektangulære rommet. Nå er tiden inne! Vi vet allerede hva som vil skje dersom vi dypper en jernskrue ned i den blåaktige væsken i RC. I dette eksperimentet trenger du en jernspiker, eller enda bedre, en jern- eller stålskrue. Spikeren må være skinnende ren. Plasser kobberelektroden og spikeren ned i den blåaktige væsken i RC som vist på tegningen. Vent ½ time, en dag, ei uke, 100 år Hva tror du vil skje? Hva skjer?

18 Jernskruen og kobberelektroden lager sammen et elektrisk par. Elektrisitet produseres. Et brunt lag kobberpulver produseres på toppen av skruen (dette var som forventet). Mer og mer formes. Hvor kommer dette fra? Den blå væsken fortsetter å være blå. Hvorfor? Her er en forenklet forklaring: Kobberet forlater løsningen og setter seg rundt hodet på skruen. På grunn av elektrisiteten som produseres av Cu/Fe, kommer mer og mer av kobberet fra elektroden inn i løsningen og havner nær skruen. Dette foregår helt til alt kobberet er brukt opp, eller væsken tørker ut, eller laget berører kobberelektroden. Eksperiment 17 Den digitale elektriske klokken Eksperimentkonsollen LCD-klokkemodul Oppløsning (saltvann eller fruktjuice eller grønnsaksjuice) Begynn å arbeide med klokkemodulen som allerede er satt inn i petriskålen. Vær forsiktig når du håndterer modulen. Dersom du trekker ut noen av ledningene, vil klokken bli koplet fra. Plasser ledningene gjennom åpningen og lukk forsiktig petriskålen med dette dekselet. Etter at du har gjort det, er du klar til å begynne eksperimentet. Det er viktig at petriskålen er lukket slik at ikke klokken blir våt. Forbered strømkilden din fra ønsket naturlig kilde. Du kan velge saltvannsoppløsning, grønnsaks- eller fruktjuice etc. Bruk et skjema som det under til å skrive ned resultatene. Du kan ha med kategorier som elektroder, materialer, løsning, starttid, dato, stopptid, dato.

19 Eksempel: Den beste måten å finne ut om du har nok elektrisitet er å sjekke om lampen lyser. Dersom den lyser, vil klokken fungere. Husk at lampen bare fungerer når den er koplet korrekt. Den samme regelen gjelder også for klokken. Vær veldig forsiktig med en gang du har fått klokken til å fungere. Dersom du flytter på den med en feiltakelse, kan det være nok til at elektrisiteten koples fra. Med en gang du har klart å få klokken til å fungere, åpner du petriskålen. Du vil se to små metallplater på baksiden av klokkemodulen. Disse platene brukes til å justere tiden, på samme måte som andre klokker. Se på klokkemodulen fra baksiden. Kontakten på høyre side er moduskontakten. Trykk på denne for å vise modus. Trykk to ganger for å vise 12:A. Trykk på venstre for å justere time, deretter på modus og deretter på venstre for å stille minutter. Klokken inneholder også dato, men det anbefales å ikke bruke den. Når du har fullført innstillingen av tid, lukker du forsiktig dekselet. Husk! Dersom det er et brudd i elektrisitetsflyten, vil klokka slutte å fungere og må stilles inn på nytt når flyten begynner igjen.

20 Eksperiment 18 Sitronlampe eller klokke Aluminiumselektrode Messingelektrode Kobberelektroder Sinkelektroder 3-4 sitroner Fortsett eksperimentet med ulike typer lamper og klokker. Du kan lage en sitronlampe som vist på tegningen. Sitronklokke Dette eksperimentet, som de andre, vil bare fungere hvis alle ledningene har PERFEKT kontakt med alle elektrodene. Dersom det bare er en kontakt som ikke er god, vil ikke lampen lyse. Sørg for at ledningene og elektrodene er helt rene. Om nødvendig kan du legge til enda en sitron og enda et elektrodepar. Sørg for at sitronene er saftige. Om nødvendig kan du tilføre vann.

21 Eksperiment 19 Potetlampe eller klokke 3 sett elektrodepar fra utstyrsboksen din 3 poteter Du kan lage en potetlampe eller klokke på samme måte som du lagde sitronlampen, ved å bruke poteter istedenfor sitroner. Forsøk ulike kombinasjoner av elektrodepar. Se hvilken kombinasjon som fungerer best. Eksperiment 20 Ulike koplinger og ulike grønnsaker Samme som i forrige eksperiment Et utvalg grønnsaker Du har allerede sett at du kan, faktisk, at du må bruke blandede elektrodepar for noen av eksperimentene. Kan du også bruke ulike grønnsaker? Ved å forsøke ulike elektrodekombinasjoner, sammen med ulike grønnsakskombinasjoner, kan du lage 100, ja, til og med 1000 ulike eksperimenter. Kanskje det til og med er eksperimenter ingen forskere har prøvd før! Det er spennende! Mange oppfinnelser oppsto på denne måten, og selv om du kanskje ikke finner opp noe nytt, lærer du av hvert eneste eksperiment.

22 Svar på spørsmål fra eksperiment 2 Fargen på PH-papiret indikerer en syre eller base ved å skifte farge. En syre er en sur substans. Mange frukter inneholder syrer, som appelsin og sitron. En sterk syre vil vanligvis korrodere metall. En base er det motsatte av syre. Substanser som er basiske kalles også alkalier. En base vil nøytralisere syren og lage salt. Lillafargen rundt magnesiumelektroden indikerer at du har laget en base i nærheten av elektroden. Til slutt vil du også få en rødfarge i nærheten av karbonelektroden. Væsken her blir til syre. Dersom du ikke kopler elektrodeledningene vil ingenting skje. Du produserer antakeligvis sammen reaksjon ved de andre elektrodene, men du vil nok få en mindre basisk løsning og fargen rundt elektrodene av sink og aluminium vil først bli blå istedenfor lilla. Forklaring på eksperiment 3 Den elektriske strømmen som går gjennom saltvannet har gitt en kjemisk endring i saltet og har endret fargen på papiret. Lillafargen er basisk og indikerer negativ, mens rødfargen er syrlig og indikerer positiv. Strømmen går fra negativ side av batteriet, og rødfargen indikerer den positive siden av batteriet. Strømmens retning kalles polaritet.