Linda Erikstad Hanna Kvalheim Grete Melå

Transkript

1 Vannsølvarsler Naturfag 1 mai 2008 Linda Erikstad Hanna Kvalheim Grete Melå Institutt for lærerutdanning og kulturfag Allmennlærerutdanningen

2 1 Innledning Fredag 25. april hadde vi aktiviteter knyttet til emnet Teknologi og design, der vi blant annet laget en vannsølvarsler. Hensikten med aktiviteten var å bygge et eget elektronisk produkt og samtidig få et innblikk i hvordan elektroniske kretser og komponentene i kretsene fungerer. Før vi startet bygging av varsleren, gjennomgikk vi et lite kurs i lodding, slik at vi var sikre på at vi mestret dette. Teknologi og design er et emne der også fagene matematikk og kunst og håndverk inngår i tillegg til naturfag. Læreplanen for den 10.årige grunnskolen sier følgende om dette hovedområdet; Teknologi og design dreier seg om å planlegge, utvikle og framstille produkter til nytte i hverdagen. Samspillet mellom naturvitenskap og teknologi står sentralt i dette hovedområdet. Naturfaglige prinsipper vil være et grunnlag for å forstå teknologisk virksomhet (LK-06:79). Læreplanen har innenfor naturfag kompetansemål som knyttes direkte til denne type aktivitet som vi gjennomførte, både etter 7. og etter 10. årstrinn; planlegge, bygge og teste enkle produkter som gjør bruk av elektronisk energi, forklare virkemåten og beskrive prosessen fra ide til ferdig framstilt produkt (LK-06:84). ut fra kravspesifikasjoner utvikle produkter som gjør bruk av elektronikk, evaluere designprosessen og vurdere produktenes funksjonalitet og brukervennlighet (LK-06:86).

3 2 Teori Ordet elektronikk ble i tidligere tider brukt om studiet av elektronets oppførsel. I vår tid brukes begrepet i en videre forstand om alle teknologier der en bruker elektroner i bevegelse for å utføre nyttige oppgaver. En kan også si at elektronikk er den delen av elektrisitetslæren som omhandler strømmen i transistorer og dioder. Elektronikkens innflytelse på samfunnet blir stadig større, og elektronikkindustrien vokser. De utviklede teknologiene har ført til at vi i dag er helt avhengig av elektroniske produkter som for eksempel mobiltelefoner, datamaskiner, mp3-spillere m.m. All den digitale overføringen av bilder, lyd, data m.m. som gjøres i dag, skjer ved hjelp av elektronikk (Bakkeli m.fl. 1999:117)(Ekeland m.fl. 1998:100). Noen av de viktigste komponentene i alt elektronisk utstyr er motstandere, transistorer og dioder. Foto: En motstander er en komponent som beskytter andre komponenter mot for stor strømgjennomgang. Denne beskyttelse oppnås ved at motstanderen seriekobles med de komponentene som skal beskyttes. Bakgrunnen for bruk av motstandere er Ohms lov(motstand-r = Spenning U/Strømstyrke I). En motstander har fargeringer som forteller hvor mye motstand motstanderen gir. Motstand måles i ohm(ω)(bakkeli m.fl. 1999:120). Foto:

4 En transistor er en elektronisk bryter. Den virker slik at den forsterker strømmen i en elektronisk krets. En liten strøm åpner døren for en stor strøm. Dette kan best forklares med følgende tegning(ekeland m.fl. 1998:100); Egen tegning En transistor har tre ben fordi den har tre tilkoblingspunkter og består av tre lag. Den har en keramisk topp. De tre benene kalles kollektor, base(i midten) og emitter. Det finnes to typer transistorer; NPN og PNP. Forskjellen på disse to typene er at de har motsatte strømretninger (Bakkeli m.fl. 1999:120). Foto:

5 En diode brukes blant annet til å likerette vekselstrøm. Strømnettet leverer vekselstrøm våre elektriske hjelpemidler trenger likestrøm. Den er laget slik at den bare slipper strømmen gjennom den ene veien. Dioden tåler en viss spenning og går i stykker hvis denne spenningen overstiges. Dioden har to ben; katode og anode. Katoden er alltid lengre enn anoden og skal kobles til strømkildens plusspol. Denne er merket med en fargering. Anoden skal følgelig kobles til strømkildens minuspol. Dioden er bygd rundt en halvleder. De vanligste stoffene som benyttes i halvledere er silisium og germanium. Noen dioder kalles lysdioder fordi de lyser når det går strøm gjennom dem. Andre blinker når det går strøm gjennom dem blinkedioder (Bakkeli m.fl. 1999:120). Eksempler på slike dioder kan være lampen som lyser når et elektrisk/elektronisk apparat er slått på, eller ei varsellampe på et dashbord i en bil. Foto: dbimage/ /light_emitting_diode.jpg Man kan bruke mange typer signalutløsere i elektronikken. Signalutløserne kan reagere på forskjellige typer påvirkninger som for eksempel lys, lyd, berøring, trykk, varme, bevegelse eller fuktighet(bakkeli m.fl. 1999:105). Vann kan også brukes til å utløse signaler. Vann har en begrenset evne til å lede strøm. Denne evnen er imidlertid tilstrekkelig til at en elektronisk bryter kan utløses og slå på et lys eller en alarm. Dette kan skje ved hjelp av en fuktdetektor. En fuktdetektor kan være to uisolerte kobbertråder som ligger nesten helt inntil hverandre. Så snart vann eller fuktighet kommer i berøring med begge kobbertrådene lukkes den elektroniske kretsen. Det ledes strøm fra den ene tråden, gjennom vannet/fuktigheten og videre til den andre tråden. Det går strøm gjennom en motstander til en transistor, som igjen tenner en lysdiode eller en alarm (buzzer) (Briså m.fl. 2006:48, 55).

6 3 Materiell og metode Materiell Buzzer Transistor, BC517 Motstander, 1 megaohm Batteriklips Limpistol Syl Saks Loddebolt Avbitertang Arbeidstegning Papplate 25 cm uisolert fortinnet koppertråd Batteri, 9 v Eget foto, litt av utstyret vi brukte.

7 Metode Som hjelp i monteringen av vannsølvarsleren hadde vi ei lita arbeidstegning der komponenter og ledninger var tegnet på de plassene de skulle ha. Denne tegningen limte vi på en papplate for at den skulle bli stødigere å arbeide med. Eget foto Vi limte transistoren på papplaten først med den flate siden opp, og bøyde til bena. Deretter gjorde vi det samme med motstanderen. Vi avisolerte et par millimeter av ledningene til buzzeren og til batteriklipsen før vi limte også disse til platen. Til slutt limte vi på to 12 cm lange uisolerte ledninger. Før loddingen dobbelsjekket vi at transistoren lå med den flate siden opp, og fjernet limsøl rundt plata. Da vi loddet brukte vi en ren og varm loddebolt. Vi prøvde oss litt frem med både å lodde fra undersiden og fra oversiden. Vi fant ut at det beste var å lodde fra undersiden og dytte på tinn fra oversiden, noe som også anbefales og gir penest resultat. Før vi satte inn batteriet kontrollerte vi at ledningene satt godt fast i loddepunktene. Vi holdt ledningene til fuktføreren skilt fra hverandre og satte inn batteri. (Briså m.fl. 2006: 49, 50, 51).

8 Risikovurdering Når det gjelder sikkerhet rundt dette forsøket, er det viktig at elevene har hatt en grundig teorigjennomgang på forhånd. Det er anbefalt at elevene gjennomfører et minikurs i lodding. Eget foto Elevene bør være oppmerksomme på at det kommer ubehagelig os når man lodder, så det er best å jobbe med en vifte ved siden av, eller blåse bort denne osen. Loddebolten er svært varm, man kan brenne seg og klær kan bli ødelagt, særlig kunstfibre. Den strømmen batteriet leverer er ufarlig. Miljøhensyn er en annen side av denne saken. I de fleste elektroniske kretser og komponenter finnes det stoffer som er direkte farlige og miljøskadelige. Vanlig loddetinn består av % bly. Blyet i loddetinn er giftig og kan smitte over på mat. Det er derfor ikke lov med mat og snacks når man jobber med lodding, elektroniske kretser og komponenter. Håndvask er en selvfølge når man er ferdig med slike aktiviteter. En annen «fare» kan være kortslutning, så sjekk at loddestedene ikke kommer i kontakt med hverandre. (Briså m.fl. 2006: 51, 52). 4 Resultater To av oss fikk vår vannsølvarsler til å virke. Først ved at vi lot de to uisolerte ledningene berøre hverandre direkte. Etterpå la vi de to ledningene på hver sin side av en vanndråpe. Også dette utløste alarmen. Den ene av oss var på en gruppe som ikke fikk vannsølvarsleren til å fungere. Etter en rask kikk på listen over utprøving og feilsøking fant vi ut at transistoren var blitt loddet inn feil vei, med den flate siden ned.

9 5 Drøfting Naturvitenskapelig drøfting Kretsen i dette forsøket er en elektronisk bryter som vil fungere så lenge kretsen er lukket, altså så lenge strøm ledes gjennom vann eller fuktighet. Kretsen er meget enkel og består av kun to komponenter, en motstander og en transistor. Den kan brukes i andre sammenhenger der men vil lage et varselsystem, da med andre alarmutløsere. Det går meget lite strøm i denne kretsen på grunn av den transistoren og den motstanderen som er valgt. Vi fikk ved selvsyn erfare at vann, med sin begrensede evne til å lede strøm, kan brukes til å utløse en elektronisk bryter som slår på et lys eller en alarm. Da vannet skapte kontakt mellom de to avisolerte ledningene, fikk strøm fra batteriets plusspol gå via vannet og gjennom motstanderen, og til slutt inn på styreelektroden (basen) til transistoren. Dette førte til at transistoren åpnet for at det gikk strøm fra batteriets plusspol gjennom transistoren (inn i kollektorledningen) og til buzzeren, som ga lyd i fra seg. Fra buzzeren gikk strømmen tilbake til batteriets minuspol. I stedet for en buzzer kunne vi ha benyttet en diode som alarm. Enten en med konstant lys eller en blinkediode. I valg mellom lys eller lyd som alarm, kan en vurdere hva som er mest hensiktsmessig i forhold til hvilken alarmutløser som brukes i kretsen og i hvilken sammenheng kretsen skal brukes.

10 Naturfagdidaktisk drøfting Dersom man skal bruke dette som et undervisningsopplegg vil det være nødvendig å gå gjennom hovedlinjene i arbeidet i samlet elevgruppe før man starter. Det kan være lurt å få til hele aktiviteten i en økt, og å dele inn elevene i lærerstyrte formelle grupper, dette for å unngå uro. Dersom man underveis føler at det er nødvendig å bryte av for å repetere eller understreke noe, kan det være lurt å be alle for eksempel holde hendene under bordet. Dette er fordi de fleste vil være svært engasjerte å ha vanskelig for å la arbeidet ligge. Det er viktig at alle elevene får oppleve mestring i forhold til aktiviteten for å bli oppmuntret og inspirert. Dersom man gjør denne aktiviteten i en elevgruppe og noen gjør en feil, kan man enten forsøke å rette den opp der og da, eller som lærer ta produktet med seg etter undervisningen for å rette opp skaden. Vi mener at man med fordel kan ta elevene med på dette, slik at de er med på hele prosessen. På denne måten vil alle ha et fungerende produkt til slutt, som de selv har et eierforhold til. Mens elevene holder på med å lage et produkt er de mest opptatt av å lykkes. Når produktet er ferdig kan læreren på en grundigere måte forklare produktets virkemåte på et nivå som passer elevenes alder og den faglige sammenhengen prosjektet inngår i(briså m.fl. 2006:12-13). 6 Konklusjon Vi likte denne aktiviteten godt, og mener vi fikk en bedre forståelse av hvordan en elektronisk krets og komponentene i kretsen virker. Dette er et produkt som man også kan gjøre mer ut av enn det vi gjorde. Man kan bygge det hele inn i en boks som elevene selv kan designe og utforme. Dette vil gjøre varsleren til et nyttig hverdagsprodukt.. Vi mener dette er en aktivitet som vi være engasjerende og lærerik for elever både på mellomog ungdomstrinnet.

11 Kildehenvisninger Bakkeli, K.R., Gran, K. og Nordbakke, R. (1999): Lærerveiledning Yggdrasil natur- og miljøfag 7. Aschehoug, Oslo. Bakkeli, K.R., Gran, K. og Nordbakke, R. (1999): Yggdrasil natur- og miljøfag 7. Aschehoug, Oslo. Briså, S., Ingebrigtsen, R. og Jørgensen, E.C. (2006): Teknologi- & designboka. Damm, Oslo. Ekeland, P.R. m.fl. (1998): Tellus 9; Natur- og miljøfag for ungdomstrinnet. Aschehoug, Oslo. Kunnskapsdepartementet (2005): Læreplanverket for den 10-årige grunnskolen(lk-06).