Forprosjekt Opplevelse & Læring om Korrosjon. Utredning av utstillingseksperimenter og læringstilbud hos VilVite

Transkript

1 Korrosjon, Forprosjektrapport desember Ref: Avtale mellom Norsk Korrosjonsteknisk Forening Avd. Bergen (NKF, Bergen) og Bergen Vitensenter AS, VilVite. datert 7. mai Forprosjekt Opplevelse & Læring om Korrosjon. Utredning av utstillingseksperimenter og læringstilbud hos VilVite Prosjektorganiseringen Prosjektet er ledet og gjennomført av personell hos VilVite i samarbeid med sine faste samarbeidspartnere innenfor produksjon. Kvalitetssikring Faglig kvalitetssikring og tilbydere på animasjoner er personell ved UiB, Kjemisk institutt. Ved: professor emeritus Otto Grahl-Nielsen og pensjonert førsteamanuensis Einar Solheim. Målgrupper Utstillingseksperimentene har relevans for alle besøkende Læringstilbudene for skole har relevans for ungdomskolen og den videregående skolen, både allmennfag og yrkesfag. En løype i utstillingen er spesielt rettet mot det generelle publikum, som ønsker å lære om korrosjon. Innhold i forprosjektrapporten Beskrivelser utstillingseksperimenter. Beskrivelser av læringstilbud for laboratorier og utstillingen Grovbudsjett og forslag til fremdriftsplan. Samt Diskusjonsunderlag vedrørende eventuell bruk av VilVite for NKF, Bergen VILVITE, Bergen Vitensenter AS Thormøhlensgate. 51 T post@vilvite.no Org. nr: MVA 5006 Bergen F

2 Innhold Beskrivelse av utstillingseksperimenter... 2 Overflatebehandling_V2 Synopsis... 3 Passiv anodisk korrosjonsbeskyttelse_v2 Synopsis... 6 Aktiv Anodisk korrosjonsbeskyttelse_v2 Synopsis... 9 Spenningsrekken_V2 Synopsis Batteriet_V2.0 Synopsis Beskrivelser av læringstilbud for laboratorier og utstillingen Læringsprogram yrkesfag Læringsprogram Allmennfag Temaløype yrkesfag Temaløype allmennfag Temaløype fritidspublikum

3 Beskrivelse av utstillingseksperimenter Det følgende er beskrivelse av fem forskjellige utstillingseksperimenter som på hver sin måte omhandler temaet korrosjon og korrosjonsbeskyttelse. Definisjon Følgende definerer hva vi legger i begrepet korrosjon i dette prosjektet: Korrosjon er en oksidasjons og reduksjons prosess. Disse prosessene bringer metallene tilbake til den tilstanden vi finner dem på vår planet. Korrosjonen er avhengig av oksygen, spenningsforskjeller for å bevege elektriske ladninger og en elektrisk ledende væske. Utstillingseksperimentene Overflatebehandling Dette utstillingseksperimentet har arbeidstittelen Forsegleren. Dette eksperimentet omhandler viktigheten av å vedlikeholde overflatebehandlingen av metaller. Ved hjelp av et videomikroskop vil vi studere overflatetilstanden ved forskjellige overflatebehandlinger. Passiv anodeisk korrosjonsbeskyttelse Dette utstillingseksperimentet har arbeidstittelen Elektronkilden. Utstillingseksperimentet fokuserer på beskyttelse mot korrosjon vha anode på installasjoner av forskjellige metaller og metallegeringer som er installert i et vått miljø. Aktiv anodeisk korrosjonsbeskyttelse Dette utstillingseksperimentet har arbeidstittelen Elektronerstatteren. Utstillingseksperimentet fokuserer på metallgjenstander som er plassert i havet og også rager over havnivået. Dette er et naturlig, men sterkt korrosivt miljø hvor man har sterk elektrisk ledende væske og god tilgang på oksygen på grunn av varierende havnivå. Det aktuelle metallet er jern. Spenningsrekken Dette utstillingseksperimentet har arbeidstittelen Potensialforskjellen. Utstillingseksperimentet fokuserer på spenningsrekken som er en oppstillingen av standard elektrodepotensialer for grunnstoffer og ioner, ordnet i en rekke etter økende/fallende elektrodepotensial. Batteriet Dette utstillingseksperimentet er en videreutvikling av det eksisterende eksperimentet Batteriet. Utstillingseksperimentet viser et batteri som består av sink og kobberplater som blir senket i sitronsyre. 2

4 Overflatebehandling_V2 Synopsis Forprosjekt: Korrosjonsforeningen, Korrosjon Prosjektkoordinator Prosjekt, Korrosjon på VilVite Prosjektleder: Kundeansvarlig: Synopsis / story: Faglig kvalitet VilVite ved Wenche Fivelsdal VilVite Versjon Dato Beskrivelse Sign. V Grunnlag for forespørsel Nils Petter V Grunnlag for bestilling og avklaringer av detaljer med produsent. Nils Petter DEFINISJON: Følgende definerer hva vi legger i begrepet korrosjon i dette prosjektet. Korrosjon er en oksidasjons og reduksjons prosess. Disse prosessene bringer metallene tilbake til den tilstanden vi finner dem på vår planet. Korrosjonen er avhengig av oksygen, spenningsforskjeller for å bevege elektriske ladninger og en elektrisk ledende væske. Arbeidstittel: Forsegleren Utstillingseksperimentet omhandler overflatebehandling av metaller og viktigheten av dette med hensyn til å isolere metallet fra oksygen og elektrisk ledende væske. Figuren viser installasjonen slik den er planlagt å fremstå i utstillingen. Detaljer kan bli endret. Dette eksperimentet omhandler viktigheten av å vedlikeholde overflatebehandlingen av metaller. Ved hjelp av et videomikroskop vil vi studere overflatetilstanden ved forskjellige overflatebehandlinger. 3

5 Målet med utstillingseksperimentet Målet med utstillingseksperimentet er å formidle viktigheten av overflatebehandling og hvordan dette hindrer korrosjon. LÆRING: Læringsmålet er todelt. 1. Vi vil formidle hvordan en lakkert overflate er bygd opp samt hvordan og hvorfor overflaten må vedlikeholdes. 2. Vi vil formidle hensikten med overflatebehandling mht å beskytte jernet mot kontakt med oksygen og hindre at jernet kommer i kontakt med den elektrisk ledende væsken vann. Læringen vil forsterkes og utdypes ved også å bruke de andre utstillingseksperimentene som om omhandler temaet korrosjon. OPPLEVELSE: Vi har valgt å bygge opp utstillingseksperimentet som en overflate undersøkelse av en bildør. Bildøren er valgt fordi problemstillingen er kjent for alle og vil derfor fange oppmerksomhet og nysgjerrighet. Brukeropplevelsen Interaksjonen er gjort intuitiv ved at det står en tydelig sveiv i front av eksperimentet. Brukeren får en direkte respons på interaksjonen ved at et skjermbilde veksler analogt med sveivingen. På skjermen kommer et bilde fra mikroskopet og et tekstfelt med kommentarer til bildet. Felter på bildøren På bildøren vil det bli laget følgende felter: - Gammel og slitt lakkoverflate med polering - Gammel og slitt lakkoverflate uten polering - Rent metall - Grunnet overflate - Grunnet og lakket overflate - Grunnet, lakket og polert overflate. Tekster i skjermbildet Det vil vises tekster for hver av feltene på døren. Teksten i disse feltene skrives i samarbeid med spesialister på fagområdet. Manus Følgende er brukerveiledingstekst: (Justeres etter ferdigstillelse) - Sveiv mikroskopet til det feltet du vil studere - Juster fokus hvis nødvendig - Se det forstørrede bildet og les kommentaren. Fysisk utstilling En brukt bildør med varierende overflatebehandling er bygd inn i et møbel. Linsen til et videomikroskop føres langsmed toppen av døren ved hjelp av en sveiv. Det forstørrede bildet vises på en PC-skjerm sammen med forklarende tekst Mikroskopet og døren er plassert inne i et beskyttende pleksiglasshus. Sveiven og fokusknappen er plassert i front av installasjonen 4

6 Modusvalg/fordypning: Det blir ikke bygd inn modusvalg i utstillingseksperimentet. Fageksperter innen kjemi er tilknyttet andre delprosjekter i korrosjonsprosjektet. De har laget gode animasjoner som utdyper tematikken og som med fordel kan benyttes til fordypning. Betingelser for å kunne legge disse animasjonene ut på må eventuellt avklares med rettighetshaverne. Design kriterier Brukergrensesnittet skal være intuitivt Den skal følge Designstandarden til VilVite Plassering av apparatet i utstillingen og eventuelle krav til infrastruktur. Dette er en frittstående installasjon, men kan bare opereres og observeres fra fremsiden. Krever 230 VAC Personifisering Brukerinteraksjon genererer ikke unikt materiale, så personifisering er ikke aktuelt. 5

7 Passiv anodisk korrosjonsbeskyttelse_v2 Synopsis Forprosjekt: Korrosjonsforeningen, Korrosjon Prosjektkoordinator Prosjekt, Korrosjon på VilVite Prosjektleder: Kundeansvarlig: Synopsis / story: Faglig kvalitet VilVite ved Wenche Fivelsdal VilVite i samarbeid med professor emeritus Otto Grahl-Nielsen og pensjonert førsteamanuensis Einar Solheim, UiB Versjon Dato Beskrivelse Sign. V Grunnlag for forespørsel Nils Petter V Grunnlag for bestilling og avklaringer av detaljer med produsent. Nils Petter DEFINISJON: Følgende definerer hva vi legger i begrepet korrosjon i dette prosjektet. Korrosjon er en oksidasjons og reduksjons prosess. Disse prosessene bringer metallene tilbake til den tilstanden vi finner dem på vår planet. Korrosjonen er avhengig av oksygen, spenningsforskjeller for å bevege elektriske ladninger og en elektrisk ledende væske. Arbeidstittel: Elektronkilden Utstillingseksperimentet viser korrosjon av metallprodukter som består av aluminiumslegeringer og jernprodukter, og hvordan en anode kan ofres i oksidasjonsprosessen. Figuren viser installasjonen slik den er planlagt å fremstå i utstillingen. Detaljer kan bli endret. Utstillingseksperimentet fokuserer på installasjoner av forskjellige metaller og metallegeringer som er installert i et vått miljø. 6

8 Målet med utstillingseksperimentet I dette utstillingseksperimentet ser vi på hvordan bruk av en offeranode kan hindre korrosjon som oppstår på grunn av spenningsforskjeller internt i metaller og mellom forskjellige metaller og metallegeringer i en påhengsmotor. Huset og mye av delene i en påhengsmotor er laget av aluminiumslegeringer. Disse legeringene har et helt annet potensial i spenningsrekken enn det rene grunnstoffet aluminium. Sink vil fungere som en offeranode når det kobles til de vanlige konstruksjonslegeringene av aluminium. Men sink vil fungere som katode hvis det kobles til rent aluminium. Siden det er komplisert å beskrive korrosjon av legeringer, vil vi i dette utstillingseksperimentet ikke vise korrosjon av metallene på atomnivå. Vi zoomer litt ut og ser på elektrontransport og ionedanning relatert til oksidasjon og reduksjon av metallene og legeringene. Forståelsen av utstillingseksperimentet underbygges ved at det ses i sammenheng med eksperimentene som tar for seg aktiv anode beskyttelse og spenningsrekken. LÆRING: Primærlæringsmålet er todelt: 1. Vi vil formidle hvordan offeranoden fungerer som korrosjonsbeskyttelse. I formidlingen av dette vil vi også beskrive innvirkningen av oksygen og en elektrisk ledende væske. 2. Vi vil vise en praktisk problemstilling knyttet til spenningsrekken. Siden vi her bruker en sinkanode, og vil unngå feillæring, vil vi som et sekundært læringsmål påpeke kompleksiteten ved bruk av anode. Sink brukes i sjøvann, magnesium brukes i ferskvann. Disse bruksmiljøene må ikke forbyttes. For brakkvann brukes aluminiumslegeringer. OPPLEVELSE: Opplevelsen av eksperimentet bygger på den maritime kystkulturen som preges av å bruke havet i fritiden. Vi tar utgangspunkt i en påhengsmotor siden de aller fleste som bor langs kysten har et forhold til disse. Ved å interagere med installasjonen, blir det montert en sinkanode til undervannshuset til påhengsmotoren. Samtidig vil animasjoner skifte mellom å vise korrosjon uten sinkanode og hvordan sinkanoden beskytter. Brukeropplevelsen Brukeren vil kjenne igjen påhengsmotoren og bli trukket mot installasjonen for å få svar på spørsmålet: Hva gjør en påhengsmotor her? Interaksjonen blir intuitiv ved at operasjonshendelen er tydelig. Fokuset trekkes så mot montasjen av sink anoden og deretter mot animasjonen. Nysgjerrigheten er dermed tent og læringen kan begynne. Fysisk utstilling Dette er en frittstående installasjon som har et mekanisk interaksjonsgrensesnitt og en dataskjerm med animasjoner som forklarer fenomenet. En påhengsmotor er montert i et gjennomsiktig kar med undervannshuset i vann. Deler av motorstammen er åpnet slik at man kan se de forskjellige metallene i drivverket. Interaksjonen utføres ved å trekke i en spake, som fører en sinkanode til undervannshuset. En animasjon viser de elektrokjemiske prosessene med og uten sinkanoden. Animasjonene skifter når sinkanoden monteres eller fjernes fra undervannshuset. Når en animasjon er startet, kjøres den ferdig. 7

9 Animasjonene Bilder fra selve installasjonene integreres i animasjonene. Detaljskisse av propellen og en bolt av stål, uten montert offeranode Animasjon som viser at propellen av Al-legering leverer elektroner til jernbolten og at propellen derved blir korrodert, Al 3+ -joner går i løsning og etterlater et hull i propellen. Stål er edlere enn Al-legeringen. Her legger vi ved første del av animasjonen fra Altikjemi, tablå 14, men hvor den venstre del av jernplaten er erstatteet med aluminium (en annen farge, se Itschemistry, kapeittel 8, Elektrokjem, avnsitt 7, korrosjonsbeskyttelse, 11 "progresjon 11 frikanter". Link: Passord mottas ved registrering på itschemistry.uib.no under forelesninger To scener i animasjonene Manus Følgende er brukerveiledingstekst: (justeres når installasjonen er ferdigstilt) - Studer animasjonen som viser korrosjon i en påhengsmotor. - Monter en sinkanode til påhengsmotoren ved å trekke i spaken. - Studer nå hvordan sinkanoden beskytter mot korrosjonen. - La spaken sige tilbake til utgangspunktet. Modusvalg/fordypning: Det blir ikke bygd inn modusvalg i utstillingseksperimentet. De fagekspertene som skal lage animasjonene for denne installasjonen har også laget animasjoner som forklarer andre sider ved korrosjon. Betingelser for å kunne legge disse animasjonene ut på må eventuellt avklares med rettighetshaverne. Design kriterier Karet med innhold må lages slik at det er enkelt å rense. Installasjonen må lages slik at det er enkelt å bytte vann. Elektrisk utstyr må integreres slik at de ikke utsettes for vann ved en eventuell lekkasje. Utførelsen skal følge VilVite sin designstandard. Plassering av apparatet i utstillingen og eventuelle krav til infrastruktur. Installasjonen kan stå fritt i rommet, men kan kun opereres og studeres fra fremsiden. Plasseringen må ta hensyn til muligheten for vannlekkasje. Installasjonen krever 230VAC. Personifisering Brukerinteraksjon genererer ikke unikt materiale, så personifisering er ikke aktuelt. 8

10 Aktiv Anodisk korrosjonsbeskyttelse_v2 Synopsis Forprosjekt: Korrosjonsforeningen, Korrosjon Prosjektkoordinator Prosjekt, Korrosjon på VilVite Prosjektleder: Kundeansvarlig: Synopsis / story: Faglig kvalitet VilVite ved Wenche Fivelsdal VilVite i samarbeid med professor emeritus Otto Grahl-Nielsen og pensjonert førsteamanuensis Einar Solheim, UiB Versjon Dato Beskrivelse Sign. V Grunnlag for forespørsel Nils Petter V Grunnlag for bestilling og avklaringer av detaljer med produsent. Nils Petter DEFINISJON: Følgende definerer hva vi legger i begrepet korrosjon i dette prosjektet: Korrosjon er en oksidasjons og reduksjons prosess. Disse prosessene bringer metallene tilbake til den tilstanden vi finner dem på vår planet. Korrosjonen er avhengig av oksygen, spenningsforskjeller for å bevege elektriske ladninger og en elektrisk ledende væske. Arbeidstittel: Elektronerstatteren Utstillingseksperimentet viser korrosjon av jern og hvordan korrosjonen kan hindres ved å erstatte tapte elektroner i jernet. Figuren viser installasjonen slik den er planlagt å fremstå i utstillingen. Detaljer kan bli endret. Utstillingseksperimentet fokuserer metallgjenstander som er plassert i havet og rager over havnivået. Dette er et naturlig, men sterkt korrosivt miljø hvor man har sterk elektrisk ledende væske og god tilgang på oksygen på grunn av varierende havnivå. Det aktuelle metallet er jern. 9

11 Målet med utstillingseksperimentet I dette utstillingseksperimentet ser vi på korrosjon av jern. Dette er en svært alminnelig korrosjonsprosess som er relativt enkel å formidle på atomnivå. LÆRING: Læringsmålet er todelt: 1. Vi vil formidle hvordan korrosjon foregår i jern, når de nødvendige elementene er tilstede, og hvordan det kan unngås ved å tilføre metallet erstatningselektroner. 2. Ved å vise prosessene på atomnivå, ønsker vi å lære brukerne om elementær kjemi. De tre nødvendige elementene er tilstede ved: Oksygen oppløst i havvannet og tilført luft ved tidevann og bølger. Elektrisk ledende væske ved at saltet natriumklorid, er oppløst i vannet, som de frie elektriske ladningene Na + og Cl - ioner. Spenningsforskjeller ved at jernet ikke har en perfekt struktur, som gir små men tilstrekkelige spenningsforskjeller internt i metallet. Ved å beskrive prosessene på atomnivå, viser vi hvordan aktiv tilførsel av elektroner sørger for å unngå korrosjon av jernet OPPLEVELSE: Opplevelsen av eksperimentet bygger på den maritime kystkulturen som preges av næring og transport i havmiljøet. Vi tar derfor utgangspunkt i sjømerker for å øke gjenkjenningsaspektet av problemstillingen. Installasjonen har to prøvestykker (sjømerker). Ved det ene vil man se tydelig korrosjon. Ved det andre vil man se elektrisk utstyr som hindrer korrosjonen. Ved å interagere med installasjonen vil man variere vannstanden i to forskjellige prøvekammer og samtidig skifte mellom animasjoner som beskriver prosessene med og uten tiførsel av erstatningselektroner. Lekenheten ved installasjonen blir ivaretatt ved å løfte vannstanden opp og ned i glass karene. Brukeropplevelsen Den besøkendes nysgjerrighet blir pirret av at det er tydelige installasjoner i glass som de drar kjensel på. Interaksjonen er gjort intuitiv ved at det er en tydelig hendel i front av installasjonen. Når hendelen opereres, vil man få en tydelig respons ved at vannstanden i karene endres samtidig med at animasjonene skifter. Dette vil skape en utforskertrang som genererer spørsmålet: Hva er det dette eksperimentet formidler? Fysisk utstilling Dette er en frittstående installasjon som har et mekanisk interaksjonsgrensesnitt og en dataskjerm med animasjoner som forklarer fenomenet. I et glasskar står en sjømerkemodell av jern som er ubeskyttet mht korrosjon. Sjømerkemodellen i det andre glasskaret er et tilsvarende sjømerke tilkoblet en leding og det ligger en metallplate på bunn, som er tilkoblet en annen leding. Begge sjømerkemodellene står på undervannsskjær. Brukeren kan endre vannivået slik at sjømerkene får den endringen mellom tørt og vått som er typisk for installasjoner i havet. Denne vekslingen gir optimale korrosjonsforhold mht samtidig tilstedeværelse av oksygen og elektrisk ledende væske. Korrosjonsprosessen og prosessen som beskytter mot korrosjon, ved hjelp av å erstatte elektronene, vises ved animasjoner. Animasjonene skifter når operatør hendelen er i midtposisjon. Når en animasjon er startet, kjøres den ferdig. 10

12 Animasjonene Bilder fra selve installasjonene integreres i animasjonene. Animasjon av korrosjon av jern uten beskyttelse: jern er både anode og katode hvor elektroner leveres fra anoden til katoden. Ny animasjon hvor sjømerket kobles til en spenningskilde, f.eks. en tegning av en (bil)akkumulator, hvor en pol kobles til sjømerket, og en pol til en plate som ligger på sjøbunnen Animasjonen viser deretter hvordan elektroner går fra akkumulatoren til sjømerket, videre ut i vannet til oksygenmolekyler som danner to O 2- -joner. Disse reagerer med tilsamen fire H + -joner og danner to molekyler vann. Her er det altså ikke Fe 3+ -joner tilgjengelig for reaksjon med O 2- -jonene, og ingen rusting skjer. En scene fra animasjonen før elektroner tilføres. Manus Følgende er brukerveiledingstekst: (justeres når installasjonen er ferdigstilt) - Lag flo og fjære i glasskarene ved hjelp av hendelen. Dette gir en god blanding av luft og vann på sjømerkene av jern og gode forhold for rust. Rust er en type korrosjon. - Se på animasjonene og studer hva korrosjon er og hvordan vi kan beskytte oss mot korrosjon ved å tilføre elektroner. - Skift animasjon ved hjelp av hendelen. Modusvalg/fordypning: Det blir ikke bygd inn modusvalg i utstillingseksperimentet. De fagekspertene som skal lage animasjonene for denne installasjonen har også laget animasjoner som forklarer korrosjon på et dypere detaljeringsnivå en det som vil fremgå i denne installasjonen. Betingelser for å kunne legge disse animasjonene ut på må eventuellt avklares med rettighetshaverne. Design kriterier Interaksjonen må være enkel og tydelig. Det er usikkerhet om skifte av animasjon vha spaken vil være intuitiv nok. Det vil derfor bli brukt en touch skjerm for eventuelt å legge animasjonene som et menyvalg på skjermen. Karene med innhold må lages slik at de er enkle å rense. Installasjonen må lages slik at det er enkelt å bytte vann. Elektrisk utstyr må integreres slik at det ikke utsettes for vann ved en eventuell lekkasje. Utførelsen skal følge VilVite sin designstandard. Plassering av apparatet i utstillingen og eventuelle krav til infrastruktur. Installasjonen kan stå fritt i rommet, men kan kun opereres og studeres fra fremsiden. Plasseringen må ta hensyn til muligheten for vannlekkasje. Installasjonen krever 230VAC. Personifisering Brukerinteraksjon genererer ikke unikt materiale, så personifisering er ikke aktuelt. 11

13 Spenningsrekken_V2 Synopsis Forprosjekt: Korrosjonsforeningen, Korrosjon Prosjektkoordinator Prosjekt, Korrosjon på VilVite Prosjektleder: Kundeansvarlig: Synopsis / story: Faglig kvalitet VilVite ved Wenche Fivelsdal VilVite Versjon Dato Beskrivelse Sign. V Grunnlag for forespørsel Nils Petter V Grunnlag for bestilling og avklaringer av detaljer med produsent. Nils Petter Arbeidstittel: Potensialforskjellen Utstillingseksperimentet fokuserer på spenningsrekken som er en oppstillingen av standard elektrodepotensialer for grunnstoffer og ioner, ordnet i en rekke etter økende/fallende elektrodepotensial. Figuren viser installasjonen slik den er planlagt å fremstå i utstillingen. Detaljer kan bli endret. I utstillingseksperimentet måler vi forskjellen mellom to metallers elektrodepotensial med et voltmeter når de kobles sammen ved hjelp et menneske som saltbro. 12

14 Målet med utstillingseksperimentet Utstillingseksperimentet skal vise dette grunnleggende naturfenomenet som ligger til grunn for korrosjon, batterier og andre fordelaktige og problematiske resultater og anvendelser knyttet til spenningsrekken. LÆRING: Primærmålet er å formidle tilstedeværelsen av det grunnleggende naturfenomenet som spenningsrekken bygger på. Sekundært vil vi i enkel tekst form forklare fenomenet. Læringsinnholdet ved utstillingseksperimentet forsterkes ved å knytte det til applikasjonene korrosjon og batteriet, som er andre delprosjekter innenfor temaet korrosjon. OPPLEVELSE: Ved å legge sine egne hender på to forskjellige metaller, som er knyttet til forskjellige sider av voltmeteret, vil man få et utslag i volt. Det vil overaske mange. Dette gir grunnlag for mange refleksjoner. Brukeropplevelsen Dette skal fremstå som et enkelt eksperiment som er enkelt å bruke og som gir en klar respons. Ved å lese veiledningen vil det være enkelt å utføre eksperimentet. De fleste leser ikke veiledingen og må derfor eksperimentere noe før de får noe resultat. Ved å eksperimentere videre vil de observere endringen i voltstyrke og polaritet Fysisk utstilling Eksperimentet er montert på en plate som festes i vegg. Det er montert metallprøver på to tilnærmet identiske plater. Disse platene er plassert i to forskjellige høyder. Metallprøvene på hver plate er koblet til en felles lederlist. Lederlistene fra hver plate et koblet til et enkelt analogt voltmeter med utslagsviser. Platene vil bli markert med høyre eller venstre hånd. Dette gjøres ved formen på platene eller som graveringer oppå. Manus Brukeren skal legge en hånd på et metall som er montert på de forskjellige platene. De vil da kunne lese av en spenning hvis de tar på forskjellige metaller på forskjellige plater. Følgende er brukerveiledingstekst: - Hold hendene på metallplatene, en hånd på hver bordplate. - Får du noe utslag på spenningsmåleren? - Prøv forskjellige plater å se hvordan spenningen endrer seg. Modusvalg/fordypning: Det blir ikke bygd inn modusvalg i utstillingseksperimentet. Ved å eksperimentere med utstillingseksperimentet Batteriet kan man lære mer om dette fenomenet. Design kriterier Brukergrensesnittet skal være intuitivt Dette skal fremstå som en enkel installasjon uten skulte elementer. Den skal følge Designstandarden til VilVite Plassering av apparatet i utstillingen og eventuelle krav til infrastruktur. Monteres på vegg. Monteres i nærheten av utstillingseksperimentet Batteriet. Personifisering Brukerinteraksjon genererer ikke unikt materiale, så personifisering er ikke aktuelt. 13

15 Batteriet_V2.0 Synopsis Forprosjekt: Korrosjonsforeningen, Korrosjon Prosjektkoordinator Prosjekt, Korrosjon på VilVite Prosjektleder: Kundeansvarlig: Synopsis / story: Faglig kvalitet VilVite ved Wenche Fivelsdal VilVite i samarbeid med professor emeritus Otto Grahl-Nielsen og pensjonert førsteamanuensis Einar Solheim, UiB Versjon Dato Beskrivelse Sign. V Grunnlag for forespørsel Nils Petter V Revidert etter tilbakemelding fra produsent av animasjon Nils Petter Arbeidstittel: Batteriet Dette prosjektet er en oppgradering av det eksisterende utstillingseksperimentet Batteriet Bildene viser installasjonen slik den fremstår på VilVite i dag Bildet viser en skjerm for kjøring av animasjonen Utstillingen viser et batteri som består av sink og kobberplater som blir senket i sitronsyre 14

16 Målet med utstillingseksperimentet Dette prosjektet bygger på et eksisterende eksperiment. Hensikten med å legge til en animasjon er å gi en dypere forståelse for de elektrokjemiske prosessene i batteriet. Forståelsen av utstillingseksperimentet underbygges ved at det ses i sammenheng med eksperimentene som tar for seg spenningsrekken. LÆRING: Vi vil formidle hvordan reduksjon og oksidasjons prosesser brukes i batterier. Betingelsen for dette er metaller med forskjellig spenningspotensial (normalpotensial) og en elektrisk ledende væske (elektrolytt) OPPLEVELSE: Ved å trykke metallplatene ned i væsken, ser man at man får et utslag på et voltmeter, en diode tennes og animasjonen starter. Brukeropplevelsen Batteriet er i glass, så det er enkelt å observere hvordan platene senkes i elektrolytten. Animasjonen starter når metallplatene er nede i vannet. Fysisk utstilling Skjermen monteres slik at animasjonen kan ses mens man trykker ned platene. Det monteres en datamaskin inne i batteriet, som mottar startsignal fra batteriet og kjører deretter animasjonen. Animasjonene Tegning av Zn/Cu-batteriet med animasjon av utslag på voltmeter, tilsvarende installasjonen. Figur fra Altikjemi som er et nettbasert undervisningstilbud, utviklet av Kjemisk institutt, UiB Manus Følgende er brukerveiledingstekst: - Trykk metallplatene ned den ledende væsken - Se på animasjonen og studer hvordan batteriet virker 15

17 Modusvalg/fordypning: Det blir ikke bygd inn modusvalg i utstillingseksperimentet. De fagekspertene som skal lage animasjonene for denne installasjonen har laget animasjoner som utdyper temaet batterier. Betingelser for å kunne legge disse animasjonene ut på må eventuell avklares med rettighetshaverne. Design kriterier Skjermen plasseres i tilknytning til den eksisterende installasjonen. Plassering av apparatet i utstillingen og eventuelle krav til infrastruktur. Installasjonen krever 230VAC. Personifisering Brukerinteraksjon genererer ikke unikt materiale, så personifisering er ikke aktuelt. 16

18 Beskrivelser av læringstilbud for laboratorier og utstillingen I denne seksjonen blir det eksemplifisert hvordan kjernen i formidlingsproduktet vil kunne fremstå for eleven. Videre kvalitetssikring og tilpassing til studieretningene gjennomføres med lærere fra de for skjellige studieretningene. Kombinasjonen av læringsprogrammer i laboratoriet og temaløyper i utstillingen vil et godt grunnlag for å formidle de mange aspektene ved temaet korrosjon. Læringsprogram for allmennfaglig studieretning Programmet lærer elevene hvordan de kjemiske prosessene foregår på atomnivå mellom jern og oksygen. Læringsprogram for tilpasning til yrkesfaglige studieretninger Programmet lærer elevene hvordan de kjemiske prosessene foregår på atomnivå mellom jern og oksygen. Vi vil fokusere på forskjellige former for korrosjon og hvordan korrosjon kan forhindres. Aktuelle yrkesfaglige studieretninger vg1 er bygg- og anleggsteknikk & teknikk og industriell produksjon. Programmene vil også ha relevans for vg2 klasser. Temaløyper for allmennfag, yrkesfag og fritidspublikum VilVite er i oppstarten av et prosjekt som har tittelen den 5te søylen. Gjennom dette prosjektet vil vi utarbeide nye digitale plattformer for blant annet digitale løyper i utstillingen. Dette vil styrke læringsutbyttet for både elever og fritidspublikum. Siden disse plattformene ikke er definert ennå, har vi valgt å presentere korrosjons løypene ved eksempler på spørsmål til foreslåtte eksperimenter. 17

19 Læringsprogram yrkesfag Kort oversikt over programmet Elevene ruster stålull, eksperimenterer med hva som skal til for at de skal ruste fortest mulig, og trekker slutninger på hva som bør gjøres for å unngå rustdannelse. Steg for steg gjennom skoleprogrammet: Stålull legges i oksygenfattig vann. Elevene rører forsiktig rundt uten å blande luft ned i vannet. Ingenting skjer av betydning. Det tilsettes salt, og røres igjen forsiktig rundt. Ingenting skjer av betydning. Det blåses luft gjennom stålullen så det bobler ut i vannet. Vannet begynner straks å endre farge, og få et svakt gyllent skjær. Vi blir ved å blåse luft i vannet og vannet blir mer og mer farget. Til sist plukkes stålullen ut og vi ser på den og hvordan den er blitt preget av den kjemiske prosessen som har pågått. Vi studerer rustdannelsen og stålulldotten som er tatt ut av glasset, og rusten som er konsentrert i den. Teorien blir så behandlet ved hjelp av animasjoner i en PowerPoint. Disse viser hvordan rustprosessen kan dempes ved ulike former for rustbeskyttelse. Vi tar da opp følgende: sinkanode og galvanisering, påtrykket spenning, skjerming ved bruk av maling. Vi elforsinker en jernbolt, slik at halve blir forsinket, mens den andre er nakent jern. 18

20 Den fuktes i saltvannet og legges på et papir. Vi studerer hva som skjer i løpet av timen. 19

21 Fagtermer Korrosjonstrekanten Alle disse tre feltene må være til stede for å få korrosjon. Oksidasjon Atomer gir fra seg elektroner. Dette skjer ved anoden Reduksjon Atomer tar opp elektroner. Dette skjer ved katoden. Elektrolytt Ioneløsning. Har den egenskapen at de leder strøm Elektrokjemisk spenningsrekke Ulike metaller har ulik evne til å holde på elektronene. De metallene som sterkest holder på elektronene står høyt oppe på spenningsrekken, og de som kan frarøves elektroner med lavere spenning står lenger nede Anode Den negative polen på batteiet. Gir fra seg elektroner til fordel for katoden. Ved Anoden foregår Oksidasjon (vokaler A og O) Katode Den positive polen på batteriet. Trekker til seg elektroner fra anoden. Ved Katoden foregår Reduksjon (konsonanter K og R) Treverdig jernoksid Treverdig aluminiumoksid Oksidasjonstall Thermite hvordan aluminium og jern binder opp like mye oksygen, men at det er energiforskjell mellom disse to formene, noe som frigjør varme og lar det være igjen smeltet jern og aluminiumoksid. 20

22 Forarbeid VilVite utarbeider en PowerPoint presentasjon som og går gjennom begreper som er sentrale på tema. Her vil også begrepet biologisk korrosjon behandles. Presentasjonen legges ut på for bruk i forberedelse til besøket ved vilvite. Etterarbeid Klassen gjør forsøk med hermetikkbokser. Det er om å gjøre å få boksen til å ruste mest på en uke. Alle har hver sin boks, og bruker alt de har lært til å bryte ned boksen raskest mulig. Elevene lager seg hypotese om hvorfor akkurat denne metoden bør få boksen til å ruste raskest. Eksempler på ting som kan gjøres er å gløde boksene, legge dem i saltvann, syre, tilføre klor i vannet, feste til en katode, enten med strøm, eller et edlere metall enn jern, varme opp vannet, tilføre mer oksygen. Rustprosessen evalueres etter en uke, og boksen som er mest rusten skal studeres ekstra nøye, både med tanke på miljø og med tanke på selve boksen. Elevene skal så snu det på hodet og lage et forslag på hvordan boksen kan unngå å ruste. Dette med tanke på hvilken væske den legges i og annet som kan gjøres med boksen for å få den til å stå imot lengst mulig. Lag en liste over mulige tiltak. Forslag kan være, å male den, feste anode på den, ha den i rent vann, basisk miljø, oksygenfattig miljø, lav temperatur, lite strømning, lage et tett oksidbelegg på den. 21

23 Læringsprogram Allmennfag Program for allmennfaglig studieretning Programmet lærer elevene hvordan de kjemiske prosessene foregår på atomnivå mellom jern og oksygen. Steg for steg gjennom skoleprogrammet: Stålull legges i oksygenfattig vann. Elevene rører forsiktig rundt uten å blande luft ned i vannet. Ingenting skjer av betydning. Det tilsettes salt, og røres igjen forsiktig rundt. Ingenting skjer av betydning. Det blåses luft gjennom stålullen så det bobler ut i vannet. Vannet begynner straks å endre farge, og få et svakt gyllent skjær. Vi blir ved å blåse luft i vannet og vannet blir mer og mer farget. Til sist plukkes stålullen ut og vi ser på den og hvordan den er blitt preget av den kjemiske prosessen som har pågått. Vi studerer rustdannelsen og stålulldotten som er tatt ut av glasset, og rusten som er konsentrert i den. Forsøket gjentas, men denne gangen har vi satt 9 volt spenning på stålulldotten, tvunnet godt fast. Negativ pol på stålullen og positiv ut i glasset, skjermet fra hverandre med litt plast. Denne gangen er det vanskelig å få noe særlig farge på vannet. Teorien blir så behandlet ved hjelp av animasjoner i en PowerPoint. Disse viser hvordan jern blir til jernoksid, og hvordan denne prosessen kan dempes ved ulike 22

24 former for rustbeskyttelse. Vi tar da opp følgende: sinkanode og galvanisering, påtrykket spenning, skjerming ved bruk av maling. Til sist lager vi en liten thermite prosess, og forklarer hvordan den fungerer, Spenningsforskjeller mellom aluminiumoksid og jernoksid, og hvordan dette driver reaksjonen. Klassen får med seg jernklumpen som dannes i prosessen. Dette er et demonstrasjonsforsøk, som gjøres bak en skjerm som tar av for de farlige strålene så ingen blir sveiseblinde. Alternativt må alle ha dertil egnede vernebriller. 23

25 Fagtermer Korrosjonstrekanten Alle disse tre feltene må være til stede for å få korrosjon. Oksidasjon Atomer gir fra seg elektroner. Dette skjer ved anoden Reduksjon Atomer tar opp elektroner. Dette skjer ved katoden. Elektrolytt Ioneløsning. Har den egenskapen at de leder strøm Elektrokjemisk spenningsrekke Ulike metaller har ulik evne til å holde på elektronene. De metallene som sterkest holder på elektronene står høyt oppe på spenningsrekken, og de som kan frarøves elektroner med lavere spenning står lenger nede Anode Den negative polen på batteiet. Gir fra seg elektroner til fordel for katoden. Ved Anoden foregår Oksidasjon (vokaler A og O) Katode Den positive polen på batteriet. Trekker til seg elektroner fra anoden. Ved Katoden foregår Reduksjon (konsonanter K og R) Treverdig jernoksid Treverdig aluminiumoksid Oksidasjonstall Thermite hvordan aluminium og jern binder opp like mye oksygen, men at det er energiforskjell mellom disse to formene, noe som frigjør varme og lar det være igjen smeltet jern og aluminiumoksid. 24

26 Forarbeid VilVite utarbeider en PowerPoint presentasjon som og går gjennom begreper som er sentrale på tema. Her vil også begrepet biologisk korrosjon behandles. Presentasjonen legges ut på for bruk i forberedelse til besøket ved vilvite. Etterarbeid Klassen gjør forsøk med hermetikkbokser. Det er om å gjøre å få boksen til å ruste mest på en uke. Alle har hver sin boks, og bruker alt de har lært til å bryte ned boksen raskest mulig. Elevene lager seg hypotese om hvorfor akkurat denne metoden bør få boksen til å ruste raskest. Eksempler på ting som kan gjøres er å gløde boksene, legge dem i saltvann, syre, tilføre klor i vannet, feste til en katode, enten med strøm, eller et edlere metall enn jern, varme opp vannet, Rustprosessen evalueres etter en uke, og boksen som er mest rusten skal studeres ekstra nøye, både med tanke på miljø og med tanke på selve boksen. Elevene skal så snu det på hodet og lage et forslag på hvordan boksen kan unngå å ruste. Dette med tanke på hvilken væske den legges i og annet som kan gjøres med boksen for å få den til å stå imot lengst mulig. Lag en liste over mulige tiltak. Forslag kan være, å male den, feste anode på den, ha den i rent vann, basisk miljø, oksygenfattig miljø, lav temperatur, lite strømning, lage et tett oksidbelegg på den. 25

27 Temaløype yrkesfag Løype i utstillingen hos VilVite Løs oppgavene ved å gå til den aktuelle exhibiten og finn svaret enten ved å reflektere eller studere hva som står skrevet på den eller vitepunktet som omhandler den. Gruppe en starter med oppgave 1, gruppe to med oppgave 2 osv. Oppgave 1 a. Hvorfor har den delen av jernet som rammes både av flo og fjære større problemer med korrosjon enn den delen som hele tiden er i vannet? b. Det ene fyrlyset har påtrykket en spenning, det andre ikke. Hvilken effekt har spenningen på korrosjonen? c. Hvilke andre installasjoner på havet finner dere eksempler på som har slik korrosjonsbeskyttelse? Oppgave 2 Benytt exhibiten Batteriet. a. Hvilken pol er anode, og hvilken pol er katode? b. Hvilket metall brukes som anode og hvilket brukes som katode? c. Hvilken plate blir spist opp når batteriet blir brukt opp, og hvilken plate legger på seg? Oppgave 3 Studer lakkoverflaten til bildøren med mikroskopet. a. Hva er hensikten med maling og lakk med tanke på korrosjon? b. Hvilken effekt har poleringen? c. Hvorfor bruker vi grunning under lakken? Oppgave 4 Påhengsmotoren er påmontert et metall for å beskytte mot korrosjon. a. Hva kalles denne metalldelen? b. Hvorfor er metallet plassert under vann, i nærheten av propellen? c. Hva skjer med dette metallet? d. Hvilken egenskap ved dette metallet gjør at det beskytter motoren mot korrosjon? e. Hvilke andre tiltak er gjort for å beskytte motoren mot korrosjon? Oppgave 5 Det er stillet opp seks metaller i vilkårlig rekkefølge. Metallene har ulik evne til å holde på elektroner. a. Skriv opp metallene i rekkefølge slik at de som er dårligst til å holde på elektroner kommer først, og de som er best til å holde på elektroner kommer sist. b. Hva kalles denne rekken med metaller som er ordnet slik? c. Hvis du skulle lage et batteri med størst mulig spenning, og hadde disse seks metallene tilgjengelig, hvilke to metaller ville du brukt? 26

28 Temaløype allmennfag Løype i utstillingen hos VilVite Løs oppgavene ved å gå til den aktuelle exhibiten og finn svaret enten ved å reflektere eller studere hva som står skrevet på den eller vitepunktet som omhandler den. Gruppe en starter med oppgave 1, gruppe to med oppgave 2 osv. Oppgave 1 d. Hvorfor har den delen av jernet som rammes både av flo og fjære større problemer med korrosjon enn den delen som hele tiden er i vannet? e. Det ene fyrlyset har påtrykket en spenning, det andre ikke. Hvilken effekt har spenningen på korrosjonen? Oppgave 2 Benytt exhibiten Batteriet. d. Hvilke egenskaper ved kobberioner og sink får det til å gå strøm? e. Minus og plusspolen har hvert sitt tilnavn. Hva er de? f. Hvordan beveger ladningene seg ut av batteriet? g. Hvordan beveger ladningene seg inni batteriet? Oppgave 3 Studer lakkoverflaten til bildøren med mikroskopet. d. Hva er hensikten med maling og lakk med tanke på korrosjon? e. Hvilken effekt har poleringen? f. Hvorfor bruker vi grunning under lakken? Oppgave 4 Påhengsmotoren er påmontert et metall for å beskytte mot korrosjon. f. Hva kalles denne metalldelen? g. Hvorfor er metallet plassert under vann, i nærheten av propellen? h. Hva skjer med dette metallet? i. Hvilken egenskap ved dette metallet gjør at det beskytter motoren mot korrosjon? j. Hvilke andre tiltak er gjort for å beskytte motoren mot korrosjon? Oppgave 5 Det er stillet opp seks metaller i vilkårlig rekkefølge. Metallene har ulik evne til å holde på elektroner. d. Skriv opp metallene i rekkefølge slik at de som er dårligst til å holde på elektroner kommer først, og de som er best til å holde på elektroner kommer sist. e. Hva kalles denne rekken med metaller som er ordnet slik? f. Hvis du skulle lage et batteri hvor hver celle måtte levere 1 volt, hvilke to metaller ville du brukt? g. Hvilken funksjon har din egen kropp i det batteriet som nå lager strømmen som gir utslag på måleinstrumentet? 27