Modul nr. 1605 Solceller Tilknyttet rom: Newton Larvik
1605 Newton håndbok - Solceller Side 2 Kort om denne modulen Modulen passer best for vg1, og har solceller som gjennomgående tema. Det benyttes varierte, elevaktive læringsformer. Den entreprenørielle tilnærmingen gjør lærestoffet lettere å fatte. I tillegg til kunnskap om solceller får elevene med seg grunnleggende forståelse av periodesystemet, elektrisitet, stråling, energi, drivhuseffekten og matematisk modellering. De får praktisk trening i alle kompetansemålene i Forskerspiren. Modulen kan brukes på både studiespesialisering og yrkesfag. Den kan også enkelt tilpasses til programfaget Fysikk 1 på studiespesialisering, realfag. Praktisk informasjon At forarbeidet blir gjort er en forutsetning for at elevene skal få en god opplevelse av mestring og læring. Dette er faglærers ansvar. Elevene trenger ikke å ha med sin egen pc til newtonrommet. Under oppholdet i Larvik newtonrom forventes det at faglærer i naturfag er med klassen og deltar aktivt som lærer. Faglærer bør ha fokus på: * Læringsforhold som gjelder enkeltelever * Oppfølging i forhold til orden og adferd * Praktisk tilrettelegging * Å lære selv, få kunnskaper og ideer som kan brukes i etterarbeidet og ellers. Matpausen foregår i rommet. Elevene må ta med matpakke, da det ikke er kantine eller butikk på området. Newtonlærer vil gi faglærer/kontaktperson på skolen informasjon om tidspunkt etc. i forkant av besøket. Newtonlærer ønsker tilbakemelding på opplegget og faglærers opplevelse i rommet og vil i etterkant av besøket sende ut en surveymonkey undersøkelse som vi håper det svares på. Modulplan Forarbeid i skolen I Newton-rommet 1030- Elevene møter opp utenfor inngangen til Newtonrom Larvik sammen med faglærer. 1035-Elevene blir vist inn og får litt praktisk informasjon. 1055-Første forsøk med solceller starter. Tema "bli kjent med utstyret" og "hva skjer inni solcella" 1130- samling der vi gjennomgår noe av det elevene har funnet ut om solceller og snakker litt om bruk av solceller i hverdagen 1145-Oppdrag 2: Hvordan endrer effekten til solcellen seg ved varierende avstand til lyskilden? 1215- lunchpause. Elevene må ta med matpakke som spises i rommet.
1605 Newton håndbok - Solceller Side 3 1245- Teori-sesjon. Hvordan er solcellene bygget opp og hvordan virker dem. Trekker inn ny kunnskap om solceller. 1300- Andre runde med forsøk. Oppdrag 3: Hvordan påvirker vinkelen på lysinnstråling effekten til solcellene. Oppdrag 4: Hvordan påvirker ulike fargede filtre effekten til solcellene. 1400- samling der vi diskuterer resultat og prøver å konkludere og evaluere forsøkene. 1415- elevene bruker tid på å ferdigstille rapporten fra dagen og laste opp ette på It's Learning. 1430- Quiz,- hvor mye husker du fra dagens tema? 1445- opprydding og premieutdeling 1500- takk for i dag! Etterarbeid i skolen
1605 Newton håndbok - Solceller Side 4 Didaktisk plan for for- og etterarbeid Forarbeid Kort beskrivelse Forarbeidet består av ulike deler, der læringsmålene er: Elevene skal forstå hva man bruker solceller til Elevene skal kunne begrunne hvorfor man bruker solceller Elevene skal kunne forklare hovedtrekk i virkemåten til solceller Elevene skal kunne forklare begrepene effekt og virkningsgrad For å nå læringsmålene, kan det være nødvendig å repetere grunnleggende kjemi (atomets oppbygging) og elektrisitet ( Strøm, spenning, motstand, effekt) Kompetansemål med læringsmål - Eleven skal kunne forklare hva elektrisk strøm og spenning er - Eleven skal kunne bruke begrepene atom, elektron, ladning, elektronparbinding og elektronskall - Eleven skal kunne bruke åtteregelen til å forklare positive hull og frie elektroner i solcella, og ut fra dette kunne gi en forenklet forklaring på hvorfor det er spenning mellom de to platene i en solcelle - Eleven skal kunne bruke energibegrepet til å forklare hvordan sollyset holder i gang strømmen i solcellekretsen -Eleven skal kunne redegjøre for sammenhengen mellom bølgelengde, frekvens og energi i elektromagnetisk stråling. -Eleven skal ha kjennskap til det elektromagnetiske spekteret. -Eleven skal kjenne til begrepene valensbånd, ledningsbånd og båndgap. -Eleven skal kunne forklare hva krystallstruktur er. -Eleven skal kunne redegjøre for hovedtrekkene i hvordan en silisiumbasert solcelle lages. Eleven skal kunne bruke dataloggerutstyr og matematisk modellering i forsøk. -Eleven skal kunne planlegge og gjennomføre undersøkelser av strøm og spenning fra solceller i samarbeid med andre. -Eleven skal kunne utføre målinger av strøm og spenning og vurdere usikkerhet og feilkilder. Gjennomføring og metodikk
1605 Newton håndbok - Solceller Side 5 1) Begynn med å se denne filmen om hvorfor man trenger forskning på solceller (fra NRK skole): https://www.nrk.no/skole/?mediaid=21444&page=search&q=energi 2) Gå gjennom oppbyggingen av en silisium-solcelle og forklar i hovedtrekk hvordan denne fungerer. Bruk gjerne filmen fra ndla som utgangspunkt: https://www.youtube.com/watch?v=oe_yqded2eg Viktig begreper som elevene må kunne for å beskrive virkemåte og oppbygging av solcelle: Elektron Ladning (n-/p-)dopet Elektrisk felt Fotoner Strøm Få elevene til å finne argumenter for bruk av solceller. Her bør skillet mellom fornybare og ikke-fornybare ressurser, energiutnyttelse, forurensning og tilgjengelighet nevnes. Gå gjennom begrepene effekt (Watt) og virkningsgrad (%). Relater begrepet effekt til lyspærer, moped-motorer etc. som elevene har et forhold til. La elevene beregne virkningsgrad når effekt-tall er oppgitt (øve på regneferdighetene).
1605 Newton håndbok - Solceller Side 6 Eksempel (hentet fra NDLA): a)en elektromotor er stemplet med en avgitt effekt på 1200W. Fra strømnette trekker motoren en effekt på 1500W. Hva er motorens virkningsgrad? b)hvor stort solcelleareal ville være nødvendig for å produsere all elektrisk kraft (118 TWh/år) fra solceller i Norge, når vi vet at maksimal virkningsgrad for til en solcelle av polykrystallinsk silisium er 16 %? Oppgi svaret i km2 Vedlegg til aktivitet Lærerveiledning Larvik(gammel versjon) Etterarbeid Kort beskrivelse 1. Rapport fra dagen i Newtonrommet bør gås gjennom i etterkant. Helst bør elevene få bruke tid på å skrive en full labrapport på ett av forsøkene i Newtonrommet som blir vurdert. 2. Gjør en oppsummering i klassen over hovedpunktene. Test om elevene fortsatt husker teorien fra forarbeidet, og om de har skjønt hovedprinsippene for beregning av virkningsgrad og hvilken betydning dette har for omgivelsene. 3. Etter besøket i newtonrommet vil det passe å arbeide videre enten med Stråling og radioaktivitet eller med Energi for framtiden. Kompetansemål med læringsmål - Eleven skal kunne forklare hva elektrisk strøm og spenning er - Eleven skal kunne bruke begrepene atom, elektron, ladning, elektronparbinding og elektronskall - Eleven skal kunne bruke åtteregelen til å forklare positive hull og frie elektroner i solcella, og ut fra dette kunne gi en forenklet forklaring på hvorfor det er spenning mellom de to platene i en solcelle - Eleven skal kunne bruke energibegrepet til å forklare hvordan sollyset holder i gang strømmen i solcellekretsen -Eleven skal kunne redegjøre for sammenhengen mellom bølgelengde, frekvens og energi i elektromagnetisk stråling. -Eleven skal ha kjennskap til det elektromagnetiske spekteret. -Eleven skal kjenne til begrepene valensbånd, ledningsbånd og båndgap. -Eleven skal kunne forklare hva krystallstruktur er. -Eleven skal kunne redegjøre for hovedtrekkene i hvordan en silisiumbasert solcelle lages. Eleven skal kunne bruke dataloggerutstyr og matematisk modellering i forsøk.
1605 Newton håndbok - Solceller Side 7 -Eleven skal kunne planlegge og gjennomføre undersøkelser av strøm og spenning fra solceller i samarbeid med andre. -Eleven skal kunne utføre målinger av strøm og spenning og vurdere usikkerhet og feilkilder. Gjennomføring og metodikk Faglærer sørger for at elevene får tid til å gjøre ferdig rapporter/plakater fra forsøk og får veiledning i dem, særlig i drøftingen. Gir tilbakemelding på resultatene, både plakatene/rapportene og svar på Viten.no. Elevparene lager plakatmontasje fra et forsøk i henhold til skjema, og henger det på veggen på anvist plass. Spør eventuelt faglærer om veiledning, eller send en mail til newtonlærer. Ser om svaret som ble gitt på viten-- før besøket bør korrigeres. Spiller holmgang til det er spilt mot minst tre personer. Vedlegg til aktivitet
1605 Newton håndbok - Solceller Side 8 Forankring i læreplanene i Kunnskapsløftet (LK 06) - Eleven skal kunne forklare hva elektrisk strøm og spenning er - Eleven skal kunne bruke begrepene atom, elektron, ladning, elektronparbinding og elektronskall - Eleven skal kunne bruke åtteregelen til å forklare positive hull og frie elektroner i solcella, og ut fra dette kunne gi en forenklet forklaring på hvorfor det er spenning mellom de to platene i en solcelle - Eleven skal kunne bruke energibegrepet til å forklare hvordan sollyset holder i gang strømmen i solcellekretsen -Eleven skal kunne redegjøre for sammenhengen mellom bølgelengde, frekvens og energi i elektromagnetisk stråling. -Eleven skal ha kjennskap til det elektromagnetiske spekteret. -Eleven skal kjenne til begrepene valensbånd, ledningsbånd og båndgap. -Eleven skal kunne forklare hva krystallstruktur er. -Eleven skal kunne redegjøre for hovedtrekkene i hvordan en silisiumbasert solcelle lages. Eleven skal kunne bruke dataloggerutstyr og matematisk modellering i forsøk. -Eleven skal kunne planlegge og gjennomføre undersøkelser av strøm og spenning fra solceller i samarbeid med andre. -Eleven skal kunne utføre målinger av strøm og spenning og vurdere usikkerhet og feilkilder.