הולכת חשמל במתכות

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫נושא‪ :‬חומרים ותכונותיהם‪ /‬כיתה ה'‬

‫הולכת חשמל במתכות‬

‫אתגר‬ ‫לפניכם סרטון המציג המצאה טכנולוגית שעושה שימוש באחת מתכונות המתכות‪ .‬העט הומצא‬ ‫במעבדה הטכנולוגית ‪ MIT‬במסצ'וסטס‪ ,‬ארה"ב‪ .‬צפו בסרטון ורשמו במהלך הצפייה באיזו תכונה‬ ‫משתמשים בסרטון?‬

‫העט המוליך‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫מה נחקור?‬ ‫נערוך תצפית שמטרתה לבדוק הולכת חשמל במתכות שונות (נחושת‪ ,‬ברזל‪ ,‬אלומיניום)‬ ‫וחומרים אחרים (עץ‪ ,‬זכוכית‪ ,‬פלסטיק)‪ ,‬נמדוד את עוצמת הזרם החשמלי העוברת במעגל דרך‬ ‫החומרים השונים‪ .‬נשווה בין התוצאות המתקבלות ונמיין את החומרים שנבדקו לשתי קבוצות‪:‬‬ ‫מוליכים‪( :‬חומרים שעובר דרכם זרם חשמלי) ומבודדים‪( :‬חומרים שלא מאפשרים מעבר של‬ ‫זרם חשמלי)‪.‬‬

‫ציוד וחומרים‬ ‫‪‬‬

‫טאבלט אינשטיין‪ +‬או לאבמייט איינשטיין‪+‬‬

‫‪‬‬

‫חיישן זרם (‪)+250 mA‬‬

‫‪‬‬

‫פס או מוט ברזל‬

‫‪‬‬

‫פס או מוט נחושת‬

‫‪‬‬

‫פס או מוט אלומיניום‬

‫‪‬‬

‫פס או מוט עץ‬

‫‪‬‬

‫פס או מוט זכוכית‬

‫‪‬‬

‫פס או מוט פלסטיק‬

‫‪‬‬

‫מרכיבי מעגל חשמלי‪ :‬סוללה (‪ ,)1.5V‬נורה (‪ ,)1.5V‬חוטי חשמל (‪.)2‬‬ ‫הערה‪ :‬יש לבחור מוטות או פסים זהים בגודלם וצורתם זה לזה‪.‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫הולכת חשמל היא תכונה של חומר‪ .‬חומר מבדד אינו סוגר מעגל חשמלי‪ .‬חומר מוליך סוגר‬ ‫מעגל חשמלי‪.‬‬ ‫שערו אילו חומרים יסגרו את המעגל החשמלי ? ואילו חומרים לא יסגרו את המעגל החשמלי?‬

‫ביצוע הניסוי‬

‫‪ .1‬חברו את חיישן הזרם‪.‬‬ ‫‪ .2‬לפני תחילת המדידות יש לאפס את חיישן הזרם‪ :‬לחצו על כפתור ההגדרות הנמצא ליד‬ ‫החיישן ולחצו על איפוס (‪)set zero‬החיישן‪.‬‬ ‫‪ .3‬הגדירו את מערך אוגר הנתונים‪.‬‬

‫מערך אוגר הנתונים‬ ‫זרם (‪)+250 mA‬‬ ‫קצב הדגימה‪:‬‬

‫‪ 1‬בשנייה‬

‫משך הדגימה‪:‬‬

‫‪ 20‬שניות‬

‫‪ .4‬חברו אל חיישן הזרם נורה וסוללה‪ ,‬בנו מעגל חשמלי סגור ובדקו את תקינות מרכיביו‬ ‫(הנורה דולקת‪ ,‬עובר זרם חשמלי במעגל)‪.‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫‪ .5‬הוסיפו למעגל החשמלי שהרכבתם כל פעם אחד מהחומרים הבאים‪ :‬ברזל‪ ,‬נחושת‪,‬‬ ‫אלומיניום‪ ,‬עץ‪,‬זכוכית‪,‬פלסטיק ובדקו ‪:‬‬

‫‪‬‬

‫האם הנורה דולקת?‬

‫‪‬‬

‫מה עוצמת הזרם חשמלי העוברת במעגל?‬

‫‪ .6‬השלימו את טבלת מוליכות החשמל של החומרים שבדקתם במהלך ביצוע הניסוי‪.‬‬ ‫‪ .7‬בצעו חזרה על המדידות (סעיפים ‪ )5-8‬למניעת טעויות מדידה ולהגדלת מהימנות הניסוי ‪.‬‬

‫עיבוד נתונים‬ ‫‪ -mA‬מיליאמפר= אלפית האמפר ‪1/1000‬‬

‫השלימו את הטבלה ‪:‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫עוצמת‬ ‫הזרם‬ ‫החשמלי‬ ‫שעוברת‬ ‫במעגל‬ ‫(‪-mA‬מילי‬ ‫אמפר)‬

‫החומר‬

‫ברזל‬ ‫אלומיניום‬ ‫נחושת‬ ‫פלסטיק‬ ‫עץ‬ ‫זכוכית‬

‫נורה דולקת‬ ‫במעגל‬

‫מעגל חשמלי‬ ‫סגור‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫כן‪/‬לא‬

‫תוצאות ומסקנות‬ ‫‪ .1‬רשמו את שמות החומרים בהם הנורה דלקה והמעגל החשמלי היה סגור‪.‬‬ ‫‪ .2‬האם עוצמת הזרם שעברה דרך החומרים הללו היתה יחסית‪ :‬גבוהה ‪ /‬זניחה‬ ‫‪ .3‬רשמו את שמות החומרים בהם הנורה לא דלקה והמעגל החשמלי היה פתוח ‪.‬‬ ‫‪ .4‬האם עוצמת הזרם שעברה בחומרים הללו היתה יחסית‪ :‬גבוהה ‪ /‬זניחה‬ ‫‪ .5‬מיינו את החומרים שמדדתם לשתי קבוצות‪ :‬חומרים מוליכים‪( :‬חומרים שמעבירים זרם‬ ‫חשמלי ) וחומרים מבודדים (חומרים שאינם מאפשרים מעבר זרם חשמלי)‪.‬‬

‫מוליכים‬

‫מבודדים‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫דיון במליאה‬ ‫‪ .6‬הסבירו למה מתכוונים כשאומרים על חומרים שהם "מוליכים"?‬ ‫‪ .7‬הסבירו למה מתכוונים כשאומרים על חומרים שהם "מבודדים"?‬ ‫המשגת התופעה ‪ :‬הולכת חשמל‬ ‫‪ .8‬נסו להגדיר את תופעת הולכת החשמל‪ ,‬התייחסו לכל סוגי החומרים‪ ,‬לתכונת המוליכות‬ ‫החשמלית ולהכללתם כקטגוריה בעלת תכונות משותפות‪.‬‬ ‫‪ .9‬כיצד ניתן לנצל את התכונה של הולכת חשמל בחיי היומיום?‬ ‫‪ .10‬כיצד ניתן לנצל את התכונה של מבודדים בחיי היומיום?‬

‫יישום‬ ‫‪ .1‬הקיפו את המעגלים החשמליים שיעבור בהם זרם חשמלי והנורה תאיר‪:‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫‪.2‬‬

‫"סוגרים מעגל" התנסות וירטואלית בפעילות‪ :‬מוליכים ומבודדים‬

‫רקע מדעי‬ ‫הולכת חשמל היא היכולת של חומרים להעביר זרם חשמלי דרכם‪ .‬התכונה של העברת‬ ‫הזרם החשמלי נקראת מוליכות חשמלית‪ .‬ישנם חומרים בטבע אשר מוליכים (מעבירים) זרם‬ ‫חשמלי דרכם‪ ,‬החומרים הללו נקראים "מוליכים"( למשל‪ :‬נחושת‪ ,‬אלומיניום‪ ,‬ברזל)‪ ,‬מוליכים‬ ‫המחוברים ברצף למרכיבי מעגל חשמלי (מקור חשמלי‪ ,‬מוצר חשמלי‪ ,‬חוטי חשמל)‪ ,‬יוצרים מצב‬ ‫הנקרא‪" :‬מעגל חשמלי סגור"‪ .‬ישנם חומרים שאינם מאפשרים מעבר של זרם חשמלי דרכם‪,‬‬ ‫חומרים אילו נקראים מבודדים (למשל‪ :‬פלסטיק‪ ,‬זכוכית‪ ,‬עץ)‪ ,‬מבודדים המחוברים ברצף‬ ‫למרכיבי מעגל חשמלי (מקור חשמלי‪ ,‬מוצר חשמלי‪ ,‬חוטי חשמל)‪ ,‬יוצרים מצב הנקרא‪":‬מעגל‬ ‫חשמלי פתוח"‪ .‬כל המתכות מוליכות חשמל טוב‪ ,‬אך מידת המוליכות שלהן שונה‪ .‬ניתן לדרג את‬ ‫החומרים המוליכים חשמל על‪-‬פי מידת המוליכות החשמלית שלהם‪ ,‬ממוליכים טובים ועד‬ ‫למוליכים גרועים‪ .‬האדם מנצל את התכונה של מוליכות חשמל לתועלתו למשל‪ ,‬שימוש במתכת‬ ‫הנחושת (נפוצה מאוד בטבע וזולה יותר מכסף) לייצור כבלים וחוטי חשמל להעברת החשמל‬ ‫לבית ולהעברת חשמל במוצרי חשמל‪ .‬האדם מנצל את התכונה של חומרים מבודדים לתועלתו‬ ‫למשל שימוש בחומר פלסטיק (אינו מוליך חשמל) בשקעים הביתיים כהגנה מפני התחשמלות‪.‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫מתוך מסמך ההתנסויות לכיתה ה'‬ ‫רעיונות ודגשים‬

‫‪‬‬

‫מיומנויות‬

‫‪‬‬

‫איסוף נתונים על תכונות המתכות‬

‫‪‬‬

‫ארגון מידע בטבלה על התכונות שנבדקו‬

‫‪‬‬

‫השוואה בין המתכות הבניית הכללות על מאפייני המתכות‬

‫‪‬‬

‫תכונות משותפות ותכונות ייחודיות‬

‫ההתנסות‪-‬‬

‫‪‬‬

‫אפיון חומרים ‪ :‬מתכות‬

‫הניסוי‪/‬התצפית‪/‬תהליך‬

‫‪‬‬

‫אפיון המתכות יעשה באמצעות זיהוי תכונותיהן בסדרת פעולות על מוט‬

‫חומרים ותכונותיהם‪:‬‬ ‫חומרים מאופיינים על פי ההרכב ‪ -‬המקור‪ ,‬התכונות הכימיות‬ ‫והפיזיקליות‪.‬‬

‫טכנולוגי‪/‬דגם‬

‫מתכת וחוט מתכת ותצפית עליהן‪.‬‬ ‫‪‬‬

‫התנסות תלמידים‬

‫‪‬‬

‫ציוד וחומרים‪ :‬מוט וחוט מתכת‪) :‬נחושת‪ ,‬חמרן‪ ,‬ברזל‪ ,‬בדיל(‪ ,‬נייר חמרן‪,‬‬ ‫נורה‪ ,‬סוללה‪ ,‬חוטי חשמל‪ ,‬נייר לטש‪ ,‬כוס עם מים חמים‬

‫‪‬‬

‫השוואה בין תכונות המתכות‪ :‬נחושת‪ ,‬אלומיניום‪ ,‬חמרן‪ ,‬ברזל‪ ,‬בדיל‬

‫‪‬‬

‫תכונות הנבדקות‪:‬‬

‫‪‬‬

‫צבע ‪ :‬תיאור צבע המתכות‪.‬‬

‫‪‬‬

‫מצב צבירה‪ :‬ציון מצב הצבירה של המתכות בטמפרטורת החדר‪.‬‬

‫‪‬‬

‫מוליכות חום‪ :‬טבילת קצה מוטות המתכת במים חמים ובדיקת תחושת‬

‫‪‬‬

‫החום בקצה המוט שנמצא מעל פני המים‪.‬‬

‫‪‬‬

‫קשיות‪ :‬חריצת המתכת באמצעות ציפורן האצבע‪/‬מסמר ותאור החריצה‬ ‫)נחרץ או לא נחרץ(‬

‫‪‬‬

‫ברק‪ :‬שיוף המתכות באמצעות נייר לטש ותאור מידת הברק‬

‫‪‬‬

‫מוליכות חשמלית‪ :‬חיבור המתכות למעגל חשמלי (נורה חשמלית‬ ‫סוללה)‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫‪‬‬

‫וחוטי חשמל) ובדיקה הארה של הנורה במעגל‬

‫‪‬‬

‫ניתנות לכיפוף‪ :‬כיפוף חוט המתכת ומוט המתכת ותאור מידת הכיפוף‬ ‫(ניתן לכיפוף‪/‬אינו ניתן לכיפוף(‬

‫‪‬‬

‫ניתנות לריקוע‪ :‬ריקוע על גבי נייר חמרן‬ ‫יש להשתמש בבדיל נטול עופרת‬

‫הצעות למקורות‬ ‫תומכים‬

‫‪‬‬

‫מדע וטכנולוגיה לכתה ה' הוצאת רמות אוניברסיטת תל אביב עמודים‬ ‫‪40-41‬‬

‫‪‬‬

‫מסע מדע ה' הוצאת כינרת עמודים ‪44-47‬‬

‫‪‬‬

‫מדע בעידן טכנולוגי חלק חמישי ‪,‬הוצאת רכס עמודים ‪24-25‬‬

‫‪imagine explore learn‬‬ ‫•‬

‫•‬