9789140646363

Lyckad

NO

Magnetism och elektricitet John Stringer Lars Nilsson

Innehåll Magneter och elektricitet Om arbetsbladen Kommentarer till arbetsbladen

5 7 9

MAGNETISM Magnetit Hur fungerar en magnet?

Vilka metaller är magnetiska?

Den starkaste magneten Det indiska reptricket Tillverka en magnetisk kompass Magnetfiske Roliga ansikten Sortera mynt Tillverka en elektromagnet Kan magneter verka genom vatten?

Magneter runt omkring oss

Blad 1 Blad 2 Blad 3 Blad 4 Blad 5 Blad 6 Blad 7 Blad 8 Blad 9 Blad 10 Blad 11 Blad 12

ELEKTRICITET Tillverka ett batteri Gör det enkelt En sluten krets Strömbrytare Sätt på strömmen Olika kopplingar Gör din egen elektricitet Gör en elmätare Hur ritar du en krets Elektricitet och magnetism Frågor, frågor

Blad 13 Blad 14 Blad 15 Blad 16 Blad 17 Blad 18 Blad 19 Blad 20 Blad 21 Blad 22 Blad 23

STATISK ELEKTRICITET Ska ingenstans Statisk elektricitet Dansande dockor Salt och peppar Jag är på TV! Lyfta sig i håret

Blad 24 Blad 25 Blad 26 Blad 27 Blad 28 Blad 29

Till läraren

Magneter och elektricitet Magnetism Magneter är magiska, mystiska och något eleverna gillar. De är också utmärkta föremål för undersökningar, allt du behöver är några väl valda frågor.

Det är bara metallegeringar som innehåller järn, som stål, samt nickel och kobolt, som är magnetiska.

Andra metaller är det inte, inte heller ickemetalliska föremål.

Magnetit, en naturligt förekommande magnet, är en sten innehållande järnoxid. Det finns alltså järn i den. Moderna magneter görs av legeringar med järn, kobolt och nickel. Dessa magneter är vanligtvis mycket kraftiga.

Att tillverka en magnet Man kan föreställa sig att ämnen som järn består av oräkneliga små bitar, som var och en är magnetisk.

Vanligtvis är dessa bitar riktade slumpvis, som människor som trängs i ett rum. När järnet görs magnetiskt vänds alla dessa små bitar åt samma håll.

Det är som om man öppnade ett fönster i en ände av rummet och alla vände sig mot det. Man kan se att alla de som står närmast fönstret, och de som står längst bak, inte har någon framför, respektive bakom sig. De magnetiska bitarna vid vår magnets ändar har ingen bit framför, respektive bakom sig.

De är magnetens poler, där den magnetiska kraften är starkast.

Så vart tar magnetismen vägen?

Hetta upp en magnet, slå den hårt mot något eller tappa den i golvet ett antal gånger, och alla magnetiska bitar vänder sig slumpvis igen. Magneten försvagas eller förstörs. Så det är en bra idé att förvara magneterna med särskilda hållare. Dessa för samman ändarna/polerna av två magneter och säkrar att den magnetiska kraften behålls. Magneterna kommer på detta sätt att vara mycket längre.

Kompassen Magneter kan skjuta på eller dra på avstånd. De behöver inte vidröra något för att verka.

För 400 år sedan kom vetenskapsmannen William Gilbert med ett dramatiskt förslag. Han hade

MAGNETER OCH ELEKTRICITET – Lärarhandledning

studerat hur magneter vänder sig i en nordsydlig riktning. Detta skulle hända, hävdade han, om jorden i sig själv var en stor magnet.

Han hade rätt. Runt varje magnet finns det ett område, ett fält, där magnetens osynliga kraft verkar. Jorden har sitt eget magnetiska fält. Den har poler, precis som alla andra magneter, vilka dock inte är exakt samma platser som Nord- och Sydpolen.

En kompass har en magnetisk nål som är placerad så att den kan rotera fritt. En pol på denna nål kommer alltid att peka mot norr. Var du än är på jorden kan du med hjälp av en fritt roterande magnet hitta norr och söder.

Elektromagneter Elektromagneter är magneter som kan kopplas på och av. När strömmen slås på skapar spolen ett magnetfält. När strömmen slås av reduceras magnetismen.

Det finns hundratals elektromagneter runt dig.

De finns i motorerna i dina köksredskap, i fönsterhissarna och vindrutetorkarna på bilen, och i många elektriska lås och omkopplare.

Elektricitet Säkerhet Eleverna ska inte handskas med vår vanliga hushållsel i tidig NO, möjligtvis med undantag för transformatorer, men då ska eleverna först introduceras i hur dessa används. De kommer i huvudsak att använda vanliga batterier, som är helt säkra.

Var dock medveten om att uppladdningsbara batterier kan bli mycket heta om de kortsluts.

Påminn alltid eleverna om att elektricitet är farlig. Elchocker, när ström passerar genom kroppen, kan vara dödliga. Men det är spänningen som avgör hur stark strömstyrkan genom kroppen blir. Spänningen i ett vanligt batteri är för liten för att kunna skada.

Varken köp eller ta emot elektriska apparater avsedda för hemmabruk för att använda i skolan.

De som har tagits fram för att användas i skolan är betydligt säkrare.

5

Elevernas förförståelse Elever har sina egna idéer om vad som får en glödlampa att lysa. De kan göra skisser på sina teorier och testa dem med hjälp av glödlampor, ledningar och batterier. Deras tankar hjälps inte av det faktum att en enda sladd förser de flesta elektriska apparater med ström. Det ger intryck av att elektriciteten flödar in i apparaten och konsumeras. Genom undersökningar och analogier kan eleverna fås att förstå att det behövs en sluten krets för att elektriciteten ska fungera.

Eleverna ser vanligtvis elektriciteten som en form av energi. De associerar den med någon form av källa, där den lagras, som ett batteri eller en kontakt. Detta är inte helt sant. Elektriciteten, det vill säga atomerna, finns redan i de material som utgör kretsen, batteriet eller kontakten är den ”knuff” som får elektronerna att börja flöda.

Slutna kretsar En elektrisk ström kan bara existera i en sluten krets. Strömmen utgörs av elektroner som rör sig, ”påknuffade” av ett batteri. Elektrisk ström har en riktning, från den negativa polen på batteriet till den positiva. Den rör sig inte i båda riktningarna samtidigt trots att batteriet har två poler. Så batteriet är inte källan till elektriciteten, och elektriciteten konsumeras inte. Vi säger att ett batteri är slut när det inte längre har kraft att knuffa runt elektronerna i en krets.

Strömbrytare Vanligtvis innehåller elektriska kretsar en eller flera strömbrytare. Man kan bryta, eller sluta, kretsen med strömbrytaren, och kontrollera elektricitetens flöde. Strömbrytarna måste tillverkas av ledande material, men bör inneslutas i isolerande.

Många elever klarar inte av att förklara hur en strömbrytare fungerar. De som försöker förklara kan tro att strömmen rinner fram i ledningen när kretsen är sluten, och ”tillbaka” när den bryts.

Mer än en glödlampa Två seriekopplade glödlampor fördubblar resistansen (motståndet) i kretsen. Båda glödlamporna lyser svagare. Förutsatt att de har samma watt-tal kommer båda att lysa med samma styrka.

Många elever tror att strömmen kommer att färdas fram till första lampan och sedan stanna. De kan tro att den första lampan i kretsen kommer att använda elektriciteten innan den når den andra, så att en lampa lyser klarare än den andra.

Man kan tro att båda lamporna kommer att lysa

6

lika starkt, men vardera svagare än om det bara fanns en lampa i kretsen. Detta är rätt. Eftersom resistansen fördubblas vid en seriekoppling halveras strömstyrkan. Men reduktionen är lika stor i varje del av kretsen. Testa gärna.

Hur bra är analogier för att förklara komplexa samband?

Du kanske behöver använda en analogi (liknelse) för att förklara elektricitet för dina elever. Låt en repslinga representera kretsen. En person drar eller knuffar repet i en cirkel för att representera batteriet. Om en annan person i ringen håller repet lite hårdare skapar han/hon resistans (motstånd). Han/ hon blir som en lampa. Han/hennes händer kommer faktiskt också att bli varma av repets friktion.

Detta blir inte någon exakt liknelse av elektronernas flöde, och du kan inte visa hur en strömbrytare fungerar genom att klippa av repet. Repet kommer då att fortsätta att röra sig, men falla till marken.

En bättre liknelse för strömbrytaren vore att låta någon hålla så hårt i repet att det inte längre kan röra sig, ett motstånd så starkt att det inte kan besegras oavsett hur hårt ”batteriet” knuffar på.

Det finns några andra modeller du kan använda; till exempel rinnande vatten, bilar eller personer som rör sig. Med rinnande vatten kan varmvattenberedaren vara batteriet, elementet glödlampan och vattenledningen/röret själva kretsen. Inte heller denna analogi är helt perfekt. Batteriet är mer som en vattenpump, och återigen, att klippa av kretsen, det vill säga bryta av röret, stoppar inte vattenflödet.

Statisk elektricitet Bärnsten är ett fossil. Det är från den tid dinosaurierna levde på jorden. Dess lena gula bitar är bitar av kåda som har fossiliserats. En del av dessa bitar innehåller små djur eller växter.

Bärnsten har en magisk egenskap. När du gnuggar den mot något skapas det elektricitet. Denna elektricitet rör sig inte åt något håll. Det är inte strömmande elektricitet, som från ett batteri eller en väggkontakt. Den är statisk, den står still. Den statiska elektriciteten drar till sig saker, som damm och ditt hår. Men en stor laddning statisk elektricitet kan ta ett språng, och döda.

Orsaken till att bärnsten reagerar på detta sätt är att den förlorar elektroner när den gnuggas mot något. Detta gör bärnsten lite elektriskt, och det är detta som drar till sig dammet.

MAGNETER OCH ELEKTRICITET – Lärarhandledning

Att skapa statisk elektricitet Det finns statisk elektricitet runt dig överallt. På fuktiga dagar går den rakt ner i jorden, men på torrra, kalla dagar kan du gnugga en ballong mot din tröja och fästa den mot väggen, eller få den att lyfta ditt hår.

Förr trodde man att åskan skapades av gudarna.

Vikingarna trodde att Tor fick det att åska genom att slå sin hammare. Romarna begravde den som dödades av blixten på exakt det ställe gudarna hade dödat honom/henne.

Amerikanen Benjamin Franklin trodde annorlunda. Han hade teorin att åska är statisk elektricitet, och han riskerade sitt liv för att bevisa det.

Om arbetsbladen Magnetism Arbetsblad 1-12 Magneter kan utöva kraft på avstånd, de både knuffar och drar.

Inte alla metaller är magnetiska. Järn och järnbaserade legeringar som stål, samt några till är det.

Magnetismens kraft på avstånd fungerar inom ett område som kallas magnetfältet,. Järn och järnbaserade metallegeringar kan göras till magneter, men de förlorar snabbt sin magnetiska förmåga om de får ta emot hårda stötar eller hettas upp.

Elektricitet Arbetsblad 13-23 Det är en vanlig missuppfattning att batterier på något sätt skulle vara fulla av elektricitet, och att man genom att koppla upp dem i elektriska kretsar skulle använda denna elektricitet, och att batteriet sedan blir tomt. Men det är inte så. Batterier är kemiska pumpar, som knuffar runt elektriciteten i en krets.

Det är viktigt att tidigt förklara hur man säkert använder elektriska apparater anslutna till elnätet.

Många elever kommer att ha vana av att använda dessa i hemmet. Uppmuntra inte till undersökningar av elektricitet ur kontakter eller linkande. Förklara att den elektricitet vi tar ur hålen i väggen är farlig, och att den kan vara dödlig.

Förklara att sladdarna till TV-apparater, lampor och liknande är dubbla, elektriciteten flödar både till och från apparaten samtidigt. Det kan vara lämpligt att visa eleverna avklippta, ej anslutna, sladdar så att de ser att de är dubbla. Detta kan motverka

MAGNETER OCH ELEKTRICITET – Lärarhandledning

elevernas vanliga tro att elektriciteten flödar till apparaten och används.

Förklara för eleverna att de inte får trycka eller krama för hårt på de små glödlampor som används i skolan, eller skruva i dem för hårt i socklarna.

Lamporna är starka, men det händer att de spricker eller går sönder. Det finns elever som prövar krokodilklämmor som örhängen, men de gör det bara en gång, eftersom fjädrarna i klämmorna är mycket starka. Påminn eleverna om att det aldrig är säkert att röra ledningar kopplade till elnätet.

Hur elektriciteten flödar påverkas av komponenterna i kretsen. Men var du än mäter strömstyrkan i en seriekopplad krets kommer du att få samma resultat. Det finns inga svaga eller starka punkter.

Samma elektricitet flödar genom varje del.

När yngre elever ombeds att tända en lampa vet de att batteriet är viktigt. Men de vet sällan hur de ska ansluta lampan till batteriet. Deras vanligaste teori är att det behövs en sladd för att transportera elektriciteten från batteriet till lampan. Även om äldre elever vet att det krävs två sladdar kan de vara osäkra på varför. De kan tro att strömmarna möts i lampan och att strömmen används där.

Statisk elektricitet Arbetsblad 24-29 Statisk elektricitet är fascinerande och spännande, det är ett utmärkt område om du vill undervisa om hur vår förståelse för naturvetenskapen har växt och utvecklats. Statisk elektricitet har en lång historia, och att undervisa om den kan omfatta äldre civilisationer, historiska naturvetenskapsmän och åskoväder.

7

Kommentarer till arbetsbladen

Magnetism Arbetsblad 1-12

vilken som drar till sig dem från längst avstånd; hur många pappersblad magneten kan verka genom; och vilken magnet som kan bära den längsta gemkedjan. Det kan finnas fler idéer.

Blad 1: Magnetit Magnetit är en naturligt magnetisk sten. Den kallas ibland svartmalm och innehåller järnoxid.

Den tidiga kinesiska boken heter på engelska ”The Book of the Devil Valley Master”.

Nationalencyklopedien härleder namnet till området Magnesia i Thessalien, ett landskap i mellersta Grekland, där man för nära 3 000 år sedan bröt magnetit.

Om man arbetar med yngre elever kan kanske arbetsbladet ersättas av att läraren berättar.

Blad 5: Det indiska reptricket Om man följer instruktionerna noggrant kan detta fungera förvånansvärt bra. Ju starkare magnetfält du skapar, ju större gap, vilket är orsaken till att eleverna behöver binda ihop två eller flera magneter. Icke magnetiska föremål, som fingrar, kan passera genom detta gap. Magnetiska föremål kommer att störa fältet, och gemet kommer att falla. Gemet kommer faktiskt att bli en magnet i sig själv när det vistas i magnetfältet, så det drar till sig magnetiska föremål i närheten.

Blad 2: Hur fungerar en magnet?

Pilarna, de magnetiska områdena i en järn- eller stålbit, ska vara slumpvist placerade i teckning 1.

De ska sammanfalla, vara i samma riktning, i teckning 2. Pilarnas spetsar i en änden av magneten kommer att visa magnetens ena pol, där kraften är koncentrerad, och de andra ändarna på pilarna kommer att vara koncentrerade vid den andra polen. Även detta blad kan för yngre elever ersättas av lärarens berättande.

Blad 3: Vilka metaller är magnetiska?

Metaller kan sorteras efter om de är magnetiska eller inte, genom att använda en magnet. Järn, och de legeringar som innehåller järn, och några mindre vanliga metaller, nickel och kobolt, är magnetiska. Övriga är det inte.

Nord- och sydpolerna på ringmagneter är på deras platta sidor. Ringmagneter kommer att attrahera varandra när polerna på de sidor som ligger mot varandra är olika. När polerna är samma kommer de att repellera varandra, och den övre magneten kommer att sväva på de båda magneternas magnetfält. Lägg ytterligare en ringmagnet ovanpå och de kommer också att sväva.

Blad 6: Tillverka en magnetisk kompass Att ”smeka” nålen, eller ett uträtat gem, från ände till ände, med samma pol och i samma riktning, gör nålen till en magnet. Om man låter den flyta på en kork, eller något annat flytande, kommer den att lägga sig i linje med jordens magnetiska poler.

Blad 7: Magnetfiske Inte alla metaller är magnetiska.

Några metallföremål har ytbehandlingar som döljer metallen inuti föremålet.

Det kan vara svårt för eleverna, och ibland för läraren, att avgöra vilka metaller de olika föremålen är gjorda av. Det kan vara bra att spara denna uppgift och diskutera den gemensamt i klassen efter att övningen har genomförts.

Blad 8: Roliga ansikten Det föreligger en risk att eleverna kan få järnfilspån i ögonen, varför spånen ska förvaras i en genomskinlig plastpåse, eller i en genomskinlig plastask.

Mönstret kommer att visa magnetens kraftfält, koncentrerat till polerna.

Om man har tur får man i fördjupningsövningen fram linjerna i kraftfältet.

Blad 4: Den starkaste magneten Elever har föreslagit metoder som att se vilken magnet som kan lyfta mest, flest gem eller det tyngsta föremålet; vilken som kan få gem att hoppa högst;

MAGNETER OCH ELEKTRICITET – Lärarhandledning

Blad 9: Sortera mynt Några mynt är gjorda av legeringar som innehåller järn eller stål, som är magnetiska. Mynt som ser

9

Blad 1

Magnetit VAD DU SKA GÖRA: Magnetismen har varit känd i flera tusen år. Magnetit, kallas ibland svartmalm. Det är en sten som är en naturlig magnet. Den nämndes för första gången för cirka 2 300 år sedan i en kinesisk bok. När man hänger stenen i en tråd ställer den sig nord-syd. Därför kallade kineserna den för en ”syd-pekare”.

VAD DU BEHÖVER: • En Internetuppkoppling • En sökmotor (som Google) • Kanske ett uppslagsverk

Magneter kan stöta bort och dra till sig föremål på avstånd.

De behöver inte röra vid något för att fungera. Deras effekt liknar jordens dragningskraft.

Leta reda på mer om: • Magnetit • Magnetism

FÖRSÖK NU DETTA: Varför har det fått namnet magnet?

MAGNETER OCH ELEKTRICITET – Magnetism

Får kopieras! © Författarna och Gleerups Utbildning AB.

Blad 9

Sortera mynt VAD DU SKA GÖRA: Några mynt är av koppar. Några är av olika blandningar av olika metaller. Sådana blandningar kallas legeringar.

VAD DU BEHÖVER: • Några olika mynt från olika länder • En magnet

1. Undersök mynten med hjälp av en magnet. Lägg magnetiska mynt i en hög, icke-magnetiska i en annan.

2. Hur skiljer sig mynten i högarna åt? Valörer? Färg? Ålder?

FÖRSÖK NU DETTA: Tillverka en myntsorteringsmaskin. Rulla ner mynten, ett och ett, för en vikt kartongbit. Lägg en stark magnet vid änden. Kan du få de magnetiska mynten att lägga sig i en hög, och de ickemagnetiska i en annan?

MAGNETER OCH ELEKTRICITET – Magnetism

Får kopieras! © Författarna och Gleerups Utbildning AB.

Blad 17

Sätt på strömmen VAD DU SKA GÖRA:

VAD DU BEHÖVER:

Gör några enkla strömbrytare.

• En träbit

Du kan skapa en enkel strömbrytare med hjälp av en träbit och ett gem, eller med en tändsticksask och några pappersklämmor. Du kan också göra en enkel tryckströmbrytare med en bit vikt kartong.

• Gem

En strömbrytare som slår på och av när man vänder på den kan göras av en filmburk med en bit modellera inslagen i aluminiumfolie.

• Tändsticksask

• Säkerhetsnålar • Kartong

• Pappersklämmor • Modellera • Filmburk • Aluminiumfolie

FÖRSÖK NU DETTA:

• Batteri, sladdar och en glödlampa

Ett sätt att göra en strömbrytare som fungerar när man trycker på den är att använda två bitar aluminiumfolie med ett mjukt material, till exempel en disktrasa emellan. För att strömmen ska slutas måste foliebitarna komma i kontakt med varandra. Hur kan du göra detta?

• Disktrasa eller liknande

Av

På

MAGNETER OCH ELEKTRICITET – Elektricitet

Får kopieras! © Författarna och Gleerups Utbildning AB.

Lyckad

NO

Magnetism och elektricitet John Stringer Lars Nilsson

Lyckad NO är en serie böcker för NO-undervisningen i de tidiga skolåren. Varje bok innehåller ett 30-tal undersökningar inom två besläktade NO-områden.

Målet är att eleverna ska uppleva NO-undervisningen lustfylld, samtidigt som de utvecklar både ämneskunskaper och färdigheter inom naturvetenskap. Undersökningarna kan genomföras i klassrummet med enkla hjälpmedel utan tillgång till avancerad NO-utrustning.

Böckerna är baserade på den utveckling av NO-undervisningen som lett till att England numera ses som ett av de ledande länderna när det gäller NO-undervisning i tidiga år. Böckerna är översatta och bearbetade till svenska förhållanden.

Magnetism och elektricitet Boken tar upp båda områdena och tittar på släktskapet mellan dem. Ett längre avsnitt ägnas åt statisk elektricitet.

Krafter och rörelse Krafter är ett spännande område för den tidiga NO-undervisningen, ett område som lämpar sig väl för att introducera ett naturvetenskaplig tänkesätt för eleverna.

Ljus och ljud Boken innehåller många enkla iakttagelseövningar för att fördjupa elevernas förståelse och kunskaper inom ämnet.

Till serien hör också en fristående lärarbok, som behandlar NO-undervisning ur ett mer övergripande perspektiv.

ISBN 978-91-40-64636-3