STEM 3 - voorbeeldproject 3

Page 1

IN

DUURZAME ENERGIE

VERKEN

CREËER

Î Hoe wekken

Î Jouw eigen

N

windmolen

Î De krachtigste windmolen

pr oe

fh o

of d

st

uk

©

we in België energie op?

ONDERZOEK

VA

PROJECT 03

met medewerking van


VERKEN

Î Hoe wekken we in België energie op? Geef vier belangrijke energiebronnen voor elektriciteit in België.

2

Welke energiebron zorgt voor de hoogste productie van elektriciteit?

3

Wat zijn de voor- en nadelen van de energiebron uit de vorige vraag? Zoek ze online op.

of d

st

uk

©

VA

N

IN

1

pr oe

fh o

Voordelen

2

PROJECT 03

VERKEN

Nadelen


Lees het artikel van mijngroenestroom.be en los de vragen op.

Wat is groene stroom? 100 % hernieuwbare energie tegen 2050: dat is de uitdaging die we moeten aangaan om te vermijden dat de klimaatverandering volledig uit de hand loopt.

IN

Maar wat verstaan we precies onder hernieuwbare energie en meer bepaald groene elektriciteit? Volgens de klassieke definitie is groene stroom de elektriciteit die wordt opgewekt uit hernieuwbare

N

energiebronnen – de productie van energie uit daar dus niet onder. Naar: mijngroenstroom.be

VA

fossiele brandstoffen en kernenergie vallen

Geef enkele voorbeelden van hernieuwbare energie.

b

Denk je dat het mogelijk is om enkel hernieuwbare energie te gebruiken?

Welke voordelen biedt hernieuwbare energie ten opzichte van de klassieke centrales?

fh o

c

of d

Verklaar je antwoord.

st

uk

©

a

pr oe

4

?

In dit project gaan we de uitdaging aan om een hernieuwbare energiebron te maken met behulp van wind. Daarnaast onderzoeken we welke windmolen de grootste opbrengst heeft.

PROJECT 03

VERKEN

3


CREËER

Î Jouw eigen windmolen TECHNISCH PROCES

Bouw een windmolen om zelf windenergie op te wekken 1

IN

Probleem stellen Wat is het probleem?

N

Ontwerpen

VA

2

Stel ‘wat’-, ‘waarom’-, ‘wanneer’-, ‘wie’- of ‘hoe’-vragen en schrijf ze neer. a Wat moet het apparaat doen?

©

b Hoe moet het apparaat dat doen?

st

uk

of d

c Ken je nog voorbeelden van systemen waar een draaibeweging gebruikt wordt om energie op te wekken?

fh o

d Je zult in dit project een gelijkstroommotor gebruiken.

pr oe

Hoe zou je die kunnen laten draaien?

TIP Een gelijkstroommotor kun je ook andersom gebruiken. Door de motor te laten draaien, wek je energie op. Op die manier kun je dus zelf een windmolen bouwen.

4

PROJECT 03

CREËER


e Welk materiaal heb je nodig?

� gelijkstroommotor

� weerstand van 100 ohm � 2 jumperkabeltjes of 2 snoertjes

IN

� 2 stukjes isolatie van 0,5 cm

� karton � 4 satéprikkers

Voor die isolatiestukjes ontmantel je een stijve

N

� lijm

koperen draad. Van de isolatie knip je stukjes

� computer

van ongeveer 0,5 cm.

f

VA

� microcontroller (Arduino of micro:bit) Welk gereedschap heb je nodig?

� ontmanteltang

� lijmpistool

©

� meetlat � mesje

uk

� potlood

3

Maken en uitvoeren

st

� gom

2

pr oe

fh o

1

of d

Stap 1: Motor aansluiten op de microcontroller (Arduino)

Neem de twee jumperkabeltjes (of snoertjes)

Doe over elk snoertje een isolatiestukje.

om de Arduino met de motor te koppelen. Ontmantel ze indien nodig met een ontmanteltang.

PROJECT 03

CREËER

5


Steek de draadjes door de aansluiting van de

Schuif het isolatiestukje over de draad om de draad vast te zetten aan de motor.

N

gelijkstroommotor en draai ze vast.

IN

4

3

st

uk

©

VA

5

of d

Sluit de Arduino aan volgens het bovenstaande schema. Gebruik de weerstand van 100 ohm!

Stap 2: Constructie maken voor de windmolen

fh o

Benodigdheden

houten stok (diameter 12 mm, lengte 400 mm) houten plankje van ongeveer 20 x 10 cm houten plankje van ongeveer 10 x 7 cm houtlijm

boor van 12 mm

pr oe

� � � � � � � �

6

potlood

wijnkurk vod

PROJECT 03

CREËER


1

IN

2

Breng een dun streepje houtlijm aan rond de

boor van 12 mm. Boor bij het kleine plankje

onderkant van de stok. Steek daarna de stok in het

in het midden en bij het grote plankje op

geboorde gat van het grootste plankje.

5 cm van de rand. Teken dat eerst af.

Veeg de lijmresten weg met een doekje.

st

uk

©

4

VA

3

N

Boor in de twee plankjes een gat met de

Breng ook een laagje houtlijm aan rond de bovenkant van de stok.

of d

Steek daarna de stok in het kleine plankje en veeg de lijmresten weg met een doekje. Laat alles drogen.

6

pr oe

fh o

5

Lijm de motor aan de rand van het grote plankje vast met een lijmpistool. Je kunt ook enkel stap 5 uitvoeren en het plankje vastzetten met een statief en een statiefklem.

PROJECT 03

CREËER

7


7

Prik met een satéstokje een gat in de kurk.

Steek de kurk op de motor. Lijm de kurk niet vast.

N

Stap 3: Wieken ontwerpen

IN

8

Benodigdheden

VA

� 4 stukken A4-karton � 4 satéprikkers � schaar/breekmesje � lijm 2

of d

st

uk

©

1

Teken de bovenstaande vormen op het karton:

Bevestig de satéprikkers met het lijmpistool op het

- vier keer een rechthoek (20 cm x 10 cm),

karton, zoals op het voorbeeld.

fh o

- vier keer een ruit (D 20 cm x d 10 cm). Snijd/knip die vormen uit.

TIP Gebruik ongeveer evenveel lijm voor elke wiek, zodat het gewicht verdeeld blijft.

pr oe

3

Bevestig de wieken door ze in de kurk te steken. Wring niet te hard. Anders blijven ze niet stevig zitten. Lijm de wieken pas vast als ze onder de juiste hoek staan. Omdat je de wieken vastlijmt, moet je voor elke test een kurk voorzien.

8

PROJECT 03

CREËER


Stap 4: Arduino installeren en code ophalen 1

Installeer het programma ‘Arduino IDE’.

IN

Dat kun je gratis downloaden via de Microsoft Store of via www.microsoft.com/en-us/p/arduino-ide/9n blggh4rsd8?activetab=pivot:overviewtab. 2

Download de flashcode van de Arduino EC-meter.

N

Die vind je hier: https://onedrive.live.com/ ?authkey=%21AFKaKp5PjQARGvw&id=

D1EAAFC0BDFA320E%21329&cid=D1EAAFC0BD-

VA

FA320E.

©

3

Open de gedownloade flashcode van

st

uk

de Arduino EC-meter.

fh o

of d

4

Koppel de Arduino met de bijbehorende USB-kabel aan de computer. Controleer of de Arduino Uno geselecteerd is via Hulpmiddelen → Board: “Arduino Uno”.

pr oe

5

Zorg ervoor dat de juiste poort

Deze screenshot voldoet niet

geselecteerd is. Dat is de poort

qua resolutie.

waar ‘Arduino Uno’ achter staat. Dat kan een andere poort zijn dan ‘COM12’ zoals op de bovenstaande afbeelding.

PROJECT 03

CREËER

9


N

IN

6

VA

Klik op → om de Arduino flashcode te uploaden naar je Arduino.

De code staat op de Arduino.

fh o

of d

st

uk

©

Nu kun je bijna beginnen te meten.

Stap 5: Data van de Arduino uitlezen met Excel 2

pr oe

1

Open Excel. Klik op Bestand en vervolgens op Opties.

10

PROJECT 03

CREËER

Klik in dit scherm op Invoegtoepassingen.


3

4

IN

Vink het vakje met Microsoft Data Streamer for Excel aan. Klik onderaan op Beheren en selecteer COM-

Klik op OK.

invoegtoepassingen.

N

Klik vervolgens op Start. 5

VA

Rechts bovenaan is nu het vakje Data Streamer verschenen naast Help.

De computer is nu klaar om alle data uit te lezen die de Arduino zal sturen.

7

Surf naar www.microsoft.com/en-us/education/education-workshop/windmill.aspx.

uk

Download het ‘Excel Workbook’.

©

6

of d

Deze screenshot zou (technisch) oké

st

8

menu Data Streamer. Als de molen draait, zie je waarden binnenlopen.

fh o

moeten zijn, maar is niet leesbaar.

Klik op Gegevens starten in het

4

In gebruik nemen / testen

pr oe

Gebruik je ontwerp zoals het bedoeld is. TIP

Zijn de waarden negatief? Draai dan de polariteit om.

5

Evalueren

a

Wat werkte? Wat niet?

PROJECT 03

CREËER

11


b

Welke aanpassingen doe je nog?

c

Hoe kun je jouw model nog verfijnen/verbeteren?

IN

pr oe

fh o

of d

st

uk

©

VA

N

12

PROJECT 03

CREËER


ONDERZOEK

Î De krachtigste windmolen Nu we een werkende windmolen hebben, willen we weten welke windmolen de meeste energie oplevert. Dus gaan we op onderzoek naar het grootste rendement van onze windmolen. Wat kun je aan je windmolen veranderen, opdat het rendement mogelijk ook verandert?

1

IN

Formuleer een centrale onderzoeksvraag en deelvragen. a Stel ‘wat’-, ‘waarom’-, ‘wanneer’-, ‘wie’- of ‘hoe’-vragen. b

Gebruik de checklist.

Ja

Is de onderzoeksvraag afgebakend?

uk

Start de onderzoeksvraag met een vraagwoord?

©

Kenmerk

VA

2

N

Is de onderzoeksvraag een probleem waarop je het antwoord nog niet kent?

st

Is de onderzoeksvraag beknopt?

of d

Is de onderzoeksvraag onderzoekbaar?

Nog aanpassen

De krachtigste windmolen

fh o

Centrale onderzoeksvraag:

pr oe

Deelvraag 1:

Deelvraag 2:

PROJECT 03

ONDERZOEK

13


3

Ga in groep op zoek naar een experiment om de onderzoeksvraag te onderzoeken. a

Werk je experiment uit aan de hand van de wetenschappelijke methode.

b

Voer het experiment uit.

c

Deel je ervaringen met de klas en stel je onderzoeken voor.

Titel van het experiment: Invloed van de vorm van de wieken op de energieproductie 1

STAPPENPLAN WETENSCHAPPELIJKE METHODE

N

Onderzoeksvraag a Formuleer een onderzoeksvraag.

VA

Gebruik de checklist.

©

b

Ja

Nog aanpassen

Start de onderzoeksvraag met een vraagwoord?

Is de onderzoeksvraag afgebakend?

Is de onderzoeksvraag beknopt?

Is de onderzoeksvraag onderzoekbaar?

st

uk

Kenmerk

Is de onderzoeksvraag een probleem waarop je het antwoord

of d

nog niet kent?

Hypothese

TIP

pr oe

fh o

2

a

IN

WETENSCHAPPELIJKE METHODE 1

Om tot een goede hypothese te komen, denk je na over wat je al weet, en formuleer je een verwachting (hypothese) die voldoet aan een aantal criteria.

Stel nu een hypothese op die je aan de hand van experimenten kunt aftoetsen. Gebruik de checklist.

14

PROJECT 03

Ja

Nog aanpassen

Is de hypothese afgebakend?

Is de hypothese zinvol?

Is de hypothese beknopt?

Is de hypothese onderzoekbaar?

ONDERZOEK

Kenmerk


b Formuleer je hypothese. We denken dat .

3

Benodigdheden Welke bronnen hanteer je? Lijst ze op.

IN

a

N

VA

b Onderzoeksplan:

c

©

� digitaal (met sjabloon, te vinden bij het onlinelesmateriaal) � niet-digitaal Welk materiaal heb ik nodig?

uk

� � �

st

� �

fh o

of d

Gebruik een sjabloon om de hoek van de wieken te meten. Plak dat op een stuk karton om het wat te verstevigen.

pr oe

Zet de lijn van 0° altijd evenwijdig met het plankje van de motor. Richt de wieken naar de gewenste hoek.

d

Wie neemt welke CLIM-rol op?

� Organisator: � Materiaalmeester: � Verslaggever: � Bemiddelaar:

PROJECT 03

ONDERZOEK

15


4

Werkwijze a

Om te onderzoeken welke vorm van de wieken het best is, is het belangrijk dat de ventilator altijd even sterk blaast. Welke parameters zijn nog belangrijk?

Schrijf stap per stap de werkwijze uit. Gebruik de checklist. Ja

Nog aanpassen

VA

b

IN

N

Kenmerk Gebruik je al het materiaal? Beschrijf je hoe je het materiaal moet gebruiken? Beschrijf je welke waarneming er moet gebeuren? Beschrijf je hoe je de gegevens (waarnemingen) moet

©

noteren, filmen …?

uk

st

of d

fh o

5

Waarnemingen

Voer het experiment uit volgens je eigen stappenplan onder begeleiding van je leerkracht.

pr oe

a

b

Stel vragen om tot een gerichte waarneming te komen. Noteer die vragen hier.

16

PROJECT 03

ONDERZOEK


c

Noteer je waarnemingen in een overzichtelijke tabel in je onderzoeksplan. Vorm van de wieken

Hoek van de wieken

Opgewekte energie (in µW)

IN

15°

6

N

15°

a

VA

Besluit

Bestudeer je waarnemingen en stel vragen om ze te verwerken.

©

Noteer je verwerking in je onderzoeksplan.

c

Formuleer een antwoord op de onderzoeksvraag.

uk

b

b Rapporteer:

st

Maak een wetenschappelijk verslag. Deadline:   /  /20

Presenteer het onderzoek. Deadline:   /  /20

7

of d

Reflectie

fh o

Sta stil bij het experiment. Vul de onderstaande zaken aan in je onderzoeksplan. Verloop van het experiment: -

Wat liep goed? Wat liep fout?

-

Hoe verliep de samenwerking?

-

Vervulde iedereen zijn CLIM-rol?

pr oe

a

b

Resultaat van het experiment: -

Was de hypothese juist?

-

Hoe kun je je resultaten verklaren? Gebruik eventueel bronnen.

-

Welke voorbeelden of toepassingen heb je al opgemerkt in het dagelijks leven?

PROJECT 03

ONDERZOEK

17


WETENSCHAPPELIJKE METHODE 2

Titel van het experiment: Invloed van de hoek van de wieken op de energieproductie 1

STAPPENPLAN WETENSCHAPPELIJKE METHODE

Onderzoeksvraag

IN

a Formuleer een onderzoeksvraag.

Gebruik de checklist. Kenmerk Start de onderzoeksvraag met een vraagwoord?

©

Is de onderzoeksvraag afgebakend?

Is de onderzoeksvraag een probleem waarop je het antwoord Is de onderzoeksvraag beknopt?

uk

nog niet kent?

Hypothese

Nog aanpassen

st

Is de onderzoeksvraag onderzoekbaar?

2

Ja

VA

b

N

TIP

of d

Om tot een goede hypothese te komen, denk je na over wat je al weet, en formuleer je een verwachting (hypothese) die voldoet aan een aantal criteria.

Stel nu een hypothese op die je aan de hand van experimenten kunt aftoetsen.

fh o

a

Gebruik de checklist.

Nog aanpassen

Is de hypothese afgebakend?

Is de hypothese zinvol?

Is de hypothese beknopt?

Is de hypothese onderzoekbaar?

pr oe

Ja

Kenmerk

b Formuleer je hypothese. We denken dat .

18

PROJECT 03

ONDERZOEK


3

Benodigdheden a

Welke bronnen hanteer je? Lijst ze op.

b Onderzoeksplan:

� digitaal (met sjabloon, te vinden bij het onlinelesmateriaal) � niet-digitaal Welk materiaal heb ik nodig?

VA

c

N

IN

� �

©

� �

uk

� �

st

of d

fh o

Gebruik een sjabloon om de hoek van de wieken te meten. Plak dat op een stuk karton om het wat te verstevigen. Zet de lijn van 0° altijd evenwijdig met het plankje van de motor.

pr oe

Richt de wieken naar de gewenste hoek.

d

Wie neemt welke CLIM-rol op?

� Organisator: � Materiaalmeester: � Verslaggever: � Bemiddelaar:

4 Werkwijze

PROJECT 03

ONDERZOEK

19


4

Werkwijze a

Om te onderzoeken welke vorm van de wieken het best is, is het belangrijk dat de ventilator altijd even sterk blaast. Welke parameters zijn nog belangrijk?

Schrijf stap per stap de werkwijze uit. Gebruik de checklist. Ja

Nog aanpassen

VA

b

IN

N

Kenmerk Gebruik je al het materiaal? Beschrijf je hoe je het materiaal moet gebruiken? Beschrijf je welke waarneming er moet gebeuren? Beschrijf je hoe je de gegevens (waarnemingen) moet

©

noteren, filmen …?

uk

st

of d

fh o

5

Waarnemingen

Voer het experiment uit volgens je eigen stappenplan.

pr oe

a

b

Stel vragen om tot een gerichte waarneming te komen. Noteer die vragen hier.

20

PROJECT 03

ONDERZOEK


c

Noteer je waarnemingen in een overzichtelijke tabel in je onderzoeksplan. Vorm van de wieken

Hoek van de wieken

Teken de vorm van de wieken:

15°

Opgewekte energie (in µW)

30°

IN

45°

6

Besluit Bestudeer je waarnemingen en stel vragen om ze te verwerken.

VA

a

Noteer je verwerking in je onderzoeksplan.

c

Formuleer een antwoord op de onderzoeksvraag.

uk

©

b

b Rapporteer:

st

Maak een wetenschappelijk verslag. Deadline:   /  /20

Presenteer het onderzoek. Deadline:   /  /20

of d

7

N

Kies zelf een hoek:

Reflectie

fh o

Sta stil bij het experiment. Vul de onderstaande zaken aan in je onderzoeksplan. Verloop van het experiment: -

Wat liep goed? Wat liep fout?

-

Hoe verliep de samenwerking?

-

Vervulde iedereen zijn CLIM-rol?

pr oe

a

b

Resultaat van het experiment: -

Was de hypothese juist?

-

Hoe kun je je resultaten verklaren? Gebruik eventueel bronnen.

-

Welke voorbeelden of toepassingen heb je al opgemerkt in het dagelijks leven?

PROJECT 03

ONDERZOEK

21