Energi:

- 1. Energilov: Det oppstår eller forvinner ingen mengde energi. Den er konstant. Energi kan verken oppstå eller forsvinne Den er konstant. Energi verken skapes eller forsvinner, men går bare over i ny form.

- 2. Energilov. Energien fordeler seg mer og mer slik at den blir vanskeligere å få tak i.

- Elektrisitet er energi.

 

Elektrisitet

- Elektrisitet er fysiske fenomener knyttet til negativt eller positivt ladde partikler i ro eller i bevegelse.

- Elektrisk strøm over tid er en form for energi og utnyttes som en praktisk måte å utføre arbeid på.

- Læren om elektrisitet i ro, statisk elektrisitet, kalles elektrostatikk

- læren om elektrisitet i bevegelse, elektrisk strøm, kalles elektrodynamikk.

- Elektrisk ladning er en fundamental egenskap ved noen partikler.

- Elektriske ladninger påvirker hverandre med krefter.

- Mellom ladde legemer virker det elektriske krefter.

- lik ladning frastøter og ulik ladning tiltrekker.

- Det finnes to forskjellige ladninger; elektroner er negativt ladde og protoner er positivt ladde.

- Elektrisk ladning måles i coulomb, C, og har symbolet Q i formler.

- Et enkelt proton har ladningen e, som er 1.602 176 53(14) × 10-19 C. Et elektron har samme ladning, men negativt.

- Ladningen e kalles elektronladningen eller elementærladningen.

 

Strøm:

- Elektrisk strøm er en kraft som oppstår når en ladning beveger seg i en bestemt retning over en viss tid.

- Dette kan sammenlignes med vann som strømmer gjennom en elv.

- Strøm er et utttrykk for hvor mange elektroner som passerer et tverrsnitt av en ledning per sekund. ”elektroner i togbevegelse”.

- vanlige ledninger av metall er det negativt ladde elektoner som beveger seg og transporterer ladning. Da har vi elektrisk strøm

- SI enheten er Ampère

- Strøm måles i ampere, A, og har i formler symbolet I.

- Når en ladning Q passerer en snittflate på tiden t, er strømstyrken gitt ved:

- Strømmen beveger seg med lysets hastighet. Det er fordi det oppstår et elektrisk felt i hele ledningen som får elektronene til å bevege seg.

- Hvis vi kobler en elektrisk leder mellom polene vil det gå en strøm fra den negative polen til den positive polen gjennom lederen.

- Til tross for dette regner man alltid ut i fra at strømmen går fra pluss til minus.

- Bakgrunnen er at man først i nyere tid har oppdaget at elektronene faktisk går fra minus til pluss, og man har derfor valgt å holde på det gamle for å ikke skape forvirring.

- I dag sier vi at positiv strømretning er retningen en tenkt positiv ladning ville beveget seg i.

- Elektronene beveger seg altså mot strømretningen etter dagens definisjon.

- Vi måler strøm med et ampermeter eller multimeter.

- Strøm fra et batteri, kaller vi likestrøm. Alle de ladde partiklene driver da i samme retning

• Strømmen vi har i vanlig - vekselstrøm.
• Vekselstrøm betyr at elektronene svinger med en bestemt frekvens.
• Frekvensen er 50 Hz, og det betyr at også strømmen svinger 50 ganger i sekundet.
•  Enheten hertz (Hz) betyr antall svingninger per sekund.

Spenning:

- Elektrisk spenning er forskjellen i elektrisk potensial mellom to punkter.

- SI-enheten for spenning er volt (V), og spenning kan måles med et voltmeter.

- Spenningen gjør at elektronene blir dyttet rundt i kretsen

- Elektronene er i lederen hele tiden.

- For å holde togbevegelsen i gang må ”noe” skyve på elektronene. Dette ”noe” kaller vi spenning..

- I formler brukes symbolet U.

- I en spenningskilde er det på plusspolen positivt ladde ioner, og på minuspolen negativt ladde ioner.

- Spenning er ikke en grunnenhet, den er definert slik at 1 V er den spenning som skal til for at en strøm på 1 A skal avgi en effekt på 1 W.

- Måler spenning med voltmeter eller multimeter.

Resistans og elektrisk motstand

• Resistans eller elektrisk motstand er en egenskap ved elektriske ledere, som forårsaker et visst tap av energi.
• Energitapet kommer i form av varmeutvikling når man sender en elektrisk strøm gjennom lederen
• Størrelsen på den elektriske motstanden i en gitt elektrisk leder måles i SI-enheten ohm (Ω), og er avhengig av tre ting:
  1. Lederens lengde; jo lengere lederen er, desto større er motstanden
  2. Lederens tverrsnittareal; jo større areal, desto mindre er motstanden
  3. En materialegenskap kalt resistiviteten av det stoffet lederen er laget av
• Med unntak av såkalte superledere har alle elektriske ledere en elektrisk motstand større enn 0
• Ohm er SI-enhet for måling av resistans (elektrisk motstand) Symbolet for ohm er Ω. fra watt og ampere.
• Enheten har fått navn etter den tyske fysikeren Georg Simon Ohm, som oppdaget forholdet mellom spenning og strøm uttrykt ved Ohms lov.
• Elektrisk konduktivitet eller elektrisk ledningsevne er et mål på et stoffs evne til å lede elektrisitet.
• Målet for elektrisk konduktivitet er siemens per meter, oppkalt etter den tyske ingeniøren Werner von Siemens, grunnleggeren av bedriften Siemens.
• Elektrisk konduktivitet er det motsatte av elektrisk resistans, gitt ved ohm (Ω).
• Definisjonen av Ohms lov: En enhet har en motstand på en ohm hvis en spenning på en volt setter opp en strøm på en ampere (R = V/I).
• Hvis en enhet mister en watt av effekten når en strøm på en ampere strømmer gjennom enheten, har den en motstand på en ohm (R=P/I2).
• Ett tusen ohm kalles ett kilohm eller kiloohm, og skrives også kΩ.
• Ohms lov er de formler som angir sammenhengen mellom elektrisk strøm (I), elektrisk spenning (U), elektrisk motstand (R) og elektrisk effekt (P).
• Ofte benyttes betegnelsen Ohms lov også om sammenhengen mellom de tre fysiske størrelsene strøm, spenning og motstand.
• De to grunnformlene er:

(Spenning er lik motstand ganger strøm)

(Effekt er lik spenning ganger strøm)

 

- Motstandstråder: stor motstand, brukes der vi ønsker å skape f. eks. varme (ovner, strykejern)

 

Effekt:

- I fysikk er effekt mengden av arbeide som blir utført per tidsenhet.

- Energi kan pr. definisjon verken skapes, forbrukes eller ødelegges.

- Energi omdannes mellom forskjellige former.

- Den kinetiske (dvs. bevægelse) energi i luftmolekyler i bevægelse kan omdannes til rotationsenergi af vindmøllens rotor. Rotationsenergi kan igen omdannes til elektrisk energi af vindmøllens generator. Ved hver omdannelse bliver en del af energien omdannet til varme (termisk energi).

- Potensiell energi/stillingsenergi

- Eneri forsvinner ikke og kan heller ikke brukes opp.

- Energitap: menes med at en del av energien fra kilden ikke kan brukes i det neste ledd av energiomdannelsen. Får en mindre brukskvalitet.

- Enhet for effekt er arbete pr. tidsenhet ( joule per sekund).

- SI-enheten för effekt är watt, som är lika med en joule per sekund.

- Den vanligaste icke-SI-enheten för effekt är hästkraft,

- 1 hestekraft =735,5 watt.

- 1Kw/h = 1000 watt pr. time (1000w x 3600

- Et menneskes energiforbruk er i gjennomsnitt ca. 100 watt, i intervallet 85 W ved vile till 800 W ved intensiv sportsaktivitet.

 

Batteri /celler

- Et batteri er en gjenstand som lagrer energi i en kjemisk form, og gjør den tilgjengelig i en elektrisk form.

- Batteri var opprinnelig navnet på en samling av elektrokjemiske celler, men har gått mer over til å bety en enkelt elektrokjemisk celle.

- For eksempel består et bilbatteri på 12 V av 6 celler i seriekobling på 2 V hver.

- Et batteri frigjør energien sin ved hjelp av en redoksreaksjon.

- Spenningen avhenger av energien som frigjøres i denne reaksjonen. For å lagre mest mulig energi, er det gunstig å bruke 2 stoffer som står lengst mulig unna hverandre i spenningsrekka.

 

Ledere og isolatorer:

- En elektrisk leder er et materiale som leder elektrisitet.

- En god leder har lav motstand mot elektrongjennomstrømning.

- Eksempler på ledere er metaller (som kobber) og aluminium.

- Ledningene vi bruker, inneholder kobbertråd som leder strøm godt.

- Materialer som ikke leder elektrisk strøm blir kalt isolatorer.

- Eksempler på isolatorer er glass, plast og porselen.

 

Kretser:

• Lyspærer og batterier har to tilkoblingspunkter.
• For at pæra skal lyse, må både plusspolen og minuspolen på batteriet, og begge tilkoblingspunktene på lyspæra, være koblet til.
• For at det skal gå strøm slik at pæra lyser, må strømkretsen være sammenhengende og gå i ring. Vi sier at vi har en sluttet strømkrets.
• Et ampermeter kobles alltid i serie
• Et voltmeter kobles alltid i parallell.

Begreper og elektrisitetsord: Feiltolkninger:

• Kurs = krets
• Sluttet krets –betegnelse for en full funksjonabel krets.
• brutt krets – en krets som ikke er hel eller i orden. Denne vil ikke virke (eks ikke koblet på den ene polen på batteriet).
• Kortslutning : Situasjonen når to elektriske ledere møtes og får elektronstrømmen til å gå den motsatte veien.
• Sikring: En sikkerhetsforanstaltning for å sikre overbelastning eller kortslutning.
• Batteri: Energicelle eller flere celler i serie.
• Batteriets evne til å transportere elektroner svekkes. Like mange elektroner.
• Ledninger: To ledninger lager en krets (ikke riktig: Må ha en energikilde)

Elevers ideer om strøm:

• Strømmen går i en ledning til kildemn (batteriet) og blir brukt opp der.
• Strømmen går i to ledninger fra kilden til lysepæren og blir brukt opp der.
• Strømmen går i en sluttet krets. ( presisering: riktig ,men strømmen MÅ gå i en sluttet krets)

Parallellkobling og seriekobling

• Det finnes to forskjellige typer koblinger, parallelle, eller i serie.
• Seriekobling: plusspolen på et batteri, er koblet sammen med minuspolen på det neste. Da lyser lyset sterkt, men ikke så lenge.
• Parallelt kobling: Plusspolen på batteriet er koblet med plusspolen på det neste batteriet, og minuset med minuspolen på den neste. Da lyser ikke lyset så sterkt, men har lengre lysevarighet. Hvis en lyspære slutter å virke, fortsetter de andre å lyse.
• I alle hjem er lyspærene parallellkoblet, så om en pære slutter å virke, fortsetter de andre
• På f. Eks juletrær, er lysene seriekoblet, så om en blir skrudd ut, slutter resten å lyse også.
• Alle er i en og samme krets, så derfor kan et av disse lysene virke som bryter.

Elektriske motorer.

- En elektrisk motor, elektromotor eller elmotor er en motor som bruker elektrisk strøm til å skape roterende (vanligvis) eller lineær bevegelse.

- Bevegelsen skjer ved hjelp av kreftene som oppstår mellom en eller flere spoler og en eller flere magneter, når det går elektrisk strøm gjennom spolen(e).

- Spolene beveger seg i forhold til magnetene.

- Magnetene kan også erstattes av spoler eller superledende magneter hvis man vil spare vekt.

- Likestrømsmotorer og vekselstrømmotorer

- Likestrømsmotorer: En typisk elektrisk motor består av tre spoler på en aksling som får strøm fra tre elektroder, såkalte børster, på den samme akslingen.

- En spole er en ledning med to ender, og hver elektrode er koblet til den ene enden av én spole og motsatt ende av spolen ved siden av. De tre elektrodene står i kontakt med to fastmonterte elektroder tilkoblet likestrøm.

- Omkring de tre roterende spolene sitter to fastmonterte magneter.

- Elektrodenes oppgave er å snu strømmen til hver spole hver gang spolen er halvveis mellom hver magnet, slik at det vekselsvis oppstår tiltrekkende og frastøtende krefter mellom spolene og magnetene, i et mønster som drar akslingen rundt.

- Mest brukte, særlig innen billig husholdningselektronikk

- Jo flere spoler jo større effekt (Watt) motoren yter; i en kraftig miksmaster kan det være f.eks. åtte spoler.

- Tre spoler er vanlig fordi det er det minste antall spoler motoren må ha for å kunne starte i en hvilken som helst stilling.

- Dessuten løser det et problem som mange motorer med to elektroder på akslingen har; Hvis ikke elektrodene på akslingen har stort nok mellomrom mellom hverandre, vil de begge ha kontakt med de fastmonterte elektrodene samtidig og kortslutte disse.

- Vekselstrømmotorer: Fordelen med en likestrømsmotor er at den vil gå den andre veien hvis man snur strømretningen. Strømmen som er lagt inn i et hus er vekselstrøm, og motortypen som er beskrevet ovenfor vil bare stå og vibrere hvis den tilkobles vekselstrøm.

- Det er i hovedsak to måter å tilpasse den ovennevnte likestrømsmotoren til å bruke vekselstrøm: Den enkleste er å koble en såkalt «likeretter» på de to fastmonterte elektrodene, slik at vekselstrømmen blir konvertert til likestrøm før den går over på akslingen og gjennom spolene. En annen måte er å erstatte alle fastmagneter med spoler;

- vekselstrømmen skifter retning et visst antall ganger i sekundet, 50 ganger i sekundet for en stikkontakt, men det gjør ingen ting så lenge alle magnetfeltene skifter retning samtidig.

- Ved å kaste ut de tunge fastmagnetene blir motoren lettere, men bruker mer strøm. Det er vanlig i støvsugere. Ved å foreta en av de nevnte tilpasningene til vekselstrøm, vil motoren alltid gå samme vei rundt.

- Børsteløse vekselstrømsmotorer: De egentlige vekselstrømsmotorene lages uten elektrodene

- Har en eller flere spoler fast montert rundt en eller flere fastmagneter roterende på akslingen.

- Den enkleste elektriske motoren som er mulig å lage, er en vekselstrømsmotor som består av en fastmontert spole i nærheten av en magnet på en roterende aksel

- Magnetfeltet til spolen vil skifte i takt med vekselstrømmen, og magneten fungerer som en kompassnål som prøver å rette seg etter det stadig skiftende magnetfeltet, og dermed snurre rundt med like mange omdreininger i sekundet som frekvensen av vekselstrømmen.

- En slik motor vil starte i en tilfeldig retning, alltid gå like fort, og den vil snu hvis den møter sterk motstand.

- kjøleskap og frysere er det børsteløse vekselstrømsmotorer som driver kompressorene som pumper kuldemediet rundt, og i datamaskiner er det flere vifter som drives av hver sin børsteløse likestrømsmotor.

Coulomb

- Charles Augustin COULOMB (1736 - 1806). Fransk fysiker:

- Den elektriske kraften mellom ladde legemer avtar med kvadratet av avstanden mellom dem. Det er akkurat som gravitsjonen.

- Coulombs lov kan skrives: F = k·q·Q / R²

- Her er k en proporsjonalitetskonstant, q og Q er ladningen til to legemer, og R er avstanden mellom dem. 

 

Statisk elektrisitet - Ladninger

- Elektrisk ladning er en fundamental egenskap ved naturen.

- Vi kan ikke forklare den.

- Det fins to typer ladning som vi kaller heholdsvis positiv og negativ.

-  Et atom er bygget opp av positivt ladde protoner i kjernen og negativt ladde elektroner som beveger seg rundt kjernen. I tillegg er det elektrisk nøytrale nøytroner i kjernen.

- Virkningen av ladde legemer er at de skaper det vi kaller elektriske krefter.

- Elektriske krefter som holder atomer sammen.

- Elektroner og protoner har nøyaktig like stor ladning, bare med motsatt fortegn.

- Alle ladde legemer har en ladning som er et helt antall ganger ladningen til et elektron. Den ladningen kaller vi elementærladningen.

- Ladninger av ulik type (positiv og negativ) tiltrekker hverandre, mens like ladninger frastøter hverandre.

- Alt stoff er laget av atomer som igjen er bygget opp av elektroner og protoner (+ nøytroner).

- Normalt vil et stoff ha nøyaktig like mange protoner som elektroner og er derfor elektrisk nøytralt.

- Hvis det blir en liten ubalanse i dette forholdet, vil et legeme kunne bli elektriks ladd.

-  For eksempel: Hvis en drar en plastikk-kam gjennom håret, vil elektroner kunne "hoppe" fra håret over på kammen. Da blir kammen elektrisk ladet med et overskudd av elektroner.

-  Samtidig er håret blitt positivt ladet. Vi har fått det vi kaller statisk elektrisitet.

- Når noe blir ladet, blir ingen elektroner skapt eller ødelagt.

- Ladning er en størrelse som alltid er bevart innenfor et lukket system. En kan flytte ladninger fra et legeme til et annet, men summen av ladning totalt sett er alltid konstant

 

Magnetisme:

• Magnetisme en egenskap ved et materialet som gjør at de utøver en tiltrekkende eller frastøtønde kraft på andre material.
• Magnetpol: Endene på en magnet hvor det er sterkest magnetisme
• I atomet finnes små elektriske partikler som beveger seg rundt en kjerne. Hvert elektron har en magnetisk egenskap mens den svever og holder seg fast til kjernen
• Avmagnitisering. Hamre på en mangnet, varme den opp. Magnetiske atomene blir ”rotet” til og er ikke lengre strukturert i et mønster.
• elektroner i bevegelse dannes magnetisk felt.
• Kompass: En magnet som ligger på et friksjonsfritt matriale.
• Måle spenningen over…+ - betyr måle spenningen over en motstand
• Noen materialer, som jern, en del former for stål samt mineralet magnetitt, er særlig magnetiske.
• Alle andre material har og, i større eller mindre grad, magnetiske egenskaper, men i de fleste tilfeller er egenskapene så små at de ikke kan påvises uten bruk av spesialutstyr.
• Elektro- magnetisme brukes både i omdannelsen av mekanisk energi til elektrisk energi (i generatorer) og i den motsatte retning i elektromotorer.
• Magnetisme opptrer alltid som dipoler, en sydpol og en nordpol.
• Ladninger og magnetisme nært tilknyttet. Magnetisme oppstår som resultat av ladninger i bevegelse. Derfor omtales hele fagområdet som elektromagnetisme.
•  Ulike poler tiltrekker hverandre mens like frastøter.
• Magnet kan lage strøm og strøm kan lage magnet (elektromagnet).
• hastighetene, som elektromagnetiske bølger beveger seg med, er  like raskt som for lys, for lys forplanter seg og er derfor elektromagnetiske bølger.
• elektromagnetiske bølger, som man ikke kan se med det blotte øye karakteriseret ved at ha en bølgelengde, som er enten lengere enn synlig lys', noe som tilsvarer  radiobølger, eller kortere, som for eksempel røntgenstrålers.

Metall - Magnetisk egenskaper

• Jern og stål opptrer forskjellig når de blir påvirket av en magnet
• Jern blir en midlertidig magnet men lett å magnetisere.
• Stål blir en permanent magnet men vanskeligere å magnetisere
• Ikke magnetiske metaller: Sink, aluminium, tinn,, bronse og kobber.

Jordmagnetisme:

- Jordkloden agerer som om den hadde en magnet inne i kjernen

- Den geografiske nordpolen er derfor tilnærmet en magnetisk sydpol og visa versa.

- Den ytre jordmagnetismen kan sammenliknes med en stavmagnet som er plassert i nærheten av jordsentret.

- Jordmagnetisme: Betegnelse på det magnetiske felt som omgir jordkloden, og som endrer seg gjennom tiden. Opphavet til feltet antas å være elektriske strømmer i jordens kjerne.

- Nordlys: Når partikler møtes og støter sammen, synes et lys.

- Foton – en energipakke(elektron) som gir fra seg et lyglimt (gnist) når den endrer bane).

- Gasspartikler og magnetisme kolliderer. Elektronene endrer bane og hopper tilbake. Gir fra seg lys

- Jordens magnetfelt styrer de ladde partiklene fra universet på en slik måte at de fleste treffer atmosfæren langt nord eller langt sør. Derfor sees de sterkeste nordlysene ved polene.

- Nøytralt punkt. Midt mellom sydpolens og nordpolens kraftfelt opphever polene hverandres kraft og har = tiltrekningskraft.

 

Elektrisk magnet:

- Hvis en elektrisk strøm går igjennom en ledning blir det skapt et svakt magnetsik felt

- Magnetismen sterkes nærmest ledningen

- Øker du strømstyrken, økes det magnetiske feltet i styrke.

- Økes ledningens vinninger rundt en stålbit økes også styrken på magnetfeltet.

- Reverseres strømretnigen, blir retningen til det magnetiske feltet reversert.

 

Elektromagnetisk induksjon:

- Elektromagnetisk induksjon kalles det når det oppstår elektrisk strøm i en leder pga. et varierende magnetfelt. Når en ledning beveges gjennom polene. Det skapes en svak strømstyrke i ledningen. Vi kan si at strømmen blir indusert (puttet inn i) ledningen.

- Er ledningen knyttet som en krets vil spenningen strømme rundt i ledningen..

- Faraday viste i 1831 at et magnetfelt kunne lage strøm og kalte det induksjon. Betingelsen er at magnetfeltet varierer. Faradays oppdagelse er en av de viktigste i nyere fysikk.

- Faradays lov om electromagnetisk induksjon: Varierende magnetstrøm induserer strøm.

- Kan øke strømstyrken ved å bevege magneten raskere, bruke en kraftigere magnet, flere vinninger (øke lengden på ledningen)

- Blir magneten fjernet blir strøm og spenning reversert. Skjer også ved å endre magnetpolen inn i ledningskretsen.

- Ingen strøm og spenning i ledningen hvis magneten holde i ro.

- Prinsippet bruks til å lage lyd.

 

Læremål etter 10. klasse.

-- forklare resultater fra forsøk med strømkretser ved bruk av begrepene strøm, spenning,

resistans, effekt og induksjon

 

Didaktikk – undervisning - feiltolkninger:

 

1. En åpenbar grunn: Læreplanen!

En åpenbar grunn til at du skal undervise dine elever i emnet elektrisitet, er selvsagt at læreplanen krever det. Men et interessant spørsmål er hvorfor dette emner er med i læreplanen, og hvilke mål du selv ønsker å legge vekt på i din egen undervisning av emnet.

 

2. Anledning til elevaktiv og variert undervisning

Elektrisitetslære er en del av naturfaget som egner seg godt til å bruke ekseperimenter, elevaktiviteter og diskusjoner. Når elever arbeider med elektriske kretser, kan de lett variere betingelsene og utfra sine teorier formulere nye spørsmål. De kan sette opp hypoteser og finne på egne forsøk for å teste disse. Gjennom forsøk kan elevene lære "håndverket" - koble kretser, bruke måleinstrumenter osv. De kan også lære å utforme gode forsøk (kontrollere variable osv). Gjennom iskusjoner med medelever og med læreren kan de prøve ut sine egne ideer og videreutvikle begrepene sine. I det hele tatt inviterer emnet elektrisitet til å ta i bruk at mangfold av metoder i undervisningen, noe som igjen kan forventes å øke elevenes motivasjon. 

 

3. Samfunnsmessig og praktisk betydning

En tredje grunn til å undervise om elektrisitet er den store betydningen elektrisitet har i det moderne samfunn. Tenk deg et hus uten elektrisitet! Vi tar lett elektrisitet for gitt og har vansker med å leve uten - til tross for at vi ikke har hatt elektrisk strøm i mer enn om lag hundre år. Vårt forbruk av elektrisk og annen energi er dessuten i vår tid et viktig økonomisk og ikke minst miljømessig anliggende.

 

Emnet elektrisitet kan også øke elevenes rent praktiske kompetanse i dagliglivet - de kan lære hvordan de selv kan gjøre enkle elektriske arbeider i hjemmet (lage en skjøteledning, koble til en bryter), og de kan få forståelse av sikkerhet i forbindelse med elektrisitetsbruk.

 

4. Positive holdninger, motivasjon og selvtillit

Som nevnt ovenfor ligger emnet elektrisitet til rette for varierte arbeidsformer i klasserommet, og dette kan bidra til å øke motivasjon og lærelyst hos elever med ulike forutsetninger og læringsstiler. Vi vet fra forskning at gutter langt oftere enn jenter har erfaring med å leke seg med hobbyelektronikk, delta i enklte reparasjoner i hjemmet osv. Det er derfor ekstra viktig at jentene får prøve seg innen dette emnet - ikke minst når det gjelder de praktiske oppgavene. Dette kan være med på å styrke jentenes kompetanse og selvtillitt innen et emne som tradisjonelt er et typisk "gutteområde".

 

Innholds- og prosessmål

Når man planlegger, gjennomfører og vurderer undervisning, kan man skille mellom innholds- og prosessmål for undervisningen. Når det gjelder elektriske kretser er "innhold" for eksempel begrepene åpen - og sluttet krets, likestrøm, spenning og resistans. Med prosess kan vi tenke på det vi gjør med innholdet: Velge mellom ulike systemer/oppsett av apparatur for å utføre et eksperiment, kontrollere variabler eller formulere en modell og teste ut denne ved å sammenholde de antagleser man har gjort med det eksperimentelle resultatet. Prosessmålene for naturfaget innebærer at elevene skal lære seg noe om naturvitenskapelig arbeidsmåte.

 

Selv om det kan være klargjørende å bruke skillet mellom innhold og proses i visse sammenhenger, er det klart at prosess og innhold alltid henger nært sammen i undervisningen.

 

Som eksempel på innholds- og prosessmål innen elektrisitet skal vi ta for oss temaet elektriske kretser. Tilsvarende lister kan lages for andre temaer.

 

Elektriske kretser - innhold

Med utgangspunkt i erfaring og bakgrunn fra forskning om elevers tenkning foreslås følgende innholdsmål for emnet "elektriske kretser":

 

Eleven skal

1. innse at en lyspære, et batteri, en elektrisk ledning og enhver annen elektrisk komponent alle har to poler. Med to poler mener vi en "inngang" og en "utgang", og at strømmen passerer gjennom komponentene i en sluttet krets.

2. forstå ideen bak kortslutning. Dersom en god leder (en ledningstråd) koples direkte fra pol til pol på et batteri, oppstår en "motorvei" for strøm mellom polene. Batteriet arbeider på høyeste effekt, blir varmt og tar snart slutt.

3. foretrekke å anvende en sirkulasjonsmodell for strømmen i den sluttede kretsen fremfor en ide om møtende, motsatte eller kollierende strømmer.

4. forstå hvordan en lyspære ser ut inni, dvs. innse at glødetråden må utgjøre en del av kretsen og at en tilstrekkelig stor strøm må passere glødetråden for at lyspæren skal kunne lyse.

5. kunne identifisere elektrisk ledende materialer og skille disse fra materialer som ikke leder strøm (isolator) ved å kople dem inn i en forsøkskrets. Innse at dersom en krets skal kunne betraktes som sluttet må det være ledende materiale rundt hele kretsen.

6. se på elektrisk strøm som en strøm av elektroner, hvor elektronene selv utgjør en del av det materialet ledningene er laget av. Strøm forbrukes ikke, den bare holdes i gang av batteriet. Løst bundne elektroner finnes i det ledende materialet om det leder strøm eller ikke. For at batteriet skal kunne gi fart til elektronene, må det være en ledende og sluttet veg fra den ene polen til den andre.

7. Forstå forskjellen på et elektrisk ledende materiale og en isolator på partikkelnivå. Forskjellen kan forklares ved hvor mye energi som kreves for å flytte elektroner (alternativt andre ladde partikler).

8. kjenne igjen en sluttet lederkrets i ulike utførelser og sammenhenger.

9. se glødetråden i en lyspære som et hinder i kretsen som begrenser strømstyrken. To lyspærer i serie utgjør et større hinder enn én lyspære. Batteriet driver mindre strøm rundt i kretsen jo større hinder som finnes i den. Hvor stor strømmen blir avhenger altså av hvilke komponenter som er koplet inn. Batteriet er med andre ord ikke en konstant strømgiver.

10. kunne identifisere serie- og parallelkoplede kretser og forutsi hvordan lyspærene lyser i forhold til hverandre når de er koplet inn på ulike steder.

11. sammenligne hindre av ulik størrelse og resonnere kvalitativt om hindrenes betydning for strømstyrken gjennom dem. Kjenne igjen kortsluttede kretser.

12. Skille mellom energi og strøm, og forstå at begrepet strøm er nødvendig for å forklare den elektriske energioverføringen. Strøm er ladde partikler i bevegelse. Batteriet gir partiklene energi (bevegelsesenergi) og er derfor årsak til bevegelse. Partiklenes energi overføres videre til andre deler av kretsen.

13. Betrakte kretsen som et system og innse at hele kretsen påvirkes så godt som momentant av en liten forandring ett sted i kretsen. Forstå at en sekvensiell tenkning ("først kommer strømmen hit, da hender dette, siden går strømmen dit, og da..") kan lede til feil konklusjon

14. Anvende begrepet spenning for å forutsi hvordan lyspærer lyser i en krets.

15. Skille mellom strøm og spenning, og innse at spenning er årsaken til strøm. Spenning finnes mellom polene på et batteri. Batteriets spenning er trykt på batteriet, for eksempel 1,5 volt (V).

 

Elektriske kretser - prosess

For emnet elektriske kretser foreslås følgende prosessmål:

 

Eleven skal

1. finne på eksperiment for å teste ut egne ideer.

2. bruke ulike forklaringsmodeller og innse at hver modell har sine muligheter og begrensninger.

3. utforme valide forsøk (at man måler det man utgir seg for å måle). Dette innebærer for eksempel å innse at variabler utenom de man undersøker må holdes konstant.

4. Bruke fantasien til å variere et eksperiment og foreslå forklaringer.

5. Bli klar over at kunnskaper om elektriske kretser kan brukes til å forutsi og forklare.

6. Kjenne at selvtilliten øker ved stadig å kunne løse oppgavene/problemstillingene på en bedre og mer effektiv måte.

7. Være forberedt på å måtte revidere hypoteser som ikke stemmer med virkeligheten.

 

Aktiviteter

 

Magnetisering av metall

Det du trenger:

- Magnet

- 2 metallgjenstander, helst av jern

 

Prøv først å holde de to metallgjenstandene inntill hverandre for å sjekke at de ikke er magnetiske. Hold så den ene inntil magneten. Hold den så inntil den andre metallgjenstanden. Hva skjer? Hvorfor?

Didaktisk forklaring: Hva skjer/hvorfor:

Gjenstanden du holdt inntil magneten, har fått magnetiske egenskaper og kan tiltrekke seg den andre metallgjenstanden. Jern kan nemlig bli magnetisk. Vanligvis er magetismen i et jernstykke delt inn i domener, som du kan se øverst på illustrasjonen under. Magnetismen i de forskjellige domenene peker i forskjellige retninger og opphever hverandre. Men når jernet holdes inntil en magnet, vil domenene innrette seg i samme retning og føre til at jernbiten selv blir en magnet!

 

Lage krets:

For å støtte elevens læring av hvordan en strømkrets er bygd opp, kan elevene lage sin egen lampeholder og sin egen bryter og koble dem sammen med et batteri til en krets. Lampeholderen kan lages av en liten trekloss med tre spiker. Fordelen med denne holderen er at den er åpen, og lampa vil bare lyse dersom én ledning kobles til bunn-spikeren og en annen til én av sidespikrene.

 

 

Lage krets med brytere

Bryteren lages av en klesklype (denne kan være i to varianter; "av-bryter" eller "på-bryter"):

 

 

 

 

Vi kan da lage en strømkrets som vist under:

 

 

 

 

Kilder - Internett

http://no.wikipedia.org/

http://www.fysikknett.no