Gruppuppgift: Ön

Det här är en uppgift som jag tycker om, men många elever tyckte att den var svår. De blev frustrerade och slet sitt hår (något överdrivet). Det gäller att bara ta det lugnt, ta en sak i taget och låta hjärnan jobba utan restriktioner. Nåja, till att börja med kan man göra så, sedan lär man sortera bland idéerna och fundera på vilka som är realistiska, genomförbara och vettiga. Så här är upplägget:




Ön_____________________________ (hitta på ett namn)



Ön_____________________ ligger i Stilla Oceanen och många mil från land. Du är medlem i en vetenskaplig forskargrupp som planerar att studera ön under fem år. Du är den expert som fått till uppgift att försörja gruppen med all den energi som den behöver. Ön har:

· Ingen olja, kol eller naturgas

· Heta dagar, men kyliga nätter

· Starka vindar från sydväst

· Berg med snabbrinnande vatten

· Skogar

· Varma källor



På nästa sida hittar du en karta över ön.


Besvara följande frågor. Motivera dina svar.

1. Gruppen behöver fyra träbyggnader och ett laboratorium. Beskriv två sätt som byggnaderna kan värmas upp på.

2. Beskriv en varmvattenkälla för byggnaderna.

3. Beskriv två möjliga sätt att få värme till matlagning.

4. Hur kan du få den el som behövs till maskinerna.

5. Gruppen kommer att ha medicin och kemikalier som måste hållas kalla hela tiden. Hur kan du försäkra dig om att elförsörjningen till kylskåpen kan fungera utan avbrott?

6. Vilken naturresurs på ön bör man omsorgsfullt bevara?

7. Markera på kartan var du planerar att placera byggnaderna. Markera också var de olika installationerna för energiomvandling kommer att ligga, och visa hur energin ska överföras till byggnaderna. Förklara dina skäl för att välja dessa speciella platser.

8. Hittills har kostnaderna för energiförsörjningen inte nämnts. Skulle dina svar bli annorlunda om gruppen endast hade en begränsad summa pengar att spendera på energiförsörjningen?


Så här ser ön ut. Tyvärr är inte bildkvalitén den bästa.


Elevtext

Det moderna samhället behöver omvandla mycket energi

Vårt samhälle är beroende av en säker och tillförlitlig elförsörjning för att fungera. I våra hem behöver vi el till belysning, apparater och uppvärmning (kanske inte så klokt dock). Vi måste omvandla stora mängder energi till el.
Hur kan man göra det?
Tja, med hjälp av en generator, en maskin som omvandlar rörelseenergi till elenergi, ordnar det sig. Varifrån kan vi få rörelseenergin då?

Vattenkraft
Jo, från strömmande vatten. Vid ett vattenkraftverk brukar det finnas en damm. Vattnet i dammen har lägesenergi och när man öppnar dammluckorna och släpper igenom vattnet omvandlas vattnets lägesenergi till rörelseenergi. Vattnets åker genom en turbin, som börjar snurra och sedan sätter fart på generatorn som omvandlar rörelseenergin till elenergi.
Mäktigt

Vindkraft
Vindens rörelseenergi sätter fart på möllorna. En generator omvandlar rörelseenergin till elenergi.

Visst är de snygga?


Kärnkraftverk
I ett kärnkraftverk skjuter man sönder urankärnor med neutroner. Då omvandlas kärnenergin till värme. Man värmer vatten som finns i ett rörledningssystem och när vattnet blir varmt ökar dess tryck och då kan vattnet ledas till en turbin som sätts i rörelse och sedan överförs rörelseenergin från turbinen till en generator som omvandlar rörelseenergin till elektricitet. En del kallar detta för världens mest komplicerade sätt att koka vatten.


Forsmark i norduppland.

Solceller
Solceller omvandlar strålningsenergi från solen till elektricitet. Tyvärr är de inte särskilt effektiva.



Det finns en del andra, nyare sätt att få elenergi, men de går vi inte in på än. Vi kommer att gå in på de olika energikällornas (lite olämpligt ord, energiomvandligssätten är kanske bättre?) funktion, för- och nackdelar lite senare. Den här första, snabba genomgången är förberedelse för nästa uppgift, som heter Ön.

Mer om energiomvandlingar

Vi har gått igenom massor av exempel på energiomvandlingar och arbetat med ett häfte som handlade om det.

Några exempel:

Ett stearinljus: Kemisk energi i stearinet omvandlas till strålningsenergi och värme.
Ett vindkraftverk: Vindens rörelseenergi omvandlas till elenergi. (och värme)
En utförsåkare som far ned i pisten: Lägesenergi omvandlas till rörelseenergi. (och värme)
En bil: Kemisk energi i bensinen omvandlas till rörelseenergi och värme.
En hårfön: Elenergi omvandlas till rörelseenergi och värme.
I solen: Kärnenergi omvandlas till strålningsenergi och värme.
När man drar upp en klocka så den börjar gå: Elasticitetsenergi omvandlas till rörelsenergi.

I vår fina fysikbok PULS fysik hittar du fler exempel.

Laboration: Energiomvandligar

Energiprincipen:

Energi kan varken skapas eller lagras, bara omvandlas.


Vi gjorde laborationer som handlar om energiomvandlingar.

Radiometern



När man lyser på radiometern börjar den att snurra.

Vilka energiomvandlingar sker?

Kemisk energi i batteriet blir till elenergi som i sin tur blir till strålningsenergi i lampan. Strålningsenergin omvandlas till rörelseenergi inuti radiometern. (Dessutom blir det värmeenergi vid övergångarna mellan de olika energiformerna).

Hur fungerar radiometern?
Kommer du ihåg det? Om inte får du fråga mig när vi ses.
Ledtråd: Det finns lite luft inuti glasbubblan.


Gäddan


Gäddan är en rovfisk. Rita en figur som visar hur gäddan är beroende av solen, med energiomvandlingar.

Jag nöjer mig med att skriva ned det:
Kärnenergi i solen omvandlas till strålningsenergi som omvandlas till kemisk energi i växtplankton. Småfiskar äter växtplanktonen och den kemiska energin lagras nu i småfiskarna. Gäddan äter småfiskarna och får på så sätt i sig den kemiska energin. Sedan simmar gäddan tillbaka in i vassen och då omvandlas den kemiska energin till rörelseenergi.


Snurra termommeter


Vi stoppade ned en termometer i ett litet hål i en kork. Sedan snurrade vi termometern mellan händerna. Efter en liten stund kan man se efter hur mycket temperaturen har stigit. Man kan komma upp över hundra grader.

Vilka energiomvandlingar sker?
Kemisk energi i muskelcellerna omvandlas till rörelseenergi (termometern snurrar) och rörelseenergin omvandlas till värme. Väldigt tydligt och pedagogiskt, eller hur?

Finns det några exempel från vardagslivet på detta?
Ja, när man suddar hårt med suddgummit kan man känna att det blir varmt. När man springer i gympasalen, ramlar och glider en bit känner man att det bränner på huden. Om man varit ute och kört moppe en stund känns däcken varma efteråt.

Hur kan man göra om man vill minska energiomvandlingen?
Du har fortfarande samma kork, samma hål, samma termometer och du snurrar den lika snabbt.

Ledtråd 1: Fundera på varför det blir varmt.

Ledtråd 2: Just det, det beror på friktionen. Hur kan man göra för att minska friktionen?

Ja, man kan använda något smörjmedel. Då kommer inte lika mycket av rörelseenergn att omvandlas till värmeenergi.

Påsen med blyhagel


Vi tog en påse med blyhagel, mätte haglens temperatur och sedan klätrade en person upp på en bänk och släppte den i golvet cirka 20 gånger. Sedan mätte vi haglets temperatur igen och kunde konstatera att temperaturen hade stigit några grader.

Vilka energiomvandlingar har skett?
Jo, först när man lyfter upp påsen får den lägesenergi. lägesenergin omvandlas till rörelseenergi när påsen faller mot golvet. När påsen slår i golvet omvandlas rörelseenergin till värme.


Vagnen

Tyvärr glömde jag bort att ta kort på vagnen. Vi använde en liten vagn med ett cirka 1 meter långt snöre fäst i. I snörets andra ände satt en liten vikt. Om man placerar vagnen på ett bord och lägger ut snöret tvärs över bordet och puttar vikten över bordskanten kommer vagnen att sättas i rörelse.
Vilka energiomvandlingar sker?
Viketn har lägesenergi som omvandlas till rörelseenergi när vikten ramlar nedåt. Vagnen får också rörelseenergi eftersom den sitter i hop med vikten. Inte så knepigt.

Energi

Nu är vi igång för fullt med energiavsnittet. Vi har gått igenom olika energiformer.

• Lägesenergi

Simhopparen har lägesenergi när han står uppe på plattformen.

• Rörelseenergi

Hunden har rörelseenergi när den springer.

• Kemisk energi

Helikoptern är fulltankad med kemisk energi innan start.

• Värmeenergi

Det varma kaffet har värmeenergi.

• Kärnenergi

När man skjuter sönder en uranatom frigörs kärnenergi.

• Strålningsenergi

Från ljuset strålar strålningsenergi.

• Elektrisk energi

Elektrisk energi laddas ur.

• Elasticitetsenergi

Bågen är laddad med elasticitetsenergi.

TIMSS-uppgifter

TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study) undersöker elevers kunskaper i matematik och naturvetenskap i årskurserna 4 och 8.

De TIMSS-uppgifter i fysik som vi övade på klarade ni bra tycker jag. Det verkar som ett och annat har fastnat.

Exempel på uppgifter:

Jonas satte en kastrull med vatten på spisen och värmde det. Precis då
vattnet började koka mätte han temperaturen på vattnet. Termometern
visade 100° C. Jonas skruvade upp värmen och vattnet fortsatte att koka
i 5 minuter. Sedan mätte han temperaturen på det kokande vattnet igen.
Kommer termometern att visa en temperatur som är högre än, lägre än eller lika med 100° C?

Svar: ______________________________
Motivera ditt svar.

Vilken av följande egenskaper hos ett material bevaras under värmeutvidgning?
a massa
b volym
c form
d avståndet mellan partiklarna

Ett föremål, exempelvis ett äpple, har samma färg som ljusvågorna

a som rör sig igenom föremålet
b som absorberas av föremålet
c som reflekteras av föremålet
d som rör sig runt föremålet


Vilket av följande påståenden stämmer vid en jämförelse mellan ljudvågor med stor amplitud och ljudvågor med liten amplitud?

a Ljudvågor med stora amplituder har mindre energi och låter svagare.
b Ljudvågor med stora amplituder har mer energi och låter starkare.
c Ljudvågor med stora amplituder har samma energi och låter svagare.
d Ljudvågor med stora amplituder har samma energi och låter starkare.


Färdigbloggat för idag. Vi ses på måndag, då börjar energikursen.

Kritik av experiment och förslag på förbättringar

Med tanke på den laborativa delen av nationella provet gjorde jag i ordning ett häfte där det fanns beskrivningar av olika experiment vars upplägg inte var helt lyckade. Det gällde alltså att hitta felen och föreslå förbättringar. Tyvärr var det inte bara fysikexperiment, lite biologi smög sig också in, men det gör inget. Principen är ju den samma - ändra bara en variabel åt gången och håll de andra konstanta.

Exempel 3
Ljus eller mörker för vattenlevande djur?

Harriet ska testa om ett vattenlevande djur föredrar ljus eller mörker. Hon ordnade ett försök som du kan se på bilden. Röret innehåller vatten med 12 djur, men inga luftblåsor. Harriet drog slutsatsen att djuren gillade att vistas i ljus.

Vilka är dina kommentarer till experimentet? Hur skulle du själv ha ordnat det med samma utrustning? Rita en skiss och motivera ditt sätt att anordna försöket.

Sedan kan man fundera på varför hon valde att täcka provröret med aluminiumfolie.

Exemplet här ovanför är hämtat från Björn Anderssons bok Grundskolans naturvetenskap.