ניסוי לבית ספר יסודי -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

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫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 (‪) +250mA‬‬ ‫● 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

‫רגע לפני‪...‬‬ ‫הולכת חשמל היא תכונה של חומר‪ .‬חומר מבדד אינו סוגר מעגל חשמלי‪ .‬חומר מוליך סוגר מעגל‬ ‫חשמלי‪.‬‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫שערו אילו חומרים יסגרו את המעגל החשמלי ? ואילו חומרים לא יסגרו את המעגל החשמלי?‬

‫ביצוע הניסוי‬

‫‪ .1‬הפעילו את ‪ einstein™ Tablet‬או ‪ .einstein™ LabMate‬בהפעלת וחיבור ה‬ ‫‪ einstein™ LabMate‬יש לקשר את אוסף הנתונים לתוכנה ע"י חיבורית ה‪.bluetooth‬‬ ‫לפרטים נוספים יש להוריד את מדריך המשתמש​​מהאתר‪.‬‬ ‫‪ .2‬לחצו על תוכנת ה‪ MiLABEx -‬ועל הכפתור ‪ MiLABEx‬בעמוד הכניסה‬ ‫‪ .3‬חברו את חיישן הזרם‪.‬‬ ‫‪ .4‬לפני תחילת המדידות יש לאפס את חיישן הזרם‪ :‬לחצו על כפתור ההגדרות הנמצא ליד‬ ‫החיישן ולחצו על איפוס (‪)set zero‬החיישן‪.‬‬ ‫‪ .5‬הגדירו את מערך אוגר הנתונים‪.‬‬

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

‫‪ 1‬בשנייה‬

‫משך הדגימה‪:‬‬

‫‪ 20‬שניות‬

‫‪ .6‬חברו אל חיישן הזרם נורה וסוללה‪ ,‬בנו מעגל חשמלי סגור ובדקו את תקינות מרכיביו (הנורה‬ ‫דולקת‪ ,‬עובר זרם חשמלי במעגל)‪ ,‬ע"פ הסכמה המופיעה מעלה‪.‬‬ ‫‪ .7‬הוסיפו למעגל החשמלי שהרכבתם כל פעם אחד מהחומרים הבאים‪ :‬ברזל‪ ,‬נחושת‪,‬‬ ‫אלומיניום‪ ,‬עץ‪ ,‬זכוכית‪ ,‬פלסטיק ובדקו ‪:‬‬ ‫● האם הנורה דולקת?‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫● מה עוצמת הזרם חשמלי העוברת במעגל?‬ ‫‪ .8‬השלימו את טבלת מוליכות החשמל של החומרים שבדקתם במהלך ביצוע הניסוי‪.‬‬ ‫‪ .9‬בצעו חזרה על המדידות (סעיפים ‪ )5-8‬למניעת טעויות מדידה ולהגדלת מהימנות הניסוי ‪.‬‬

‫עיבוד נתונים‬ ‫‪ - mA‬מיליאמפר= אלפית האמפר ‪1/1000‬‬

‫השלימו את הטבלה ‪:‬‬ ‫החומר‬

‫ברזל‬ ‫אלומיניום‬ ‫נחושת‬ ‫פלסטיק‬ ‫עץ‬

‫עוצמת‬ ‫הזרם‬ ‫החשמלי‬ ‫שעוברת‬ ‫במעגל‬ ‫(‪-mA‬מילי‬ ‫אמפר)‬

‫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

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫כן‪/‬לא‬

‫זכוכית‬

‫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

‫דיון בכיתה‬ ‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫‪ .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:‬‬

‫רקע מדעי‬

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫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 ,‬הם נקראים "מוליכים"‪ .‬חומרים מוליכים סוגרים מעגל חשמלי‪ .‬ישנם חומרים‬ ‫שאינם מאפשרים מעבר של זרם חשמלי דרכם הם נקראים מבודדים‪ .‬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.‬‬ ‫מתוך מסמך ההתנסויות לכיתה ה'‬

‫רעיונות ודגשים‬

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

‫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/‬תהלי‬

‫● אפיון המתכות יעשה באמצעות זיהוי תכונותיהן בסדרת פעולות על מוט‬

‫ך טכנולוגי‪/‬דגם‬

‫מתכת וחוט מתכת ותצפית עליהן‪.‬‬ ‫● התנסות תלמידים‬

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬ ‫● 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)‬ ‫● 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

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬

‫לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי‬

‫חברת פורייה מערכות בע"מ‪ ,‬רח' המלאכה ‪ ,21‬ראש העין‬ ‫‪https://einsteinworld.com/home‬‬ ‫‪info@fourieredu.com‬‬