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
imagine explore learn •
•
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 ()+250 mA
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 הערה :יש לבחור מוטות או פסים זהים בגודלם וצורתם זה לזה.
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
רגע לפני... הולכת חשמל היא תכונה של חומר .חומר מבדד אינו סוגר מעגל חשמלי .חומר מוליך סוגר מעגל חשמלי. שערו אילו חומרים יסגרו את המעגל החשמלי ? ואילו חומרים לא יסגרו את המעגל החשמלי?
ביצוע הניסוי
.1חברו את חיישן הזרם. .2לפני תחילת המדידות יש לאפס את חיישן הזרם :לחצו על כפתור ההגדרות הנמצא ליד החיישן ולחצו על איפוס ()set zeroהחיישן. .3הגדירו את מערך אוגר הנתונים.
מערך אוגר הנתונים זרם ()+250 mA קצב הדגימה:
1בשנייה
משך הדגימה:
20שניות
.4חברו אל חיישן הזרם נורה וסוללה ,בנו מעגל חשמלי סגור ובדקו את תקינות מרכיביו (הנורה דולקת ,עובר זרם חשמלי במעגל).
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
.5הוסיפו למעגל החשמלי שהרכבתם כל פעם אחד מהחומרים הבאים :ברזל ,נחושת, אלומיניום ,עץ,זכוכית,פלסטיק ובדקו :
האם הנורה דולקת?
מה עוצמת הזרם חשמלי העוברת במעגל?
.6השלימו את טבלת מוליכות החשמל של החומרים שבדקתם במהלך ביצוע הניסוי. .7בצעו חזרה על המדידות (סעיפים )5-8למניעת טעויות מדידה ולהגדלת מהימנות הניסוי .
עיבוד נתונים -mAמיליאמפר= אלפית האמפר 1/1000
השלימו את הטבלה :
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי עוצמת הזרם החשמלי שעוברת במעגל (-mAמילי אמפר)
החומר
ברזל אלומיניום נחושת פלסטיק עץ זכוכית
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
כן/לא
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
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
דיון במליאה .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:
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
.2
"סוגרים מעגל" התנסות וירטואלית בפעילות :מוליכים ומבודדים
רקע מדעי 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 ,החומרים הללו נקראים "מוליכים"( למשל :נחושת ,אלומיניום ,ברזל) ,מוליכים המחוברים ברצף למרכיבי מעגל חשמלי (מקור חשמלי ,מוצר חשמלי ,חוטי חשמל) ,יוצרים מצב הנקרא" :מעגל חשמלי סגור" .ישנם חומרים שאינם מאפשרים מעבר של זרם חשמלי דרכם, חומרים אילו נקראים מבודדים (למשל :פלסטיק ,זכוכית ,עץ) ,מבודדים המחוברים ברצף למרכיבי מעגל חשמלי (מקור חשמלי ,מוצר חשמלי ,חוטי חשמל) ,יוצרים מצב הנקרא":מעגל חשמלי פתוח" .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.
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
מתוך מסמך ההתנסויות לכיתה ה' רעיונות ודגשים
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/תהליך
אפיון המתכות יעשה באמצעות זיהוי תכונותיהן בסדרת פעולות על מוט
חומרים ותכונותיהם: חומרים מאופיינים על פי ההרכב -המקור ,התכונות הכימיות והפיזיקליות.
טכנולוגי/דגם
מתכת וחוט מתכת ותצפית עליהן.
התנסות תלמידים
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)
imagine explore learn •
•
לקט ניסויי מעבדה ממוחשבת לבית ספר יסודי
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
imagine explore learn •
•