Izgalmas bevezető az elektronika világába otthoni eszközökből készült villanykörte segítségével

Szükséges hozzávalók

Szükséges eszközök:

· régi, már nem használt, műanyag tetővel rendelkező fűszertartó vagy befőttesüveg,

· vékonyabb, fém menetes szál (kb. 20 cm),

· 8 db anyacsavar (ami méretben illik a menetes szálhoz),

· kisméretű, akár használt gyertya,

· régi vezetékdarab (kb. 10 cm)

Szükséges szerszámok:

· fűrész: a menetes szár fűrészeléséhez

· kézi fúró: a műanyag tetőre két lyuk fúrásához

· ragasztó: a gyertya rögzítéséhez

· gyufa: a gyertya meggyújtásához

· labor tápegység: az áram generálásához

Leírás

Az egyedi villanykörte tervezésének lépései:

1. Menetes szálak előkészítése

A menetes szálból vágjon két egyforma darabot! A mintapéldában 2 db 8 cm hosszú menetes szál készült, de érdemes hozzáigazítani a méretüket a villanykörte testéhez (fűszertartó vagy befőttesüveg például). A menetes szálak hosszúságát úgy határozzuk meg, hogy a fémszálak kb. 2/3 része a villanykörtén belül, kb. 1/3 része a villanykörtén kívül fog elhelyezkedni.

A műanyag tetőre kézifúróval fúrjon két lyukat pár centiméter távolságra, amelyekbe belefér a két menetes fémszál, de figyeljen, hogy ne legyen túl nagy a két lyuk, hiszen légmentesen lezárt belső térre van szükség a villanykörtén belül.

Fontos, hogy a villanykörtét lezáró tető olyan anyagból készüljön, amely nem vezeti az áramot. A legcélszerűbb, ha a tető műanyag, mert az nem befolyásolja az áramkört, míg a fémet el kell kerülni, mivel az vezetné az áramot.

Következő lépésként a két menetes szálat illessze a tetőn fúrt két lyukba úgy, hogy azok légmentesen lezárják a réseket.

A fém szálakat két-két anyacsavarral rögzítse, hogy biztosan a helyükön maradjanak.

2. Izzószál kialakítása

A menetes fémszálak azon végeire, amelyek a villanykörtén belül fognak majd elhelyezkedni, további két-két anyacsavart tekerjen, úgy, hogy azok között néhány milliméteres rés maradjon. Ezen a résen fog átmenni az izzószál.

Ehhez szükséges egy régi, már nem használt vezeték szétbontása, amelyből egyetlen huzalra lesz szükségünk (minél vékonyabb és gyengébb minőségű anyagból készült a huzal, annál látványosabb a kísérlet, mivel ezek az anyagok nagyobb ellenállással rendelkeznek).

Következő lépésként a fémhuzal egyik végét illessze a két anyacsavar közé, a másik végét a másik két anyacsavar közé, majd az anyacsavarokat megszorítva biztosítsa, hogy megfelelő kontaktusba kerüljön a két fémfelület (az izzószál és az anyacsavarok).

3. Gyertya rögzítése és meggyújtása

Egy kis méretű gyertyát viasszal vagy pillanatragasztóval rögzítsen a műanyag tetőre. A gyertya lángja fontos szerepet játszik abban, hogy elégesse az oxigént az villanykörte testéből. Ez azért fontos, mert minél kevesebb oxigén van a villanykörte testében, annál később ég el az izzószál.

Gyújtsa meg a gyertyát, majd égő állapotában tekerje rá a tetőre a villanykörte testét, tehát a fűszertartót vagy befőttesüveget. Miután ezt elvégezte, a láng elhasználja a légmentesen zárt üvegben lévő oxigént, így létrejön a környezet, amely hasonló a hagyományos izzólámpa működéséhez (ahol nincs oxigén, csak nemesgázok vannak jelen).

Ezzel elkészült a villanykörte. A következő lépésben tesztelje, hogy megfelelően működik-e!

4. Tápegység csatlakoztatása

A labor tápegység kivezetéseit csatlakoztassa a villanykörtéből kilógó 2 fémszál végeihez.

Áramgenerátoros üzemmódban a tápegységen állítson be max. 5 V-os feszültséget, majd fokozatosan emelje az áram korlátját, amíg az izzószál fel nem izzik. (A mintapéldában a tesztelés során 3,2 A áramerősségnél és 2,8 V feszültségnél az izzószál már láthatóan izzott).

Megfigyelés

Az izzószál izzása során a villanykörte működése a egy áramkör alapelveit mutatja be, a magasabb ellenállású anyag miatt a huzal felizzik és fényt ad.

A 7K fejlesztésének részletes leírása

Kollaboráció:

A villanykörte készítése során a diákok csoportokban dolgoznak, hogy közösen tervezzék meg a villanykörte működését és kinézetét. Mivel a feladat több lépésből áll, akár fel is lehet osztani a különböző csapatok között az egyes részfeladatokat, legyen szó a menetes szárak előkészítéséről, a gyertya elhelyezéséről, vagy a tápegység csatlakoztatásáról. A csoportmunka lehetőséget ad arra, hogy a diákok egymást támogassák, miközben a különböző feladatok elosztása elősegíti a hatékony munkavégzést.

Kommunikáció:

A villanykörte elkészítése közben a diákok folyamatos kommunikációra kényszerülnek, hogy sikeresen megosszák egymással ötleteiket, egyeztessenek a megvalósítás lépéseiről és véleményt alkossanak a tervezésről. Az egyes feladatok végrehajtása közben a diákok megtanulják, hogyan kommunikáljanak tiszteletteljesen, miközben hatékonyan megosztják véleményüket és konstruktív visszajelzéseket adnak. A közös döntéshozatal és a problémák megoldása során nemcsak a projekt sikeressége érdekében dolgoznak együtt, hanem fejlődik a csapaton belüli kommunikációs készségük is.

Kritikus gondolkodás és problémamegoldás:

A villanykörte elkészítése során a diákok számos technikai és szerkezeti problémával találkozhatnak, például a menetes szálak megfelelő légmentes rögzítésével, vagy a villanykörte anyagának hőtűrésével. Ezen kihívások megoldása érdekében a diákok kénytelenek kérdéseket feltenni, különböző megoldásokat mérlegelni és folyamatosan tesztelni az eredményeket. A hibák felismerése és kijavítása során a diákok fejlesztik kritikai gondolkodásukat, és megtanulják alkalmazni a kreatív problémamegoldási stratégiákat. Az esetleges hibák gyors felismerése és javítása kulcsfontosságú ahhoz, hogy a projekt sikeres legyen.

Kreativitás és innováció:

A villanykörte kialakítása és megtervezése során a diákok kreatívan alkothatnak. A villanykörte „testének” megválasztása, a díszítése vagy a menetes szálak, a gyertya és az izzószál elrendezése mind lehetőséget ad arra, hogy a diákok szabadon kifejezzék ötleteiket. A tervezési folyamatban figyelembe kell venniük a különböző tényezőket, mint a megfelelő anyagok kiválasztása és a működési elv, így minden egyes döntés innovációt igényel. A diákok megtanulják, hogyan kombinálják a tudományos elveket a kreatív megoldásokkal, hogy egy működőképes és látványos új eszközt hozzanak létre.

Digitális kompetencia:

A villanykörte tesztelése során a diákoknak meg kell határozniuk a megfelelő feszültséget és áramot, hogy az izzószál működésbe lépjen. Ehhez elengedhetetlen, hogy megismerkedjenek a tápegység kezelésével és az elektronika alapvető működésével.

Interkulturális kompetencia:

A barkácsolás és tesztelés során a diákok számára lehetőség nyílik arra, hogy a különböző technológiai és tudományos fogalmakat elsajátítsanak különböző nyelveken, így bővítve nyelvi kompetenciáikat is. Lásd AT-HU Vokabular Glühbirne-Villanykörte

Kontextuális kompetencia

A villanykörte tesztelése során a diákok megismerkednek az áramkörök működésével és az elektromos áram alapvető fogalmával. Az izzószál felizzása a Joule-törvény alapján történik, amely szerint az elektromos áram hővé alakul, amikor ellenálláson halad át. A diákok megtanulják, hogy az áramot és a feszültséget megfelelően kell beállítani ahhoz, hogy az izzószál kellő hőt termeljen, de ne égjen el. Ezen kívül megismerkednek az áramkörök összetevőivel, mint a tápegység, amely szabályozza az áramot és a feszültséget. Az ilyen típusú projektek során a diákok gyakorlati tapasztalatot szereznek az elektronikai jelenségek működéséről, és megérthetik azokat az alapvető törvényszerűségeket, amelyek az elektronikai rendszerek hatékony működését biztosítják.