Eleverne laver en model, hvor de ved hjælp af en lommelygte undersøger, hvorfor skyggen ‘peger’ i en bestemt retning, og hvordan skyggen kan ændre størrelse, afhængig af lysstrålens placering.
I dette forsøg skal du bygge en papirbåd med en magnet i, som efterfølgende kan styres af et batteri og en ledning.
VIGTIGT – læs dette sikkerhedsafsnit før du går i gang. Da der er tale om en kortslutning af batteriet, løber der en kraftig strøm gennem ledningen, som derfor bliver varm efter relativ kort tid. Kortslut derfor først kredsen, når ledningen er tæt på magneten.
Prøv at svare på følgende spørgsmål:
Hvordan påvirker strømmen magneten?
Hvilke sammenhænge er der mellem elektricitet og magnetisme?
Har du set magneter og ledninger spoler i andre sammenhænge?
Hvorfor kan man styre båden med strøm?
Kan du forestille dig et design, hvor man kunne styre bådens retning og hastighed med ledningen?
En strømførende ledning skaber et magnetfelt. Omkring magneten i båden eksisterer ligeledes et magnetfelt. Disse to magnetfelter påvirker hinanden med en kraft. Da der virker en kraft imellem ledningen med strøm i og magneten, begynder båden at sejle.
Kraftens retning afhænger af strømretningen, og hvordan magneten ligger. Kraftens retning kan bestemmes ud fra højrehåndsreglen for en ladet partikel, der bevæger sig i et magnetfelt.
Størrelsen på kraften afhænger af strømstyrken, magnetens styrke og afstanden mellem ledning og magnet. Jo mere strøm der løber i ledningen, desto stærkere bliver magnetfeltet. Og jo tættere ledningen er på magneten, desto større er kraften.
Om vi vælger at se på kraften, som ledningen påvirkes med eller kraften magneten påvirkes med kan være lige fedt. Newtons 3. lov siger jo netop, at to legemer påvirker hinanden med en lige stor og modsatrettet kraft.
Effekten med en henholdsvis frastødende og tiltrækkende virkning kendes fra to almindelige magneter. Det interessante er, at effekten af magnetismen fra en strømførende ledning ikke kan skelnes fra en almindelig magnet. Den magnetiske effekt er den samme.
Hans Christian Ørsted var den første til at blive anerkendt i større videnskabelige kredse for opdagelsen af, at der var en sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme. Han påviste sammenhængen med et forsøg under en forelæsning i juli 1820 på Københavns Universitet.
Det videnskabelige miljø fik herefter travlt med at beskrive sammenhængen. Både Ampere, Biot og Savart formulerede love, der begge leder til en variation af højrehåndsreglen.
Kender man strømmens retning i en ledning kan man finde magnetfeltet ved at lade tommelfingeren gå i strømmens retning (det skal lige nævnes, at sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme allerede blev påvist i 1802 af Gian Domenico Romagnosi i Italien. Det lader dog ikke til, at nogen i det videnskabelige miljø fik læst avisen, hvor opdagelsen blev trykt).
Et batteri er en analog lav-teknologi. Det har en negativ og positiv ende. Der løber elektroner fra den negative til den positive ende når batteriet tilsluttes et kredsløb. Alligevel siger vi strømmen går fra plus til minus. Strømmen er forårsaget af kemiske reaktioner inde i batteriet. Læs mere om batteriet her.
Prøv at lave flere vindinger på ledningen og før dem tæt på båden. Din variabel er antallet af vindinger.
Prøv at ændre på strømmens retning. Din variabel er strømmens retning.
Virkningsfuld kompetenceorienteret naturfagsundervisning indeholder bl.a. elementer af problembaseret og elevstyret undervisning. Et greb, du som underviser kan bruge, er at implementere åbenhed, ved at stilladsere undersøgelserne med frihedsgrader.
Problembaseret og elevstyret undervisning er kendetegnet ved, at eleverne arbejder selvstændigt med egne undersøgelser. Eleverne skal finde egne svar, og det skal ikke være givet på forhånd, hvad de skal. Eleverne skal ikke reproducere eller genskabe allerede eksisterende undersøgelser.
Som underviser udvælger du en grad af frihed samt hvilket trin, den skal implementeres i. Astra opdeler en undersøgelse i følgende seks trin, hvor du kan arbejde med implementering af frihedsgrader.