Lav din egen mayonnaise og bliv klogere på spørgsmålet: Hvad er en emulsion?
I har sikkert hørt om atmosfæren, men kender I magnetosfæren? At jordens magnetfelt rækker langt ud i rummet og danner et usynligt beskyttende skjold – det vi kalder magnetosfæren.
Alle materialer på jorden er magnetiske. Stærkt magnetiske kalder vi ferromagnetiske, og for svage skelner vi mellem dia- og paramagnetiske. I dette illustrationsforsøg får I demonstreret disse typer af magnetisme. Bagefter skal I designe jeres eget eksperiment, hvor I undersøger materialer, I selv har valgt.
Hvad skete der i ‘Kometernes Jul’?
På Planet 9 taber de magillium, der ligger i en aluminiumskuffert, ned i et stort hul. Eleverne har lært, at aluminium ikke er magnetisk, men er aluminium mon alligevel på en eller anden måde magnetisk? Eleverne konstruerer en stærk magnet, bl.a. af zink og kobber, og de får ved hjælp af magneten fisket kufferten med magilium op af hullet.
Hvad er den naturvidenskabelige erkendelse?
Erkendelse 8: Fundamentale fysiske naturkræfter virker overalt i universet. Centrale ord: Kraft, magnetisme, atomer, fundamentale naturkræfter.
Hvad skal I lave i opgaven?
I skal først gennemføre et illustrationsforsøg, som demonstrerer, hvad ferro-, dia- og paramagnetisme er. Derefter skal I designe jeres eget eksperiment, der kan be- eller afkræfte jeres egen hypotese for et materiale, I selv har valgt. Til sidst skal I sætte jer ind i, hvad magnetosfæren er, og hvorfor den er en vigtig del af jordens beskyttelse.
I skal arbejde med neodymium-magneter. Neodymium-magneter er meget kraftige magneter. Passer I ikke på, kan magneterne ‘smække sammen’ og fx give jer kvæstelser på fingrene. I må derfor under ingen omstændigheder lade magneterne klikke frit sammen, da der let kan slås flige af magneterne, der kan flyve i alle retninger. Magneterne er lavet af metal og kan lede elektricitet. Magneterne må derfor ikke komme i kontakt med strøm, herunder stikkontakter, da de så kan give dig elektrisk stød.
Det er meget vigtigt, at I i dette illustrationsforsøg bruger en meget kraftig neodymium-magnet. Den kan købes på nettet, bl.a. supermagnete.dk
Forberedelse:
Første test (er det ferromagnetisk?):
Anden test (er det para- eller diamagnetisk?):
TIP: Undgå, at båden rammer kanterne på skålen, og undgå også at ramme objektet, der testes med magneten.
Efter at I har gennemført illustrationsforsøget som beskrevet, skal I designe jeres egen undersøgelse, hvor I skal teste materialer, I selv har valgt.
Det naturfaglige spørgsmål er:
Hvilke almindelige dagligdagsmaterialer fra husholdningen er henholdsvis ferro-, dia- og paramagnetisk?
Efter valg af materialer skal I opstille en hypotese og designe en undersøgelse, der kan be- eller afkræfte jeres hypotese.
I finder et metodekort til design af jeres egen undersøgelse her.
Magnetosfæren – hvad er det?
Læs om magnetosfæren i den faglige baggrund og læs mere på dette link.
Lav andre eksperimenter med magnetisme. I kan fx undersøge, om blod er ferro-, dia- eller paramagnetisk?
Den elektromagnetiske kraft
Alt i universet er opbygget af partikler, og den elektromagnetiske kraft eksisterer overalt. Elektroner er sådan en partikel. Elektroner er negativt ladede, og når elektroner bevæger sig samlet i en retning, bliver det til en elektrisk strøm. Elektriske strømme genererer magnetfelter.
Denne opdagelse blev gjort af den danske professor H.C. Ørsted i 1820.
Den stærke kernekraft
Den stærkeste af de fire kræfter, er den der findes mellem to ‘kvarker’. Kvarker er de bestanddele, som protoner og neutroner består af.
Den svage kernekraft
Mellem elementarpartikler kan der dannes den svage kraft. Det sker ved, at neutrinoer vekselvirker. Når de vekselvirker, er der kun andre partikler gennem denne vekselvirkning, og dette er årsagen til neutrinoernes enorme gennemtrængningsevne. Virkningen kræver, at afstanden er mindre end atomkernens størrelse. Derfor mærker vi til dagligt ikke meget til den svage kernekraft.
Tyngdekraften
Tyngdekraften virker effektivt på alle partikler. Tyngdekraften er den svageste af de fire vekselvirkninger, men den er utrolig langtrækkende og derfor meget effektfuld.
Afstanden mellem atomernes størrelse er irrelevant og har ingen betydning. Tyngdekraften er en milliard gange svagere end de andre vekselvirkninger, men tyngdekraften er derimod utrolig betydningsfuld på større områder som fx vores jordklode. Det er også tyngdekraften, som styrer planeternes bevægelse. Man kan på vores jordklode mærke tyngdekraften stærkere end på nogle andre planeter, fx Mars.
Ude i rummet er der et ‘bombardement’ af farlige fænomener, som i princippet kunne smadre Jorden. Der er meteoritter, der bevæger sig rundt, der er kosmisk stråling fra solen, og noget vi kalder solvind (en konstant strøm af elektrisk ladede partikler).
Jorden beskyttes mod disse farer med to fænomener: Atmosfæren og magnetosfæren.
Jordens magnetfelt dannes i den flydende del af jordens kerne. Jordens kerne har også en fast del. Magnetfeltet rækker langt ud i atmosfæren og danner et usynligt skjold – det kaldes magnetosfæren. Dette skjold beskytter os mod noget af den kosmiske stråling og partikelstråling fra solen samt solvinden.
Læs mere om magnetosfæren her.
Et klassisk magnetisk materiale hører under den form for magnetisme, som man kalder ferromagnetisme, men der findes andre former for magnetisme – det er ikke lige så kraftigt, men til gengæld er de langt mere udbredte.
Dette forsøg viser, hvordan udvalgte materialer kan være ferromagnetiske, paramagnetiske eller diamagnetiske. Et materiales magnetiske egenskaber er afgjort af elektronerne omkring atomerne i materialet.
Elektroner kan betragtes som runde kugler, der drejer rundt om sig selv, ligesom når man balancerer en snurrende bold på fingeren. En elektron vil altid enten dreje enten den ene eller den anden vej rundt om sig selv. Det kalder man for et ‘spin-up’ eller et ‘spin-down’. Elektronernes spin skaber et lille magnetfelt. Da elektroner ofte ligger sammen i par af to og to i det, man kalder for elektron-par, vil den ene altid spinne op og den anden spinne ned. Deres spins udligner altså hinandens små magnetfelter.
Hvis atomer, hvor alle elektroner er i par, udsættes for et magnetfelt, vil de altid lægge sig på tværs af feltet – dvs., at hele atomet vil blive frastødt af magneten. Det kalder man for diamagnetisme.
I et paramagnetisk materiale findes der én eller flere uparrede elektroner. Dvs., at elektronernes spin ikke ‘udlignes’ af andre elektroners spin. Hvis man udsætter sådanne elektroner for et magnetfelt, vil de lægge sig på langs af feltet og dermed blive tiltrukket af magneten. Dermed kan man sige, at paramagnetisme er det modsatte af diamagnetisme.
Bonusinformation om Mars og betydningen af et magnetfelt
Mars havde oprindeligt et magnetfelt, men den har nu mistet sit magnetfelt. Dermed har Mars også mistet sin atmosfære. Det betyder, at Mars er gået fra at være en varm, våd planet til en ørkenplanet, hvor kun mikroorganismer – måske – kan leve. Vi kan bl.a. se, at der har været flodlejer på Mars – flodlejer som i dag alle er tørret ud.
I forsøget bruges der neodym-magneter, en analog lavteknologi. Neodymium-magneter er utroligt stærke magneter. De kaldes også i daglig tale for supermagneter og powermagneter. Magneterne indeholder bl.a. materialet neodym, og det skaber de absolut stærkeste magneter i verden. Læs mere om neodymmagneter her.
Stanniol er teknisk udstyr. Navnet stanniol er afledt af det latinske ord for tin, da stanniol eller sølvpapir i gamle dage blev lavet af tin. Nu fremstilles det af et tyndt lag aluminiumsfilm med en tykkelse på mindre end 0.2 mm.
Lad først eleverne gennemføre illustrationsforsøget som beskrevet. Derefter skal eleverne designe deres egen undersøgelse, hvor de skal teste materialer, de selv har valgt.
Det naturfaglige spørgsmål kan være:
Hvilke almindelige dagligdagsmaterialer fra husholdningen er henholdsvis ferro-, dia- og paramagnetisk?
Efter valg af materialer skal de opstille en hypotese og designe en undersøgelse, der kan be- eller afkræfte deres hypotese.
Læs mere om ‘design af egen undersøgelse her’ og lad eleverne benytte følgende metodekort til design af egen undersøgelse.
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.