Kun jij ballonnen laten vechten tegen elkaar?

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5,6

Introduction

Kun je ballonnen tegen elkaar laten vechten met elektrische lading? In dit hands-on practicum onderzoeken leerlingen hoe geladen voorwerpen op elkaar reageren. Ze leren de werking van ladingen generaliseren en ontdekken hoe een elektrisch veld ervoor kan zorgen dat een dipool ontstaat. Door zelf te experimenteren én te schetsen maken ze deze onzichtbare elektrische effecten zichtbaar en begrijpelijk.

Instructions

Voorkennis van leerlingen

De les vraagt geen specifieke voorkennis van leerlingen.

Voorbereiding van de docent

Neem de les een keer door.

Zorg voor alle materialen voor het practicum:

• een draad (0,5 meter)
• 2 ballonnen
• een pvc-buis
• kleding of doek, liefst van wol
• een telefoon of camera om een video op te nemen
• pen, stiften en papier

Leerdoelen/vaardigheden

De leerling kan de werking van ladingen generaliseren;

De leerling kan schetsen hoe een dipool gemaakt kan worden door een elektrisch veld.

Aansluiting curriculum

Deze les sluit aan bij de domeinen van natuurkunde:

Domein D – Lading en veld

Subdomein D2 – Elektrische en magnetische velden

Het practicum kan ook worden gecombineerd met andere practica van 4TU.Schools. Zo kun je verschillende practica naast elkaar aanbieden in de vorm van een practicumcarrousel.

Feedback

De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!

ut.onl/docent4tu

Ondertitel

Practicum Elektrische Velden

Kun jij ballonnen laten vechten tegen elkaar?

Les 1. Wat is creativiteit?

Informatie voor de docent

Benodigdheden

Zet het vinkje 'toon bij leerling' aan

Toon notities bij elke dia

Navigeren door de les

Vooraf

Verdeel de leerlingen in groepjes van 2 leerlingen.

Alle materialen voor het practicum

Een camera voor iedere groep

Pen, stiften en papier

Materialenlijst (per groep)

• Een draad (0,5 meter)
• 2 ballonnen
• Een pvc-buis
• Een doek, liefst van wol

Les 1. Wat is creativiteit?

Leerdoelen

Na deze les...

• kan je de werking van ladingen generaliseren;
• kan je schetsen hoe een dipool gemaakt kan worden door een elektrisch veld.

Les 1. Wat is creativiteit?

Ladingen en kracht

Het is bekend dat ladingen, afhankelijk van hun polariteit, elkaar aantrekken of afstoten. Gelijke ladingen stoten elkaar af, terwijl tegenovergestelde ladingen elkaar aantrekken.

Dit komt door de elektrische veldpatronen die elke lading maakt. Gelijke velden willen elkaar wegdrukken en veroorzaken een kracht tussen de twee geladen deeltjes. Tegenovergestelde velden doen dus precies het tegenovergestelde.

Maak duidelijk aan de leerlingen dat een rode deeltje positief en een groen deeltje negatief. Dit houden wij aan voor de rest van de presentatie.

Les 1. Wat is creativiteit?

Statische elektriciteit

Statisch elektrische velden, oftewel een elektrisch veld die niet veranderd of beweegt, kunnen voorkomen in dagelijkse objecten. Door twee materialen over elkaar heen te wrijven kunnen er elektronen tussen de materialen verdeeld worden. Dit veroorzaakt een netto negatieve lading in het ene object en een netto positieve lading in het andere object.

Dit effect kunnen wij terugzien wanneer wij, bijvoorbeeld, een ballon, een plastic waterfles, of een pvc-buis over onze trui of haar heen wrijven.

Les 1. Wat is creativiteit?

Wat zijn dipolen?

Een dipool is een ladingsverschil tussen de twee kanten van een molecuul. Wanneer atomen een molecuul vormen door aan elkaar te binden gaan zij elektronen delen. Soms komt het voor dat een molecuul een oneven distributie aan elektronen heeft, zoals bij water. Dit veroorzaakt een dipool: het exces aan elektronen bij de zuurstof atoom zorgt voor een netto ladingsverschil.

Maar kunnen dipolen zich ook tijdelijk plaatsvinden? Of kunnen wij deze forceren?

De delta+ en delta- die je ziet zijn de ladingen aan de kanten van de dipool van water. Leg hier vooral uit dat de dipool van water een van de meest basis concepten is van dipolen.

Les 1. Wat is creativiteit?

Gemaakte dipolen

In het bijzijn van een elektrisch veld kan een dipool gemaakt worden. Dit noemen wij een geïnduceerde dipool. Het elektrisch veld heeft invloed op de elektronen van de molecuul en drukt deze weg of trekt deze aan. Het gevolg: een dipool veroorzaakt door een elektrisch veld.

Hoe sterk deze dipool is zal afhankelijk zijn van factoren zoals:

• De elektrische veldkracht
• De grootte van de molecuul
• Hoe makkelijk de elektronen polariseren

Bij het laatste puntje gaat het stukje "hoe makkelijk elektronen polariseren" over hoe sterk zij gebonden zijn in hun huidige locatie. Sterker gebonden elektronen hebben dus minder neiging om gepolariseerd te worden.

Balloon

Fight!

Les 1. Wat is creativiteit?

Wat heb je nodig?

1. Jouw eigen kleding of een doek, liefst van wol
2. Twee ballonnen
3. Een lange draad
4. Een PVC buis
5. Een camera/ telefoon voor video-opname

Les 1. Wat is creativiteit?

De Control Casus

1. Blaas de ballonnen op tot deze redelijk groot zijn
2. Knoop ze dicht en strik de ballonnen vast aan ieder een uiteinde van de draad
3. Trek de draad omhoog zodat allebei de ballonnen even hoog hangen
4. Breng de pvc-buis tussen de ballonnen in
5. Gebeurt er iets? Neem het op in een filmpje
6. Als er iets interessants gebeurt, maak dan een tekening om het uit te leggen

Les 1. Wat is creativiteit?

Balloon Fight!

1. Houd de ballonnen vast aan het touwtje
2. Wrijf nu met de doek of jouw kleding over de pvc-buis
3. Houd de ballonnen nogmaals op dezelfde hoogte met de draad
4. Breng de pvc-buis langzaam tussen de ballonnen in
5. Gebeurt er niks? Wrijf dan langer over de pvc-buis heen
6. Gebeurt er iets? Neem het op in een filmpje
7. Maak een tekening wat verduidelijkt wat er gebeurt
8. Neem jezelf op waarin jij deze uitlegt

Uitleg

Practicum

Les 1. Wat is creativiteit?

Dipolen combineren

Een dipool kan ontstaan in een enkele molecuul, maar deze kunnen natuurlijk ook combineren met andere moleculen. Als een molecuul met een dipool dicht bij een andere molecuul is kan deze ook een dipool vormen. Wanneer een heleboel moleculen gegroepeerd zijn kan dit een soort kettingreactie vormen, waar elke geïnduceerde dipool weer een andere dipool veroorzaakt.

Les 1. Wat is creativiteit?

Dipolen in objecten

Wanneer wij de negatief geladen pvc-buis in de buurt houden van een ballon maken wij een dipool in een paar van de rubber moleculen. Deze zal zich voortzetten door de gehele ballon. Wat wij uiteindelijk zien is dat de oppervlakte van de ballon uit zichzelf een dipool vormt. Moleculen dicht bij de buis hebben een sterkere positieve dipool en andersom voor moleculen verder weg.

De moleculaire structuur van de ballon maakt het wel erg lastig om een sterke dipool te creëren.

Les 1. Wat is creativiteit?

De balloon fight

Bij een enkele ballon zullen wij verwachten dat de gemaakte dipool de ballon aantrekt naar de buis. Maar met twee ballonnen maken wij een dipool in beide ballonnen.

Allebei de ballonnen zijn aangetrokken naar de negatief geladen buis. Maar de ballonnen stoten elkaar ook af, omdat zij op hun oppervlak een gelijke lading dragen. Dit zorgt voor het effect waar de ballonnen lijken te 'vechten' om de pvc-buis heen.

Les 1. Wat is creativiteit?

Geïnspireerd

Wellicht vond je dit een interessante les. 

Klik dan eens op onderstaande vervolgopleidingen:

Technische natuurkunde

<div><a href="https://www.utwente.nl/en/education/bachelor/programmes/applied-physics/">Applied Physics</a> - Universiteit Twente</div><a href="https://www.tudelft.nl/onderwijs/opleidingen/bachelors/tn/bsc-technische-natuurkunde">Technische Natuurkunde</a>&nbsp;- TU Delft<div><a href="https://www.tue.nl/studeren/bachelor-college/bachelor-applied-physics">Applied Physics</a> - TU Eindhoven</div><div><br></div><div><div></div></div>

Electrical Engineering

<div><a href="https://www.utwente.nl/en/education/bachelor/programmes/electrical-engineering/">Electrical Engineering</a> - UTwente</div><a href="https://www.tue.nl/studeren/bachelor-college/bachelor-electrical-engineering">Electrical Engineering</a> - TU Eindhoven<div><a href="https://www.tudelft.nl/onderwijs/opleidingen/bachelors/ee/bsc-electrical-engineering">Electrical Engineering</a> - TU Delft</div>

Toelichting

Deze dia is bedoeld om leerlingen te helpen zich te oriënteren op vervolgopleidingen, hoewel dat vaak nog een ver-van-mijn-bed-show is. Onbekend maakt onbemind en op deze manier maken ze kennis met wellicht onbekende studierichtingen.

Les 1. Wat is creativiteit?

Gefeliciteerd!

Nu kun je...

...de werking van ladingen generaliseren;

...schetsen hoe een dipool gemaakt kan worden door een elektrisch veld.

Les 1. Wat is creativiteit?

De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!

Feedback gevraagd

Klik hier om naar de vragenlijst voor leerlingen te gaan

Link naar vragenlijst voor leerlingen: 

ut.onl/leerling4tu 

Les 1. Wat is creativiteit?

De makers van deze les willen graag weten wat je van de les vond. Ga daarvoor naar de (korte) vragenlijst. Heel veel dank!

Feedback gevraagd

Vragenlijst voor docenten

ut.onl/docent4tu

Les 1. Wat is creativiteit?

Check www.4tuschools.nl voor meer inspirerende lessen!