Kun jij een zeepbel bewegen met The Force?
Ondertitel
Practicum Elektrische Velden
Kun jij een zeepbel bewegen met    The Force?
1 / 21
volgende
Slide 1: Tekstslide
NatuurkundeMiddelbare schoolvwoLeerjaar 5,6

In deze les zitten 21 slides, met tekstslides.

time-iconLesduur is: 10 min
Dit is niet oké

Introductie

Een zeepbel laten bewegen zonder hem aan te raken: dat klinkt als iets uit een sciencefictionfilm. Toch heb je daar geen magische krachten voor nodig. Met een pvc-buis, een wollen doek en een beetje afwasmiddel kun je zelf een onzichtbare kracht opwekken. In deze les onderzoek je hoe elektrische ladingen elkaar beïnvloeden. Samen met een klasgenoot probeer je een zeepbel op afstand te laten bewegen en leg je jullie experiment vast met een camera. Wat gebeurt er wanneer je de pvc-buis dichterbij brengt? Kun je de richting van de zeepbel bepalen? En hoe ver reikt deze onzichtbare kracht eigenlijk? Aan het einde van de les kun je uitleggen hoe elektrische ladingen werken en waarom de kracht van een elektrisch veld afneemt wanneer de afstand groter wordt. Tijd om te ontdekken of the Force echt bestaat!

Instructies

Voorkennis van leerlingen
De les vraagt geen specifieke voorkennis van leerlingen.

Voorbereiding van de docent
Neem de les een keer door. 
Verdeel de groep in tweetallen en zorg voor alle materialen:
  • Een camera voor iedere groep
  • Pen, stiften en papier
  • Een rietje
  • Afwasmiddel
  • Een pvc-buis
  • Een doek (het liefst van wol)

Leerdoelen/vaardigheden
De leerling kan de werking van ladingen generaliseren
De leerling kan uitleggen hoe elektrische velden een gelimiteerde veldkracht hebben

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

Onderdelen in deze les

Ondertitel
Practicum Elektrische Velden
Kun jij een zeepbel bewegen met    The Force?

Slide 1 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

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 rietje
  • Afwasmiddel
  • Een pvc-buis
  • Een doek, liefst van wol

Slide 2 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Leerdoelen
Na deze les...

  • kan je de werking van ladingen generaliseren;
  • kan je uitleggen hoe elektrische velden een gelimiteerde veldkracht hebben.

Slide 3 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

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.

Slide 4 - Tekstslide

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.

Slide 5 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
De opmaak van water
Water is opgemaakt van een atomische binding tussen twee waterstofatomen met een zuurstofatoom. Bij deze binding gaan de deeltjes elektronen delen, wat de bindingen erg sterk maakt.

Bij het maken van een molecuul proberen de atomen zichzelf te verdelen, zodat hun elektrische lading gelijkmatig verdeeld is. Wij zien dat een watermolecuul een kleine afwijking komt. Waardoor zou dit komen?

Slide 6 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Dipolen in water
Bij het binden met twee waterstofjes houdt de zuurstofatoom twee elektronen over. Om de elektrische lading gelijkmatig te verdelen duwt deze de waterstofatomen op naar een kant. Dit maakt een ladingsverschil tussen de twee kanten.

Dit ladingsverschil noemen wij een dipool. Wij kunnen deze ook bekijken als twee verbonden ladingen van verschillende polariteit. Een extern elektrisch veld kan dus een effect hebben op deze elektrische ladingen.

Slide 7 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Water en de zeepbel
Wanneer jij zeep en water combineert, bindt een deel van de zeep aan het waterdeeltje. Dit is omdat een kant van het molecuul hydrofiel is en de andere kant hydrofoob. De zeepdeeltjes vormen een lagenstructuur, waar twee laagjes zeep een klein laagje water ertussen vangen.

Als jij een zeepbel wilt maken, is het een combinatie aan factoren die bepaalt of een bel zich vormt.
  • De oppervlaktespanning van de bel
  • De luchtdruk binnen de bel
  • De atmosferische druk buiten de bel

Slide 8 - Tekstslide

Je ziet de tekening van een zeep-water-zeep film, dat de wand van de zeepbel voorstelt. De zeepmoleculen richten zich met de hydrofobe staarten naar de binnenkant van de bel en naar de  buitenkant van de bel.
Bellen
Blazen

Slide 9 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Wat heb je nodig?
  1. Jouw eigen kleding of een doek, liefst van wol
  2. Een camera/ telefoon voor video-opname
  3. Een PVC buis
  4. Een bekertje met water
  5. Een beetje afwasmiddel
  6. Een rietje

Slide 10 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Bellen blazen
  1. Meng het water en afwasmiddel in een bekertje
  2. Giet de oplossing voor een deel op de tafel
  3. Pak het rietje en doe deze in de oplossing
  4. Blaas langzaam een belletje op de tafel
  5. Breng de pvc-buis langzaam bij de bel in de buurt
  6. Gebeurt er iets? Neem het op in een filmpje
  7. Als er iets interessants gebeurt, maak dan een tekening om het uit te leggen

Slide 11 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Bellen sturen
  1. Wrijf nu eerst met de doek of jouw kleding over de pvc-buis
  2. Blaas nog een belletje op de tafel
  3. Als er niet genoeg zeep ligt, giet dan nog een beetje bij
  4. Breng de pvc-buis weer langzaam bij de zeepbel
  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 dit fenomeen uitlegt

Slide 12 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Uitleg
Practicum

Slide 13 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
De control casus
In de control casus brengen wij een niet-gemanipuleerde pvc-buis in de buurt van de bubbel. Er gebeurt niks, maar dit is ook logisch. De pvc-buis heeft een neutrale lading en veroorzaakt dus ook geen elektrisch veld.

De bubbel merkt dus niks van het feit dat wij de buis in de buurt brengen. De watermoleculen die tussen de zeeplagen zitten blijven in hun huidige oriëntatie.

Slide 14 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Een lading maken
Wij wrijven nu met de buis over onze kleding of een doek. Via een proces wat het tribo-elektrisch effect heet worden er elektronen herverdeeld tussen deze twee objecten.

De pvc-buis onttrekt elektronen van jouw kleding of de doek. De buis wordt daardoor negatief geladen en het andere object positief geladen. Hoe makkelijk dit gaat, hangt af van de tribo-elektrische serie. Zo zien wij dat de pvc-buis meer elektronen opneemt bij wollen doeken en kledij.
Meer over tribo-elektrica?
Verschillende materialen hebben verschillende elektron-affiniteiten. Wanneer twee materialen met een hoog verschil in affiniteit tegen elkaar aan worden gewreven worden er elektronen overgebracht van het ene naar het andere materiaal.<br><br>Meer info via: DOI:10.1007/s40544-018-0217-7

Slide 15 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Bubbels sturen
Belangrijk om te weten!
De afstand tussen de positieve en de negatieve kant is erg klein (151 picometer). Het krachtsverschil tussen de positieve en negatieve kant van de dipool is dus erg klein. Hoe verder weg de bubbel is van de pvc-buis, hoe kleiner dit krachtsverschil wordt. Daarom beweegt de bubbel niet meer wanneer wij de pvc-buis ver weg houden.
Nu brengen wij de negatief geladen pvc-buis in de buurt van de bubbel. De natuurlijke dipool van de watermoleculen in de bubbel wordt door het elektrisch veld beïnvloed. Deze moleculen oriënteren zich door de dipool met de positieve kant naar de buis.

De kracht van een elektrisch veld neemt kwadratisch af met afstand. De interactie tussen de pvc-buis en de positieve kant van de dipool is dus sterker dan die met de negatieve kant. Hierdoor is de netto kracht op de bubbel naar de buis. De bubbel gaat hierdoor bewegen.

Slide 16 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

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>

Slide 17 - Tekstslide

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;
...uitleggen hoe elektrische velden een gelimiteerde veldkracht hebben.

Slide 18 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

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

Slide 19 - Tekstslide

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

Slide 20 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies

Les 1. Wat is creativiteit?
Check www.4tuschools.nl voor meer inspirerende lessen!

Slide 21 - Tekstslide

Deze slide heeft geen instructies