Elektriciteitsleer/scheikunde
Zelf een batterij maken
Praticum is gereed en kan aangeboden worden
In de tekening de originele zuil van Volta. Op deze zuil is het practicum "batterij bouwen" gebaseerd.
Met groepen van circa 25 leerlingen. Vanaf de leeftijd van 9 jaar tot 14 jaar. Voor andere leeftijden kan het practicum aangepast worden.
In de les leren de leerlingen over geschiedenis, spanning meten, waar de spanning afhankelijk van is en hoe we door samenwerking een superbatterij kunnen maken. De superbatterij die wel het diodelampje laat branden.
Het practicum is op het Spaarne College aan de 2e klassen vmbo gegeven en op Maak Haarlem tijdens de PET-dagen aan basischool leerlingen en vmbo-leerlingen.
Practicum regeltechniek
zwevende pingpongbal
Frequentie omvormer met blower. Toerental van de blower kan aangepast worden door een gewenste hoogte in een buis in te stellen.
De gewenste hoogte wordt ingesteld met een potmeter met daarop een schaal. De buis wordt naar boven toe wijder.
Als de bal de gewenste hoogte heeft bereikt dan blijft de bal daar steken.Het is een regelsysteem waarbij de hoogtemeting werkt met stappen van 1 cm. Door gaten in de pijp open en dicht te doen kunnen verstoringen in het regelsysteem gebracht worden. Stapsgewijze verstoringen.
Practicum elektriciteitsleer
De kracht van een elektromagneet
Spoel om een cilinder. In de cilinder een ronde stalen staaf die aan een unster hangt.
In nulstand hangt de staaf 1 cm in de spoel.
Drie verschillende spoelen. Verschil zit in het aantal windingen.
Voeding: 24 V max 30 Ampère. Stroom instelbaar in stappen van 1 A.
Stel de stroom in op 5A. Test vervolgens de kracht bij de 3 verschillende spoelen. Maak een grafiek met op de x-as het aantal windingen en op de y-as de kracht (uitgedrukt in Newton).
Kies 1 spoel en ga metingen doen waarbij je de stroom steeds met 1 A verhoogd. Vanaf nul tot het maximum van 30 A. Noteer bij elke meting de waarde van de stroom en de waarde van de kracht (in Newton). Maak ook hier een grafiek met op de x-as de stroom en op de Y-as de kracht.
Bepaal hoeveel ampère-windingen je in dit geval nodig hebt om een medeleerling op te tillen. Je mag zelf kiezen wie van jullie twee (weegschaal is aanwezig).
Practicum elektriciteitsleer
Meten van Lorentzkracht
Een elektrische geleider hangt in een spleet van een elektromagneet. Het frame waarin de geleider hangt is boven de magneet in een draaipunt gezet. Boven het draaipunt zit een as die aan beide kanten tegen een krachtmeter steunt. Bij het begin van de oefening wordt de kracht afgelezen op de linker meter.
De magnetisch inductie B kan in de spleet gemeten worden. De stroom door de spoel is regelbaar en kan omgekeerd worden. Dat geldt ook voor de stroom door de geleider in de opening van de elktromagneet. Instellingen zijn traploos. De geleider in de spleet kan verwisseld worden met een set gescheiden geleiders. het aantal geleiders is dus ook een variabele in dit practicum
Met dit practicum gaan de leerlingen op zoek naar de formule voor de Lorentzkracht
Practicum elektrotechniek
Gelijkstroommotor bouwen.
Met de kennis opgedaan in het vorige practicum gaan de leerlingen een elktormotor bouwen.
Leerlingen die werktuigbouw of elektrotechniek volgen krijgen een bouwtekening en maken de onderdelen zelf.
Andere leerlingen krijgen een bouwpakket met aanwijzingen.
Practicum elektrotechniek
Van motor naar generator
De gelijkstroommotor die gebouwd is in het vorige practicum kan ook gebruikt worden als gelijkstroomgenerator. De machine kan dan energie leveren.
Hoe gaat dat in z'n werk?
Practicum elektriciteitsleer
Mini puntlasmachine
Met eenvoudige onderdelen zelf een puntlasmachine bouwen. Technische leerlingen kunnen zelf onderdelen maken a.d.h.v. een bouwtekening en instructie.
Andere leerlingen maken de puntlasser met een bouwpakket.
Uiteindelijk ontstaat er een puntlasser die ook echt werkt en dat testen we ook. Het practicum gaat o.a. in op; wikkelverhouding transformator, aandrukkracht stiften, kunnen alle metalen hiermee gelast worden, van welk materiaal maken we de stiften.
Practicum elektrotechniek
Horizontale schijfmotor
Makkelijk te maken met weinig onderdelen, maar moeilijk om goed te regelen. Daar ligt dan ook de uitdaging.
Ook zonder veel technische kennis kan elke leerling de motor zelf maken m.b.v een instructie en een tekening.
Daarna oefenen met het regelen van de snelheid met een wisselende belasting op de zelfbouwmotor.
Practicum elektrotechniek
Kortsluitankermotor wordt synchrone generator
De statorwikkelingen blijven zitten, maar de rotor wordt voorzien van permanente magneten.
Er komt ook een versie met sleepringen op de rotoras.
Zo start de les over de route naar duurzaamheid.
Een les die 50 minuten duurt en gebaseerd is op "Haarlemse Routekaart Duurzaamheid".
Op het Spaarne College is deze les gegeven aan alle 2e klassen van het vmbo. In de les worden de doelen per stap van 10 jaar behandeld. Wat moet er in welk jaartal bereikt zijn. Daarnaast gaan we in op wat dit voor de leerlingen gaat betekenen. De technieken die ingezet worden, worden uitgelegd d.m.v. korte filmpjes.
Lespakket in wording over de technische kant van de energietransitie. De onderdelen van het lespakket worden aangeboden met uitleg en opdrachten voor de leerlingen. Daarnaast voor de docenten een handleiding, uitleg en uitkomsten van metingen. Ook is het mogelijk om DO-K de docenten te trainen of DO-K zelf de lessen of het practicum te laten geven.
Onderdelen van het lespakket zijn:
Theorielessen over duurzame energiebronnen.
De bronnen die een mogelijke rol spelen (of al spelen) worden behandeld. Per bron wordt ingegaan op de techniek en prestatie-aspecten. Voorbeelden van het laatste zijn; de investering per kW, ruimtebeslag, uitstoot en energieverbruik bij produceren van de bron.Theorielessen over verschillende methoden om energie op te slaan.
Een classificatie met daarbij per klasse een onderverdeling. Voorbeeld is; klasse = mechanische energie opslag. Onderverdeling daarvan; vliegwiel, waterkracht en perslucht. Per methode worden de techniek en de prestatie-factoren doorgenomen.Theorielesssen over verschillende apparaten en materialen die in de transitie worden ingezet.
Ook hier een verdieping per onderdeel van de opsomming. Voorbeelden van apparaten die behandeld worden: laadinrichtingen voor batterijen, waterturbines, warmtenetten, elektrische motor en brandstofcel.Practicum over zoveel mogelijk onderdelen die in de theorielessen zijn behandeld.
Dit onderdeel wordt hieronder verder uitgedieptOpslag van mechanische energie
Potentiële energie van gewichten op hoogte
Een gewicht van 50 kg wordt m.b.v. een motor/generator 6 meter omhoog getakeld. (accu laadt op) De elektrische energie die verbruikt wordt bij opladen wordt gelogd. De aandrijving schakelt over op generatorbedrijf en het gewicht zakt naar beneden (accu gaat ontladen). Nu wordt de opgewekte elektrische energie gemeten en gelogd.
Leerlingen berekenen zelf hoe groot de toegevoegde potentiële energie is bij een delta H van 6 meter. Deze waarde wordt vergeleken met de gemeten elektrische energie die is gebruikt bij opladen en de elektrische energie die opgewekt wordt bij dalen. (ontladen)
In de opdrachten komen zaken aan de orde zoals; verliest deze accu energie in opgeladen toestand, wat is het rendement van de opslag en hoe zwaar moet het gewicht zijn om 11kWh op te slaan.
Opslag van mechanische energie
Potentiële energie van opgepompt water.
Op de grond staat een container met water en ook een container op 5 meter hoogte. Het water boven valt door een pijp naar beneden en komt in een vortex turbine. De turbine wekt elektrische energie op. De generator belasting kan gevarieerd worden.
Water dat uit de turbine komt gaat naar de opvangcontainer en wordt vanuit daar weer naar boven gepompt.
De snelheid van het water in de valbuis wordt gemeten en weergegeven. De snelheid kan met een kraan aangepast worden. Het elektrische vermogen dat de turbine levert wordt ook gemeten en weergegeven. De snelheid van het water dat uit de turbine komt wordt gemeten, zo ook de druk voor en na de turbine.
In de opdracht gaan we in op o.a. ; debiet berekenen als snelheid en diameter bekend zijn, wat is het vermogen dat de waterstroom theoretisch kan leveren en wat is de werkelijke opbrengst.
Opwekking van hernieuwbare energie.
Proefopstelling met PV panelen
Opstelling met 4 tot 5 panelen van 300 Wp.
De hoek waaronder de panelen staan kan per paneel gewijzigd worden (Noord – Zuid kanteling = hoek NZ). Dat geldt ook voor de Oost-West kanteling = hoek OW.
Elk paneel heeft een individuele omvormer die de opgewekte spanning omzet naar 230 V wissel. De omvormers worden parallel geschakeld, dus uiteindelijk ontstaat er een eiland centrale met een maximaal vermogen van 1200 a 1500 W. De opgewekte energie wordt opgeslagen in een accupakket dat bestaat uit NiMh cellen of semitractie lood accu’s, zodat er een buffer ontstaat als er geen energie wordt afgenomen.
Als er voor testen een belasting nodig is dan kan een dumpload worden ingezet. Geleverde en/of opgeslagen energie wordt uiteindelijk gebruikt in oplaadpunten voor bijvoorbeeld; mobiele telefoons, elektrische auto’s, elektrisch gereedschap op accu’s, elektrische fietsen, ……
Naast de panelen wordt een instralingsmeter geplaatst. De waarden van deze meter worden gelogd. Alle elektrische grootheden in het systeem kunnen gelogd worden.Opwekking van hernieuwbare energie
Warmtepompen
Proefopstelling met een kleine lucht-water warmtepomp. Energie vanuit de lucht wordt gebruik om een bak met water te verwarmen
De temperaturen van de ingaande -en uitgaande luchtstroom wordt gemeten en opgeslagen in een Excelbestand. Evenals het debiet van de luchtstroom, die regelbaar is. De temperatuur van het water in de bak wordt ook in Excel opgeslagen.
Leerlingen kunnen met deze opstelling de verschillende testen uitvoeren.
Energie besparing en opslag van energie
De werking van isolatie
Bak met water dat opgewarmd kan worden. De bak is ingepakt in isolatie.
Van te voren moeten de leerlingen berekenen hoe lang het duurt voordat de watermassa terug is op de begintemperatuur. Daarnaast moeten ze ook een afkoelkromme tekenen. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een methode die de berekening benadert door elke 5 minuten het verlies te berekenen bij gelijkblijvende interne temperatuur
Vervolgens wordt handmatig de afkoelkromme opgenomen en vergeleken met de theoretische kromme.
Opwekking van hernieuwbare energie
Proefopstelling met zonnecollectoren
Zelfbouw (parabool) zonnecollector, waarbij de moeilijkheidsgraad kan variëren. Ook mogelijk om leerlingen een eigen ontwerp te laten bedenken en zelf te laten bouwen
De zonnecollector wordt van sensoren voorzien en leerlingen ontwerpen zelf het meetsysteem. Na goedkeuring door de technische begeleider wordt het meetsysteem gebouwd. Meetsysteem is gebaseerd op de data logger van PICO system.
Met het meetsysteem in werking gaan de leerlingen het rendement van de zelfgebouwde collector onderzoeken.
Opslag van energie
Energie opslaan in samengeperste lucht
Testopstelling met compressor, opslagvat, reduceerventiel, perslucht motor en generator met regelbare belasting.
Met deze opstelling kunnen de leerlingen het rendement van oplsag in samengeperste lucht onderzoeken