מוכנים לפעולה?
משאבים
מסמכים להורדה
משאבים פיזיים
- מתקנים הכוללים (1-2 מתקנים לכיתה) שכוללים:
- מעמד בגובה של כ 1 מטרים
- מוטות לחיבור
- מיקרו אמפרמטר עם יציאות של חוטי חשמל
- מנוע 1.5 וולט מוגן ממים
- חיבור של מוט פלסטיק לציר המנוע שאליו ניתן לחבר את הטורבינות של התלמידים (אפשר להשתמש בחלקי משחק k'nex )
- דלי מלא מים
- משאבת אקווריום או משאבה טבולה אחרת עם הספק נמוך (12 ואט או 24 ואט)
- צינור מחובר למשאבה (כ 1 מ') ולמעמד
- מומלץ! להשתמש בבריכת ילדים פשוטה ועליה להניח את הדלי, כדי להגן על ריצפת הכיתה ועל הילדים מרטיבות. למשל בריכה כזו
- סמרטוטים ומגב
- שקע חשמל / כבלים מאריכים במידת הצורך.
- שולחנות עבודה לכל 3-4 תלמידים
- שולחן לחומרים
- לוח גדול +לורד
- בסיסים לטורבינה שיכולים להתחבר למוט הפלסטיק שעל ציר המנוע (לדוגמא, אפשר להשתמש בחלקי משחק k'nex )
- חומרים לבניית להבים:
o מקלות רופא
o מיכלי פלסטיק (בקבוקים, אריזות)
o פקקים ומכסים של אריזות (שימוש חוזר)
• חומרים לחיבור:
o דבק חם
o דבק איזולירבנד
o גומיות
• מספריים
דפי תכנון וכלי כתיבה
משאבים אנושיים
כוח אדם נוסף להכנת הציוד והפעלה – הורים, מייקרים ומהנדסים.
הכנה מראש
הכנת המתקנים בעזרת איש מקצוע/מייקר מקרב ההורים או מעבדת מייק בסביבה.
מטרות, מסרים ומושגים מרכזיים
מטרות ספציפיות
- 1. התנסות בבניית טורבינות מים להפקת חשמל מירבית תוך התמודדות עם פתרון בעיות טכניות.
- 2. יישום עקרונות מדעיים שלמדו על טורבינות רוח לבניית טורבינות מים
מסרים ספציפיים
- 1. הפקת חשמל מטורבינות מים תלויה במספר גורמים- במבנה (גודל וצורה) ובמספר הלהבים, בזווית הלהבים ביחס לזרם המים ובגובה מפל המים שנמצא מעל הטורבינה.
- 2. הנצילות האנרגטית של הפקת חשמל ממים מאוד נמוכה ביחס למקורות אנרגיה אחרים.
מושגים מרכזיים
- אנרגיה מתחדשת
- טורבינה
מיומנויות וכישורים
מיומנויות STEM
- הסבר מדעי של תופעות ופיתוח פתרונות לבעיות
- פיתוח ושימוש במודלים
- שימוש במתמטיקה וחשיבה חישובית
- שאילת שאלות והגדרת בעיות
- תכנון ביצוע והערכת מחקר
מיומנויות רכות
- הבנת האחר
- התמודדות עם חוסר ודאות
- הבנה שכישלון הוא חלק מתהליך הלמידה
- עבודת צוות
כישורים ניהוליים
- תכנון
- שימוש במשאבים
מהלך הפעילות
step 1
פתיחה – רקע קצר על אנרגיית מים (יתרונות וחסרונות) וקישור למה שלמדו בסדנה על אנרגית רוח. ר' הרחבה בנספח 2
step 2
הצגת משימת האתגר: בניית הטורבינה שניתן להפיק באמצעותה הכי הרבה חשמל – מדידת זרם (מיקרו אמפרים) שמהווה מדד (לא מדויק) לכמות האנרגיה החשמלית.
1. להציג את המשימה כתחרות - איזה קבוצה תפיק הכי הרבה חשמל.
לרשום טבלה על הלוח ולמלא בה את תוצאות התלמידים.
| קבוצה מס. 1 | קבוצה מס. 2 | קבוצה מס. 3 | קבוצה מס. 4 |
ניסיון 1 | XX µA | XX µA | XX µA | XX µA |
ניסיון 2 | XX µA | XX µA | XX µA | XX µA |
... |
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
למורה - יש ילדים שהתחרות מלחיצה אותם, הקפידו לתת משוב חיובי לגבי קריטריונים נוספים כמו יצירתיות, אסתטיות, התמדה, שיפור, מקוריות וכו'.
2. מה יכול להשפיע על הפקת החשמל? להציע לתלמידים לבדוק את הגורמים שהציעו באמצעות הדגמים שיבנו ולשים לב אם יש עוד גורמים שלא חשבו עליהם.
3. הסבר טכני – הצגת החומרים, טיפים לאופן החיבור, משך הזמן שעומד לרשותם והנחיות לתיעוד (צילום, ציור של הדגם וכדומה).
step 3
מהלך העבודה של בנית הדגמים:
א. חלוקה לקבוצות
ב. תכנון ורישום בטבלה
ג. בניית דגם
ד. בדיקה
ה. רישום תוצאות
ו. הסקת מסקנות
ז. שיפור הדגם / יצירת דגם חדש
ח. וחוזר חלילה.
step 4
בכל זמן הבדיקה עומד/ת מדריכ/ה ועוזר/ת לתלמידים לכוון את מפל המים והטורבינה בצורה מיטבית. מותר לשנות גובה ולכוון זווית עד לקבלת התוצאה הטובה ביותר.
תפקיד המדריכים בשלב זה הוא לעזור לתלמידים בפן הטכני, אבל לתת להם להגיע לבד לתוצאות ומסקנות.
step 5
התלמידים ממלאים את הטבלה ורושמים על הלוח מהי התוצאה הכי טובה שהגיעו אליה (עוצמת הזרם הגבוהה ביותר).
step 6
סיכום והצגת התוצרים תוך התייחסות לתוצר המוצלח ביותר, לפרמטרים השונים ולהשפעה שלהם, לאתגרים, לאופן ההתמודדות, להפתעות, אכזבות ומה ניתן לשפר – קבלת משוב עמיתים.
כל קבוצה מציגה במשך 1-2 ד' את הדגם הכי מוצלח שלה ומתקיים משוב בונה של המורה והתלמידים. שאלות אפשריות לדיון:
- האם יש משהו שאתם עדיין רוצים לשפר?
- האם התקשיתם לבנות טורבינה שמפיקה חשמל?
- האם גובה מפל המים השפיע על סיבוב הטורבינה? מדוע?
- האם לדעתכם כל אנרגית המים עברה לאנרגיה חשמלית?
- אם נתקלתם באתגר/בעיה - איך פתרתם אותו/אותה?
- לגבי העבודה בצוות - האם היה חבר/ת צוות מוביל/ה לקבוצה, או שכל ההחלטות התקבלו פה אחד?
להרחבה ומידע נוסף ר' נספח 2 (סעף 7 אצלנו)
אנרגית מים (נספח 2)
כאשר מים זורמים הם נמצאים בתנועה, כך שמולקולות המים נושאות אנרגית תנועה. מולקולות המים יכולות להעניק אנרגיה לעצמים הנוגעים בהם. זו הסיבה לסחף לדוגמה. כבר לפני יותר ממאה שנה ניצלו את תנועת המים כמקור להפקת אנרגיה חשמלית. כדי לעשות זאת צריך לרתום את תנועת המים לסובב טורבינה (מנוע + מדחף/פרופלור). סיבוב הטורבינה, בדומה לנעשה בתחנות כוח, ממיר אנרגיית תנועה סיבובית לאנרגיה חשמלית.
חסרונות השימוש באנרגית מים
אמנם מדובר במקור אנרגיה זמין, מתחדש ונקי, אך אינו קבוע, ולכן קשה להסתמך עליו כמקור אנרגיה יחידי. בנוסף, על מנת להפיק כמויות אנרגיה מסיביות צריך מפלי מים גבוהים שזורמים בהם כמויות מים אדירות. בניסוי שלנו, מדובר במקור שמפיק אנרגיה חשמלית דלה – נוכל לכל היותר להדליק לכל היותר נורת לד אחת או שעון דיגיטלי.