O privlačnosti i zračenju

Satelit koji gleda Auroru Borealis na planeti Zemlji

Ishodi učenja:

 

  • opisati magnetsko polje magneta te ga prikazati linijama magnetskog polja (A., B.)
  • nacrtati i navesti izraze za magnetsko polje štapićastog magneta, ravnog vodiča i strujne zavojnice (A.)
  • opisati elektromagnet i njegove primjene (C.)
  • navesti moguće utjecaje magnetskog polja električnih uređaja na zdravlje ljudi (odašiljači, dalekovodi) (D.)
  • opisati primjene magnetizma tvari u tehnologiji (B., C.)
  • objasniti Zemljin magnetizam (B.)

 

*U zagradama su navedena slova koja označavaju aktivnosti ovog scenarija poučavanja, a njihovom se realizacijom doprinosi ostvarenju dotičnog ishoda.

 

 

Opis aktivnosti

 

A Djelovanje bez dodira

Razgovarajte s učenicima o orijentaciji u prostoru kad su na planini, u šumi, na moru. Često za orijentaciju koristimo kompas. Raspravite o tome kako Zemljini magnetski polovi utječu na kompas te kako možemo djelovati na magnetsku iglu kompasa štapićastim magnetom ili vodičem kojim prolazi električna struja. Raspravite i o tome kako magnet ili vodič djeluje na magnetsku iglu bez međusobnog dodira te što je zajedničko magnetskoj i električnoj sili. Kao što oko električnog naboja postoji električno polje, tako i oko magneta postoji magnetsko polje.

Da bi vaši učenici proučili magnetsko polje, uputite ih na interaktivnu Phet simulaciju.

Napomena: Postoji prijevod simulacije (vidjeti na poveznici pod Translations), ali se mora preuzeti na računalo.

Učenici neka prvo promatraju štapićasti magnet (bar magnet), uz uključene opcije da pokazuje polje (show field) i kompas (show compass). Neka polako pomiču kompas u polukružnoj putanji iznad magneta s jedne na drugu stranu magneta pa se vrate drugom stranom te opišu što se događa s magnetskom iglom na kompasu.

Što mislite da predstavljaju male magnetske igle kompasa na ekranu? Koliko se puta igla okrene na kompasu kad kompasom obiđemo magnet?

Uputite ih da potom zamijene polove (flip polarity) i ponove prethodne korake nakon što se kompas stabilizira. Kad to naprave, neka promatraju elektromagnet s uključenim opcijama kao i prošli put, uz prikaz elektrona u zavojnici (show electrons). Pri tome neka postave kompas s lijeve strane zavojnice tako da središte kompasa leži na osi zavojnice (y komponenta magnetskog polja jest 0 uzduž osi zavojnice). Učenici neka postupak ponove kao kod štapićastog magneta.

Neka usporede opažanja za štapićasti magnet i elektromagnet.

Klizačem za električni napon neka promijene smjer električne struje i ponove sve prethodne korake za zavojnicu.

Što se dogodi s električnom strujom u zavojnici kad električni napon na izvoru (bateriji) postavite na vrijednost 0? Što se dogodi s magnetskim poljem zavojnice kad napon na izvoru (bateriji) postavite na vrijednost 0?

Recite učenicima neka pomiču klizač električnog napona i opišu što se događa s električnom strujom u zavojnici i magnetskim poljem oko zavojnice.

Isto tako, zatražite da ponove postupak mijenjajući broj namotaja zavojnice uz stalnu vrijednost električnog napona. Neka pokušaju zaključiti kako broj namotaja zavojnice i električna struja u njoj utječu na magnetsko polje. Neka skiciraju silnice magnetskog polja štapićastog magneta i zavojnice te označe magnetske polove zavojnice i smjer gibanja elektrona u njoj u alatu Stoodle (kliknite na Launch a clasroom).

Pitajte učenike jesu li kada bili u prilici koristiti se kompasom u prirodi te razgovarajte o pozitivnim učincima boravka u prirodi.

 Postupci potpore

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u aktivnost rasprave i uporabe mrežnih simulacija.

Pri davanju zaključaka o promatranom sadržaju iz simulacije učenicima s teškoćama (npr. sa specifičnim teškoćama poučavanja) postavljajte pitanja na koja će dati svoj odgovor. To će im olakšati izlaganje o promatranom.

Kod svih aktivnosti s magnetskim poljem vodite računa o tome imate li u razredu učenika s umjetnom pužnicom (zbog utjecaja na procesor).

Kad govorite o kompasu, učenike možete upoznati i s izgledom i karakteristikama Brailleova kompasa, kojim se u orijentaciji koriste osobe s oštećenjem vida.

 

 

B Geodinamo

Pitanje „što skreće magnetsku iglu kompasa“ dugo je zbunjivalo ljude. Ideju da je Zemlja veliki magnet i da sila koja djeluje na kompas nastaje u njezinoj unutrašnjosti potječe iz 17. stoljeća, od Williama Gilberta, koji je iznosi u svojoj slavnoj knjizi De Magnete.

Podsjetite učenike da se Zemlja ponaša poput magneta te da od svih planeta u našem sustavu, s obzirom na veličinu, ima najjače magnetsko polje.

Donesite na sat nekoliko kompasa i dajte ih učenicima. Neka odgovore na pitanje: Što pokazuje magnetska igla kompasa? Razgovarajte s učenicima o tome što znaju o Zemljinu magnetizmu.

Napomena: Smjer magnetske igle, koja ima vertikalnu os, ustvari ne pokazuje smjer magnetskog polja jer ono je vodoravno samo na nekim mjestima Zemlje koja opasuje tzv. magnetski ekvator. Kod nas je smjer magnetskog polja otklonjen prema dolje za 60o, a na magnetskim polovima sasvim je okomit. Zato vodoravna igla može pokazivati samo smjer vodoravne komponente polja.

Kako bismo izmjerili veličinu Zemljinog magnetskog polja?

Pokus 1: Mjerenje Zemljina magnetskog polja

Izvodeći pokus, izvršit ćete zajedno s učenicima geomagnetska mjerenja kojima ćete odrediti jakost magnetskog polja u svojem mjestu (mjeri se  horizontalna komponenta magnetske indukcije magnetskog polja Zemlje).

Mjerenja možete izvesti laboratorijskim uređajima ako ih posjedujete, a ako ne, veličinu horizontalne komponente možete ustanoviti tako da na magnetsku iglu djelujete magnetskim poljem plosnate zavojnice koja je postavljena u vertikalnoj ravnini.

Izradite s učenicima tangentnu busolu, uređaj koji čini kombinaciju zavojnice i kompasa u svojem središtu. Namotajte zavojnicu s 200 namotaja bakrene žice presjeka 0,05 mm2, čije krajeve spojite na izvode, na koje na vodič dovodite električnu struju. Žicu izolirajte lakom.

Kompas ili magnetsku iglu učvrstite na šiljak kako bi se mogla nesmetano okretati oko vertikalne osi kad na nju djeluje magnetsko polje zavojnice. Za pokazivanje kuta zakreta možete ugraditi kutomjer na obodu kružne ploče na kojoj je smješten kompas / magnetska igla. Učvrstite dobro sve dijelove. Odredite vrijednost polumjera kružnog vodiča.

Osim tangentne busole za mjerenje vam je potreban i ampermetar, otpornik te izvor stalnog električnog napona. Nacrtajte električnu shemu. Pristupite mjerenjima spajanjem strujnog kruga prema shemi. Izvor električne struje treba imati napon na stezaljkama od 3 do 12 V te je potreban reostat od najviše 50 Ω.

Kad kroz zavojnicu ne prolazi električna struja, na iglu djeluje samo magnetsko polje Zemlje.

Postavite zavojnicu u smjer magnetskog meridijana (tako da se njezina ravnina nalazi u istome smjeru kao igla), pri čemu je magnetska igla na nultom podioku. Klizač na otporniku postavite u položaj maksimalnog otpora, uključite strujni krug, postavite iznos električne struje te je izmjerite uz pomoć ampermetra.

Napomena: Kad kroz zavojnicu pustite električnu struju, tada se javlja dodatno polje, koje je u središtu zavojnice okomito na njezinu ravninu, dakle i na smjer magnetskog meridijana. Magnetska je igla pod djelovanjem dvaju međusobno okomitih polja pa se postavlja u smjer vektorske rezultante magnetskog polja zavojnice i Zemlje, tj. zakreće se za kut koji mjerimo.

Iz poznate jakosti magnetskog polja zavojnice možete izračunati jakost magnetskog polja Zemlje.

Ponovite mjerenje za električnu struju istog iznosa, ali suprotnoga smjera kako bi se izbjegla pogreška. Igla se sada kreće na drugu stranu za kut približno jednake vrijednosti; uzmite srednju vrijednost tih dvaju mjerenja.

Ponovite mjerenje za različite vrijednosti iznosa električne struje. Sve podatke unesite u tablicu u Excelu. Sve poznate vrijednosti uvrstite u izraz $B_{h}=\frac{μ_{0}IN}{2rtg∝}$  te odredite vrijednost horizontalne komponente magnetskog polja Zemlje.

Mjerenja ponovite za različit broj namotaja na tangentnoj busoli, podatke unesite u tablicu te odredite srednju vrijednost horizontalne komponente magnetskog polja Zemlje. Odredite jakost magnetskog polja.

Napomena: Za Hrvatsku kut deklinacije iznosi od 2° do 3°, a kut inklinacije približno 60°, dok je vrijednost za jakost magnetskog polja približno 47000 nT.

Obrazložite dobivene rezultate te ih usporedite s vrijednostima koristeći kalkulator Magnetic field calculator.

Raspravite s učenicima kako biste provjerili utjecaj magnetskog polja demonstracijskog ampermetra na magnetsku iglu tangentne busole, tj. utjecaj upotrijebljene mjerne opreme na valjanost dobivenih rezultata. Što je još moglo utjecati na mjerenja?

Pitajte učenike: Što bi se dogodilo kad bi nestalo Zemljino magnetsko polje i kakve bi bile posljedice njegova nestanka za život na Zemlji?

Raspravite o utjecaju Zemljina magnetskog polja na klimatske promjene, rad navigacijskih i komunikacijskih satelita, utjecaju na ptice selice koje se sele u daleke krajeve orijentirajući se prema smjerovima magnetskih polova te utjecaju na druge životinje koje se njime ravnaju, poput pčela, morskih kornjača i nekih riba.

Ukažite učenicima na ulogu magnetosfere za naš planet, atmosferu i život u obrani od snažnog i opasnog Sunčeva zračenja, kao i doprinos otkrića Zemljina magnetizma i magnetske igle točnijoj orijentaciji na Zemljinoj površini u svako doba dana i noći i po bilo kakvu vremenu.

 Postupci potpore

Pri određivanju jakosti magnetskog polja i drugih mjerenja učenicima s teškoćama (npr. učenicima sa specifičnim teškoćama u učenju, učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti) omogućite uporabu podsjetnika s objašnjenjima oznaka fizičkih veličina i matematičkim izrazima (formulama) koji su im potrebni u izračunu. Za izradu tangentne busole izradite mali fotostrip koji će učenicima ostati kao trajni vizualni zapis i podsjetnik kako se uređaj izrađuje.

Po završetku rasprave o utjecaju Zemljina magnetskog polja na klimatske promjene i općenito prirodu dobro je učenicima s teškoćama dati ili zajedno s njima napraviti kratki sažetak. Ta aktivnost opisuje pojave s kojima se učenici susreću u svakodnevnom životu i mogu im biti dobar primjer za razumijevanje dijela gradiva koje uče.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u aktivnosti rasprave, praktičnog rada te uporabe digitalnih alata.

 

 

C Umjetna privlačnost

Elektromagnetski motori čine velik dio svakodnevnog života, u industriji i tvornicama. Neki su od uobičajenih uređaja koji imaju elektromagnetske motore: hladnjaci, sušilice, strojevi za pranje rublja/posuđa, usisavači, šivaće mašine, zvonce na vratima, računala, satovi, ventilatori, motori brisača na automobilu, električne četkice za zube, električne britvice, zvučnici, CD/DVD uređaji, mikseri, električne igračke itd.

Iznesite pred učenike elektromagnet.

Razgovarajte s učenicima o načelu rada elektromagneta te kako se njegova svojstva upotrebljavaju u navedenim uređajima.

Raspravite s njima kako bi napravili jednostavan elektromagnet, što bi im trebalo za njegovu izradu te kako bi provjerili radi li.

Nakon toga pristupite izradi elektromagneta u skupinama.

Pokus 2: Izrada elektromagneta

Svakoj skupini dajte čavao (7 cm ili duži), 1–2 metra izolirane bakrene žice, 3 baterije, sitne željezne predmete (spajalice, čavliće i slično). Neka naprave elektromagnet i provjere radi li.

Kad je elektromagnet napravljen, pitajte ih o čemu ovisi jakost elektromagneta.

Raspravite o pretpostavkama, a zatim neka učenici istraže ovisnost jakosti elektromagneta o električnom naponu izvora i broju namotaja zavojnice.

Neka mijenjaju električni napon izvora kombinirajući baterije koje ste im dali i broj namotaja bakrene žice oko čavla te zabilježe koliko su metalnih predmeta pokupili uređajem svaki put.

U tablicu programa Excel Online neka svaka skupina unese rezultate za najmanje tri vrijednosti napona i broja namotaja žice. Kad su gotovi, neka izvedu zaključke.

Jedna je od primjena elektromagneta i dizalica za željezni otpad. Razgovarajte s učenicima o tome zašto je elektromagnet pogodniji za tu svrhu od trajnog magneta.

Isto tako, razgovarajte i o važnosti odvajanja i recikliranja otpada te kakva je pri tome ekološka, a kakva ekonomska dobit.

 Postupci potpore

U aktivnosti izrade elektromagneta u skupinama učeniku s teškoćama (npr. učeniku s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti, učeniku sa specifičnim teškoćama u učenju), po potrebi, dajte naputke o izradi elektromagneta u obliku kronološki napisanih koraka koji su potrebni u izradi ili ih postupno vodite kroz izradu usmeno navodeći što trebaju napraviti. Vrlo je važno da učenik s teškoćama za rad u skupini ima unaprijed definiranu ulogu jer će jedino na taj način moći aktivno sudjelovati. Osim unaprijed definirane uloge, učeniku je potrebno unaprijed dati i koncept zadatka koji treba izvršiti.

 

 

D Nevidljive ubojice – što to tamo zrači?

Na internetu se može naići na niz proizvoda koji se deklariraju kao zaštita od elektromagnetskog zračenja. Najčešće su to metalne pločice, diskovi, spirale, kristali, magneti, piramide, blokatori i druge naprave. Međutim, ti proizvodi nisu znanstveno priznati i pripadaju u domenu bioenergije i pseudoznanosti, a ipak su izvor velike zarade za one koji prodaju takvu vrstu „zaštite“.

Pronađite na internetu prigodne sadržaje na temu blokatora elektromagnetskog zračenja te ga podijelite s učenicima u zajedničkoj mapi u alatu Google Disk. Neka kod kuće učenici prouče sadržaje u njemu i u suradnji s drugim učenicima pronađu dijelove koji ne primjenjuju znanstveni pristup.

Na satu raspravite s učenicima o njihovim razmišljanjima, zaključcima i nedoumicama. Razgovarajte o tome zašto svaki električni uređaj stvara elektromagnetska polja, kako ona utječu na ljudsko tijelo te kako se kritičkim pristupom mogu zaštiti od prevara.

Osvrnite se na međunarodne i nacionalne granice izlaganju elektromagnetskim poljima te zaštitnim mjerama.

Uputite učenike da u skupinama istraže o mogućem utjecaju magnetskog polja električnih uređaja na zdravlje ljudi (kućanski uređaji, odašiljači, dalekovodi, radiokomunikacijski sustavi). Neka izrade prezentacije u Google Prezentacijama iz paketa Google Disk.

Učenici mogu pokušati izmjeriti neka od polja koja proizvode uređaji oko nas, bilo improviziranim ili kupljenim mjernim uređajima (pogledati npr. ovaj izvor).

 Postupci potpore

Za aktivnosti samostalnog istraživanja o mogućem utjecaju magnetskog polja električnih uređaja na zdravlje ljudi učenicima s teškoćama (učenicima sa specifičnim teškoćama poučavanja, učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti, ali po potrebi i ostalim učenicima s teškoćama) unaprijed zadajte jedan mrežni izvor na kojem će pronaći podatke koji im trebaju. Pri tome im dajte smjernice o tome koje sadržaje trebaju uzeti u obzir i zapisati. Smjernice možete sastaviti u obliku pitanja na koja će učenici istraživanjem trebati odgovoriti, a ta pitanja mogu ujedno biti i glavne sastavnice prezentacije koju će izraditi na Google Disku. Po završetku tih aktivnosti učenicima je dobro dati ili zajedno s njima izraditi sažetak sastavljen od najvažnijih zaključaka do kojih se došlo tijekom aktivnosti.

 

 

 Za učenike koji žele znati više

Učenici koji žele mogu istražiti magnetska polja ostalih planeta te napraviti plakat u Power Pointu na kojem će prikazati usporedbu magnetskog polja Zemlje i ostalih planeta u Sunčevu sustavu. Plakat mogu ispisati i postaviti u učionicu Fizike.

Učenici koji žele znati više mogu kod kuće izraditi zvučnik, slijedeći npr. upute na poveznici ili videozapisu, u trajanju od 5:15 min. Tijek izrade zvučnika i načelo rada neka prikažu u programu za izradu prezentacija PowerPoint Online.

Zainteresirani učenici mogu izraditi induktivnu svjetiljku slijedeći upute na poveznici. Tijek izrade svjetiljke i načelo rada neka prikažu u programu za izradu prezentacija PowerPoint Online.

Uputite učenike da pri izradi zvučnika i/ili induktivne svjetiljke po volji uvedu promjene ili poboljšanja.

 

 

 Dodatna literatura, sadržaj i poveznice:

Dodatna literatura, sadržaj i poveznice:

Dodatna pojašnjenja pojmova možete potražiti na relevantnim mrežnim stranicama – Google znalac, Struna (Hrvatsko strukovno nazivlje), Hrvatska enciklopedija i sl.

Napomena: Valjanost svih mrežnih poveznica zadnji put utvrđena 28. 5. 2017.

 

 

Primijenili ste ovaj scenarij poučavanja u nastavi? Recite nam svoje mišljenje popunjavanjem upitnika na ovoj poveznici
Creative Commons licenca
Ovo djelo je dano na korištenje pod licencom Creative Commons Imenovanje 4.0 međunarodna. Prilikom korištenja ovog djela trebate označiti autorstvo djela na ovaj način: CARNet (2017) e-Škole scenarij poučavanja ˝(upisati naslov scenarija poučavanja)˝, https://scenariji-poucavanja.e-skole.hr/.

Informacije o scenariju

Predmet:
Razred: ,

Razina izvedbene složenosti: početna

Korelacije i interdisciplinarnost:

- Matematika
- Geografija
- Povijest
- Informatika
- Biologija
- Zdravlje
- Održivi razvoj
- Uporaba informacijske i komunikacijske tehnologije


Savjete i upute za primjenu digitalnih alata u nastavi pronađite
na e-Laboratoriju. e-Laboratorij logo