Klimatexperiment i skolan

Transkript

1 Mats Areskoug Margareta Ekborg Camilla Pettersson Åsa Ring Klimatexperiment i skolan

2 INNEHÅLL KAPITEL 1 Klimat-X som nationell pedagogisk resurs Läsanvisningar till handledningen Om Klimat-X i Malmö Bakgrund och syfte Målsättning för Klimatexperiment i skolan Om Klimatkommunerna - nätverk för kommunalt klimatarbete Växthuseffekten och dess effekter Vad är växthuseffekten? Människans del Effekter av förändrat klimat Går det att minska utsläppen? Hållbar utveckling och miljödidaktik Pedagogiskt program för Klimat-X Miljöproblem är en samhällsfråga Metod Experimentets roll i Klimat-X KAPITEL 2 Så förbereder du dig Inköpsställen Littteraturlista Läsanvisningar till experimenten KAPITEL 3 Experimentbeskrivningar för pedagoger Bygg en soldriven bil El från solen Bygg en bil som laddas av solceller Bygg en solcellsdriven speldosa Bygg en solcellsdriven färgsnurra Vilken yta fångar värmen bäst? Solugn Varmvatten från solen Bygg ett vindkraftverk Vevradio Bil med bränslecell Ballongbil Experimentbeskrivningar för elever Bygg en soldriven bil - kort & utförlig version El från solen - kort & utförlig version Bygg en bil som laddas av solceller - kort & utförlig version Bygg en solcellsdriven speldosa - kort & utförlig version Bygg en solcellsdriven färgsnurra - kort & utförlig version Vilken yta fångar värmen bäst? - kort & utförlig version Solugn - kort & utförlig version Varmvatten från solen - kort & utförlig version Bygg ett vindkraftverk - kort & utförlig version Bil med bränslecell - kort & utförlig version Vevradio Ballongbil KLIMAT-X SOM NATIONELL PEDAGOGISK RESURS Klimat-X är ett koncept vars syfte är att öka kunskapen om klimatförändringen. Klimat-X riktar sig i huvudsak till elever i skolåren fem till nio. Konceptet har utvecklats i Malmö i samarbete med Lärarutbildningen, Malmö högskola, men kan fungera lika bra i andra kommuner i Sverige. Malmö stad och Östersund kommun ingår i nätverket Klimatkommunerna och har tillsammans bearbetat det lokala konceptet för att kunna lansera det i andra kommuner i landet. Den här handledningen är ett led i det arbetet. Handledningen har finansierats med medel från Naturvårdsverket, Malmö stad samt nätverket Klimatkommunerna. Vi som står bakom handledningen hoppas att den ska underlätta för dig som pedagog att tillsammans med eleverna diskutera och fundera kring miljöfrågor i allmänhet och växthuseffekten i synnerhet. Handledningen ska ses som en vägledning och stöd för eget experimenterande i skolan. Här återfinns både fakta kring växthuseffekten, något om miljödidaktik samt ett stort avsnitt med beskrivningar av experiment som kan utföras tillsammans med eleverna. Syftet är att väcka nyfikenhet och lust att få veta mer om ett av våra allvarligaste miljöproblem växthuseffekten. Läsanvisningar till handledningen För att underlätta kopiering av materialet samt möjligheten att enkelt utveckla handledningen har vi valt att ta bort sidnumreringen. I stället har de olika kapitlen färgmarkerats. Handledningen är indelad i tre kapitel: Bakgrund Här hittar du fakta om växthuseffekten och resonemang kring miljödidaktik. Så förbereder du dig Här finns adresser till inköpsställen av material till experimenten, litteraturlista samt läsanvisningar till experimentbeskrivningarna. Experimentbeskrivningar I detta kapitel finns tolv experiment beskrivna. Varje experiment har en del för pedagoger med utförlig beskrivning till experimenten, bakgrund och fakta. Till varje experiment finns även en eller två beskrivningar med olika svårighetsgrad till eleverna. Det är fritt att kopiera materialet med hänvisning till källan. Lycka till! Malmö 2003 Camilla Pettersson Projektledare, Klimatkommunerna Åsa Ring Projektledare Klimat-X, Malmö stad Avsnitten Experimentets roll i Klimat-X, Hållbar utveckling och miljödidaktik samt kapitel två och tre är författade av Mats Areskoug och Margareta Ekborg, Malmö högskola.

3 OM KLIMAT-X I MALMÖ Klimat-X är ett lokalt projekt i Malmö och har varit verksamt i över två år. Vi ser betydelsen av att utvidga vår verksamhet och bli synliga över hela landet. Viktiga frågor som vi tar upp med eleverna i Malmö, är lika viktiga i övriga landet. Detta lokala projekt växlar vi nu upp till ett nationellt projekt. Bakgrund och syfte Malmö stad håller på att anpassas ekologiskt med projekt som Västra hamnen, Ekostaden Augustenborg och de nya skolorna på Rosengård och i Bunkeflostrand. Malmös skolor visar ett ökat intresse att besöka dessa ekologiskt omställda delar av staden och lära sig mera om energi, trafik, klimat och miljö. Klimat-X fyller här en viktig funktion med att knyta samman viktiga miljöfrågor i lärandet på ett praktiskt och inspirerande sätt. Tanken är att alla pedagoger och elever, i Malmö, får tillgång till lustfyllda och interaktiva verktyg för att lära sig mer om klimatfrågan och andra miljöfrågor. Klimat-X syfte är att utveckla ett strategisk pedagogiskt program med tema kring klimatfrågor och ekologisk omställning som knyter an till viktiga miljöfrågor. Genom sitt resurscentrum får alla Malmös skolor tillgång till lärande via upplevelse som flätas samman med lokala studiebesök och webbaserade studier. Klimat-X tar emot elever bland solfångare, solceller, mätutrustning, byggsatser och fungerande modeller där eleverna genom experiment bygger upp en grund för förståelse och kunskap. Målsättning för Klimatexperiment i skolan Att alla elever i den obligatoriska skolan får tillgång till pedagogisk utrustning om klimatfrågor och ekologisk omställning. Att pedagoger specialutbildas i klimatfrågor, energi och trafik. Att studiebesöken, i det ekologiskt omställda Malmö, ökar samt den pedagogiska kvaliteten höjs. Öka elevengagemanget i energi- och transportåtgärder i den egna skolan. Att öka antalet sökanden till naturvetenskapliga och tekniska gymnasieprogram. Att främja integrationsarbetet, skolor och olika stadsdelar emellan. OM KLIMATKOMMUNERNA - nätverk för kommunalt klimatarbete Klimatkommunerna är ett nätverk för kommuner som arbetar aktivt med att minska utsläppen av växthusgaser. Nätverket stödjer de deltagande kommunerna med att ta fram lokala klimatstrategier och konkreta projekt inom trafik-, energi- och bostadssektorn. Klimatkommunerna ska även fungera som en länk till internationellt och nationellt arbete som pågår för att minska utsläppen av växthusgaser. En viktig uppgift för Klimatkommunerna är att visa nationella myndigheter vilka hinder och möjligheter som finns för lokalt klimatarbete. Idag består nätverket av elva kommuner med sammanlagt nära invånare. De elva kommunerna är Malmö, Lund, Kristianstad, Växjö, Mölndal, Götene, Falköping, Säffle, Södertälje, Uppsala och Östersund. Kommunerna har olika förutsättningar att arbeta med klimatfrågor utifrån ekonomi, geografi och befolkning. Eftersom de medverkande kommunerna har så olika struktur kommer nätverkets arbete kunna vara till nytta även för övriga kommuner i landet. Ett av nätverkets mål är att till år 2005 bestå av 25 kommuner och till år 2007, 75 kommuner. Ett nära samarbete finns med Institutet för Ekologisk Hållbarhet och Svenska Kommunförbundet. För närvarande är Lunds kommun värd för nätverket.

4 VÄXTHUSEFFEKTEN OCH DESS EFFEKTER Vad är växthuseffekten? Växthuseffekten finns naturligt och utan den skulle medeltemperaturen på jorden vara -18 grader, istället för +15 grader som det är idag. Växthuseffekten kommer av att långvågig värmestrålning från den solvarma jordytan fångas upp av gaser i atmosfären som värms upp. Den uppvärmda atmosfären återutstrålar i sin tur värme till jordytan och temperaturen ökar. Detta är den naturliga växthuseffekten. De viktigaste naturliga växthusgaserna är vattenånga och koldioxid. Det som händer idag är att vi människor släpper ut mer växthusgaser, vilket innebär att mer värmestrålning från jorden absorberas i atmosfären och förstärker den naturliga växthuseffekten temperaturen stiger på jordytan. Människans del Sedan industrialismen använder människan i allt högre grad så kallade, fossila bränslen, som kol och olja för uppvärmning, transporter och industriprocesser. Förbränningen av kol och olja innebär att koldioxid frigörs och förstärker den naturliga växthuseffekten. Sedan slutet av 1800-talet har halten av koldioxid i atmosfären ökat med 30 procent. Medeltemperaturen på jorden har under samma tid ökat med en halv grad. Effekter av förändrat klimat Genom användningen av fossila bränslen ökar utsläppen av växthusgaser. Det vi släpper ut i dag kommer att påverka klimatet flera hundra år framåt i tiden. Om vi fortsätter att släppa ut koldioxid och andra växthusgaser i samma takt som hittills kan vi förvänta oss drastiska förändringar av klimatet och det kommer att ske med ökad hastighet. Om jordens länder tar ansvar för att minska utsläppen under 2000-talet kan temperaturhöjningen begränsas till cirka 2 grader under detta sekel enligt klimatforskarnas scenarier. Detta är tre gånger så snabb temperaturhöjning som under talet. I en värld med fortsatt kraftig befolkningstillväxt, stark ekonomisk tillväxt och fortsatt hög användning av våra fossila resurser skulle jordens genomsnittliga temperatur kunna öka uppemot 6 grader, det vill säga 10 gånger snabbare än under de senaste 100 åren. Det mänskliga agerandet framöver har alltså stor betydelse för hur kraftig klimatpåverkan kommer att bli. Temperaturhöjningen blir olika för olika delar av jordklotet. Ökningen beräknas bli större över land än över hav. Den blir större mot polerna, särskilt vid Nordpolen, än vid ekvatorn och förväntas skapa en ökning av extrema väderförhållanden som stormbyar och kraftiga regnväder. Enligt dagens klimatmodeller kan Sverige få cirka 50 procent kraftigare temperaturhöjning än genomsnittet för jorden. Uppvärmningen väntas bli allra störst vintertid, och öka mot norr. En ökning av den globala medeltemperaturen med 2,5 grader förväntas ge en medeltemperaturhöjning i Sverige med nästan 4 grader och med cirka 6 grader vintertid i Haparandatrakten. Detta skulle betyda att temperaturen i Luleå blir ungefär som i Stockholm idag. Konsekvenserna för människor på andra håll i världen förväntas bli avsevärt värre än i Sverige även om extrema väderförhållanden inte skulle bli värre. Länderna kring ekvatorn där en stor del av världens befolkning är bosatt och har sämst levnadsförhållanden är de som kommer att drabbas värst av den framtida klimatförändringen. Förutsättningarna för matproduktion försämras, vattenresurserna minskar där det redan idag är vattenbrist, intensivare värmeböljor, episoder med torka ökar i vissa delar samtidigt som översvämningarna blir värre i andra delar. Klimatförändringarna kommer att ge skador på såväl biologiska och tekniska system som på människans hälsa. De allvarligaste konsekvenserna för jordens befolkning kan bli, att det kommer att storma och regna oftare och intensivare än idag. Den uppskattade ökningen av jordens medeltemperatur (1,4 till 5,8 grader) på 100 år, kommer att ge både negativa och p o s i t i v a konsekvenser. En ökning av temperaturen förväntas ge ökad avkastning inom jordoch skogsbruket i Sverige. Ökningen av nederbörden kan ge ökad vattenkraftsproduktion. Men detta gäller i Sverige om temperaturökningen inte går för snabbt och stormaktiviteten inte ökar för mycket och insektsangreppen inte blir för kraftiga. De negativa effekterna bedöms bli de dominerande särskilt i de tätbefolkade fattiga delarna av världen som saknar resurser att genom anpassningsåtgärder begränsa konsekvenserna av en klimatförändring. Källa: Naturvårdsverket Går det att minska utsläppen? Att försöka hejda människans klimatpåverkan handlar i första hand om att reducera utsläppen av koldioxid. Detta kan inte genomföras på annat sätt än att användningen av fossila bränslen begränsas. Någon praktisk möjlighet att eliminera koldioxiden från förbränningsutsläppen genom rening finns inte. Koldioxidutsläppen är mycket ojämnt fördelade mellan olika länder: Räknat per capita släpper u-länderna bara ut en bråkdel så mycket koldioxid som i-länderna, som därför bär ett huvudansvar för att begränsa utsläppen. Men användningen av fossila bränslen spelar en central roll för dagens materiella levnadsstandard och livsstil i i-länderna, och det har därför visat sig svårt att ändra på den. Visserligen lyckades vi i Sverige sänka koldioxidutsläppen med 30 procent under 1980-talet, i första hand genom att ersätta oljeeldning med kärnkraft, men under talet upphörde nedgången. Inom ramen för FNs klimatkonvention har dock åtskilliga länder nyligen utlovat att de genomsnittliga utsläppen av växthusgaser under åren ska

5 bli lägre än de var år EU har lovat minska sina sammanlagda utsläpp med 8 procent under denna period. Denna utsläppsminskning kan fördelas olika mellan de enskilda EU-länderna. Inom EU har Sverige förhandlat sig till rätten att öka växthusgasutsläppen med 4 procent från 1990 till I mars 2002 beslutade riksdagen emellertid att de svenska utsläppen i stället ska sänkas med 4 procent under perioden ifråga. Källa: Naturvårdsverket Faktan är hämtad från Arthus-Berrtrand, Yann (2002), Jorden sedd från himlen.

6 W W W. K L I M AT- X. S E

7

8 HÅLLBAR UTVECKLING OCH MILJÖDIDAKTIK Pedagogiskt program för Klimat-X Miljöproblem är en samhällsfråga Internationella styrdokument för utveckling av ett långsiktigt hållbart samhälle är tydliga - utbildningen är ett av det viktigaste medlena för att nå målen. Också i läroplanen för det obligatoriska skolväsendet, Lpo 94, för de frivilliga skolformerna, Lpf 94 samt i kursplanerna är det starkt uttryckt att miljöfrågor ska behandlas både som ett perspektiv och inom de enskilda ämnena. Ett mål för både skolår fem och nio är att eleverna ska kunna använda naturvetenskapliga kunskaper för att argumentera och ta ställning i bland annat miljöfrågor. Klimatfrågorna tillhör de stora allvarliga globala miljöproblem som mänskligheten måste hantera. De viktigaste klimatfrågorna är den ökande växthuseffekten och uttunningen av ozonlagret. Det är komplexa frågor och särskilt när det gäller växthuseffekten finns det motsägelsefulla framtidsprognoser och olika förklaringsmodeller vad gäller orsaker och konsekvenser. Det finns många intressenter på olika nivåer: Individen som väljer bostad, transportmedel, uppvärmningssystem och som ska väga samman bekvämlighet, ekonomi och miljöaspekter. Det lokala samhället där politiker ska besluta om kommunens energiförsörjning, lokaltrafik, vägbygge och lokalisering av köpcentra. Nationer som genom skatter, lagstiftning och forskningsstöd kan påverka energiförsörjning och transportsystem. Olika länder har slutligen olika intressen på grund av läge, naturresurser, infrastruktur, klimat med mera. Inom Klimat-X betraktar vi miljöfrågorna som samhällsfrågor. Miljöproblem uppkommer när olika grupper av människor har olika intressen i hur naturresurser ska användas och olika bedömning av vilka miljökonsekvenser det får. Det är alltså mänskliga handlingar som ger miljöproblem. Dessa handlingar har föregåtts av mänskliga bedömningar och beslut. Konkreta frågor inom Klimat-X är frågor kring energiförsörjning, energianvändning och transporter. Målet för utbildning i klimatfrågor är att eleverna ska utveckla handlingskompetens. Det betyder att de ska kunna ta ställning i frågor som rör deras personliga livsstil, och kunna sätta sig in i samhällsfrågor där politiska beslut ska fattas. Uttunningen av ozonlagret är ett mindre komplicerat problem på så sätt att orsakssambanden är klarare och det har varit lättare att komma fram till internationella överenskommelser. En orsak har varit sambandet mellan ökad UV-strålning och ett ökat antal fall av malignt melanom. Konsekvenserna av överenskommelserna med freonfria kylskåp och klimatanläggningar innebär inte heller så stora uppoffringar för individen. Att lära sig förstå klimatfrågorna och hur olika beslut griper in samhället fordrar kunskaper från flera ämnesområden. I grunden är ämnesinnehållet naturvetenskapligt. Att förstå hur problemen uppstått kräver historiska kunskaper om industrialismens och det moderna samhällets framväxt. För att förstå hur beslut fattas och hur man kan påverka dem måste man ha kunskaper inom samhällskunskap. För att slutligen förstå att man kan komma till olika beslut oavsett hur välinformerad man är krävs insikt i betydelsen av värderingar vid beslutsfattandet. Undersökningar visar att ungdomar känner till de stora miljöproblemen, men de har dåliga kunskaper om dem. De har både dålig förståelse för de begrepp som innefattas i frågorna och dåliga faktakunskaper. Det är vanligt att man blandar ihop orsaker till och konsekvenser av förhöjd växthuseffekt och uttunning av ozonlagret. Om vi ska komma till rätta med de globala miljöproblemen och också kunna förebygga uppkomsten av nya problem krävs insatser på flera nivåer. Det krävs internationellt samarbete, en nationell politik som beaktar miljöfrågorna vid planering och beslutsfattande och inte minst krävs en välutbildad och välinformerad befolkning. Utbildning är ett långsiktigt medel. Handlingskompetens innefattar Kunskaper om handlingsmöjligheter det vill säga om metoder att utöva inflytande. Vilja att använda sig av sina handlingsmöjligheter. Tilltro till sin egen och gruppens betydelse i formandet av framtiden. Detta kräver Kunskaper om sakinnehållet i frågan. Det i sin tur kräver att man har ett begreppsligt ramverk, i vilket man kan foga in och bedöma nya kunskaper. Insikt om att värderingar har betydelse för hur man fattar beslut. Förmåga att sätta sig in andra människors argument och vad dessa bygger på. Förmåga att redovisa sina argument. Metod Genom att utgå från autentiska problem kan eleverna vinna insikt om att sådana frågor som involverar energianvändning är komplexa, nästan alltid inkluderar värderingar och känslomässiga reaktioner och att det finns flera intressenter med olika åsikter om hur saker bäst ska lösas. Situationerna bör väljas ifrån elevernas egen värld och från lokala frågor. Eleverna tränas att formulera frågor som gör att problemet kan belysas. Vilka kunskaper behöver man och var hämtar man dem? Vilka är intressenterna? När eleverna satt sig in problemet kan de redovisa det genom att göra skrivelser till kommun, politiker, göra rollspel eller göra datorsimuleringar.

9 EXPERIMENTETS ROLL I KLIMAT-X Experimentverksamheten inom Klimat-X är central när det gäller att bygga upp kunskaper kring naturvetenskapliga begrepp, samband och komplexa strukturer. Syftet är att väcka fascination och lust inför fenomen kring energi och klimat. Lusten föder en vilja att prova, leka, upptäcka, undersöka. Ur detta skall eleverna ges möjlighet att bygga upp sina insikter kring naturvetenskapliga begrepp. Dessa insikter är en förutsättning för att eleverna skall kunna utveckla handlingskompetens i miljöfrågor. Innehållet i experimenten ger naturvetenskapligt underlag för ställningstagande och handling i frågor kring hållbar utveckling. Fokus ligger på globala klimatförändringar kopplat till energianvändning. Att undersöka förutsättningar och möjligheter för att utnyttja flödande energi (främst med solenergiflödet som bas) är centralt. Experimenten berör grundläggande begrepp som effekt, energi och energiflöde. Relationer till värme, temperatur, arbete, kraft, hastighet aktualiseras. Elektriska begrepp som ström och spänning berörs. Begreppen energikvantitet och energikvalitet exemplifieras. Fundamentala samband kring energikvantitetens bevarande och energikvaliténs minskning är centrala. Genom att leka, prova och undersöka med syn, hörsel, känsel, lukt och smak bekantar sig eleverna med fenomen och begrepp. Möjligheter skall finnas att skapa och konstruera, att samarbeta för att åstadkomma fungerande resultat.

10 SÅ FÖRBEREDER DU DIG Här finns en sammanfattande lista över inköpsställen för mindre lättillgängligt material som behövs i experimenten, en litteraturlista med exempel på litteratur som kan ge stöd och fördjupning samt läsanvisningar till experimentbeskrivningarna. Inköpsställen A-Dynam Brunnsvägen Mellbystrand Tfn Fax Exergon Brogårdsgatan Vetlanda Tfn Fax ALEGA Skolmateriel AB Vasagatan Skara Tfn Fax Kjell & Company Plockbandsgatan Limhamn Tfn Fax Clas Ohlson Riksväg Insjön Tfn Fax NAPS Sweden AB Box Skärholmen Tfn Fax ELFA AB Elektronikhöjden Järfälla Tfn Fax Orsa sol och energitjänst Pl 3285B, Kallmora Orsa Tfn Panduro Hobby AB Malmö Tfn Fax Peros Teknik Ekbacksvägen Danderyd Tfn Fax home.swipnet.se/peros Sagitta Pedagog Förrådsgastan 33 A Mariestad Tfn Fax Slöjd-Detaljer Axvallagatan 10 Box Skara Tfn Fax SolData Instruments Frank Bason Linåbakken 13 DK-8600 Silkeborg Tfn Fax VWR International AB Fagerstagatan 18 A Stockholm Tfn Fax Zenit ab Läromedel Box Smögen Tfn Fax

11 Litteraturlista Andrén, L. Solenergi, praktiska tillämpningar i bebyggelse. Svensk Byggtjänst ISBN (Solvärmeteknik i större och mindre skala.) Areskoug, M. Miljöfysik. Energi och klimat ISBN (Energilära, förutsättningar för solenergiutnyttjande, solfångare, solceller, vind- och vattenenergi, värmepump, växthuseffekten med mera behandlas. Många experiment beskrivs.) Bason, F. Solstrålning, solceller, solenergi. SolData Publishing (Teori, experiment och tillämpningar kring solceller. Gymnasienivå. På danska.) Blegaa, S., Poulsen, E. Energiströmme. Munksgaard, Köpenhamn ISBN (Energi, energitransport, energiomvandlingar. En mängd vardagliga exempel och utmärkta experiment. Gymnasienivå. På danska.) Boyle, G. Renewable energy. Oxford University Press ISBN (Omfattande genomgång av principer och möjligheter för flödande energi. Grundläggande högskolenivå.) Boysen, A. (red) Solsverige 1991, 92, 93, 94, 95, del 6. Larsons förlag, Box 3063, Täby. (Informativa artiklar om solenergins möjligheter och aktuella läge. Gymnasienivå.) Eckerman, P., Grähs, G. Solkatt, vindstrut och vattenhjul. Bonnier, Carlsen (Idérik experimentbok för barn.) Energiläget Statens energimyndighet, STEM. (Översikt, statistik och kommentarer om energianvändning och energitillförsel i Sverige och världen. Gymnasie - högskolenivå.) Green, M. Solceller. Från solceller till elektricitet. Svensk byggtjänst (Solceller och solcellssystem. Tillämpningsexempel i bostadshus och i utvecklingsländer. Gymnasienivå.) Muslin, M. Global warming. (2002) ISBN X. (Välillustrerad genomgång av historia, orsaker och framtidsperspektiv kring växthuseffekten. Gymnasienivå.) Oksbjerg, O.A. Fra vind till elektricitet, del 1-2 samt lärarvägledning. S Fredriksen. (Teori och experiment för gymnasium och grundskola. På danska.) Tänk dig vädret om 25 år... Naturvårdsverket. (Studiematerial med video, lärarhandledning och underlag för klimatpolitiskt rollspel. Gymnasienivå.) Wiselius, T. Vind, del 1-3. Larssons förlag. (Informativa kapitel om vindkraft i Sverige. Gymnasienivå.) Läsanvisningar till experimenten Generellt är det ofta bäst att presentera experiment muntligt i dialog med eleverna. Men ändå behövs en skriftlig dokumentation av flera skäl: Som stöd eller mall för en möjlig muntlig presentation. Som repetition av muntlig presentation. Som fördjupning och precisering av muntlig presentation. Som dokumentation. Delar för pedagoger och för elever Ambitionen med experimenten är att utveckla elevernas lust och fascination inför fenomen kring energi, miljö och hållbar utveckling och att stimulera eleverna till att vilja uppleva, prova på, undersöka och skapa. Det är därför naturligt att experimentbeskrivningarna är mycket öppna i fråga om beskrivning av problem, metoder och resultat. Experimenten beskrivs utförligt med syfte, utrustning och kommentarer till experimenten i pedagogdelen. För eleverna finns för de flesta experimenten två varianter av handledning. De har olika svårighetsgrad. Den ena varianten är extremt öppen med få frågor, exempel 1. Den andra har fler frågor, beskriver experimentet något mer och ger tips, exempel 2. EXEMPEL 1 EXEMPEL 2 Från experimentet Varmvatten från solen Hur varmt blir vattnet? Hur lång tid tar det? Kan du förbättra solfångaren? Från experimentet Varmvatten från solen Hur lång tid tar det att nå lagom duschtemperatur? Stiger temperaturen lika snabbt hela tiden? Prova att: Rikta solfångaren på olika sätt Använda olika mycket värmeisolering bakom plåten Använda reflektorer för att öka instrålningen på solfångaren.

12 Åldersgradering Många experiment kan genomföras med elever av vitt skilda åldrar och på olika nivåer i utbildning. Enkla solfångare kan vara fascinerande att bygga och använda med förskolebarn och de kan utnyttjas för till exempel verkningsgradsmätningar för naturvetarstuderande på gymnasium och högskola. Även mycket enkla experiment kan ofta fördjupa begreppsförståelsen för elever på högre nivåer. Varje experiment markeras med en lägsta åldersnivå. Experimentbeskrivningarna har ibland extra kluriga frågor för gymnasiet och uppåt: Hur snabbt ökar temperaturen på vattnet? Gör en mätserie och redovisa i diagram. Stiger temperaturen lika snabbt hela tiden? Förklara. Hur effektiv är solfångaren? Verkningsgraden brukar definieras som nyttig energi dividerat med tillförd energi. Vad är nyttig energi från solfångaren? Går den att mäta och beräkna? Beräkna verkningsgraden. Är verkningsgraden lika stor hela tiden? Förklara. Syfte Varje experiment inleds med att ange syftet med experimentet. Syftet fokuserar på processen, på själva experimenttillfället och vad som händer då. Syftet kan ofta beskrivas med olika verb - eleven får uppleva, se, känna, prova på, undersöka, analysera, bekanta sig med, skapa, konstruera Innehållet i det eleven skall få uppleva eller göra beskriver vi i någorlunda generella termer kring energi, miljö, resurser, men ändå så pass konkret att den blir olika för de flesta experiment. Kommentarer till experimentet Här finns kommentarer till experimentutförandet. Experimenthandledningarna är i allmänhet kortfattade och öppna eller halvöppna, för att eleverna skall få möjlighet att själva uppleva, prova på och undersöka. Ibland kan en del bakgrundsinformation behövas. Den kan då finnas här. Här finns kommentarer som framhåller olika varianter av experimentet, exempel på resultat och faktorer som påverkar resultatet. Det kan gälla utrustning och metoder. Men även en kort teoretisk förklaring finns ofta med, till exempel beskrivningar av olika beräkningar. Detta för att experimenten ska passa för olika åldrar och utbildningar hos eleverna. Det kan alltså finnas kommentarer som inte är på adekvat nivå för den enskilde pedagogen. Slutsatser Här sätter vi in experimentet i ett större sammanhang miljömässigt, naturvetenskapligt och didaktiskt och beskriver resultaten i generella termer. Tillämpningar Experimenten är just experiment, konkreta modeller. Under denna rubrik visar vi kortfattat på de tillämpningar i teknik och vardag som experimenten vill åskådliggöra. Utrustning Här finns en någorlunda heltäckande lista över materiel. Inköpskällor redovisas för mindre lättåtkomligt materiel. Före experimentbeskrivningarna finns en sammanfattande lista med adresser och förslag på inköpsställen. Experimentera Under denna rubrik finns en kortfattad beskrivning av hur experimentet kan utföras, hur materialet ska sättas ihop och ett antal frågor kring experimentet.

13 EXPERIMENTBESKRIVNINGAR FÖR PEDAGOGER

14 10 plus Syfte Eleverna får uppleva att de själva kan bygga något som fungerar med hjälp av solenergi. De får använda sin fantasi, kreativitet och problemlösningsförmåga och samarbetar när de bygger bilen. När de provar bilen får de tillfälle att upptäcka hur tillgången på solenergi varierar beroende på molnighet och på solcellens riktning mot solen. Denna utrustning behöver du Solcell (Zenit ab Läromedel) Motor med växellåda (Sagitta Pedagog eller A-Dynam) Trähjul och träpinnar (Panduro Hobby AB eller Slöjd-Detaljer) Kopplingsplint och ledning från elaffär (Clas Ohlson) Pappersklämmor, häftmassa, papp eller kanalplast (Peros Teknik), sugrör, lim eller limpistol, eventuellt cykelslang Lödkolv och lödtenn att fästa ledningar med (Clas Ohlson) Eventuell halogenstrålkastare 500 W (byggvaruhus) Byggsatser till solcellsbilar eller färdigbyggda bilar finns hos de flesta experimentmaterielfirmor. BYGG EN SOLDRIVEN BIL Experimentera Prova att bygga bilen på olika sätt. Variera styrning, hjulstorlek, hjultyp, motor, utväxling. Testa vilken modell som startar lättast, kör fortast, klarar hinder bäst, klarar svag instrålning, styr bäst. Tävlingsvarianter Rak bana utomhus Vilken bil klarar hela sträckan? Vilken bil är snabbast? Vilken bil klarar gupp bäst? Så här tillverkar du bilen Grundplatta gör du av plywood, papp eller kanalplast. Kanalplasten är lätt, stark och enkel att arbeta med. Den kan klippas med vanlig sax och den finns i flera färger. Smältlimma (med limpistol) fast grova sugrör för hjulaxlarna. Trä in en rund träpinne under monteringen, så att sugröret inte blir krokigt. Använd en rund träpinne, slickepinne, som hjulaxel. Slipa den med fint sandpapper för att minska friktionen. För att kunna styra bilen: montera främre hjulparet på en tvärplatta, som du fäster i rundplattan med en pappersklämma (med två ben att vika ut). Använd trähjul från hobbyaffär. Klä dem gärna med en gummiring tillklippt av cykelslang. Trä på hjulen på slickepinnen och på motorns hjulaxel. Se till att du får hjul med rätt hålstorlek. Trähjulen har centrumhål som passar direkt till korta slickepinnar och till A-Dynams växellådsmotor. För hjulaxeln på Sagitta Pedagogs växellådsmotor är hålen för stora. Kommentarer till experimentet Så här fungerar den Solcellen ger ström till motorn. För att motorn skall gå krävs tillräckligt hög spänning (volt, V). Varje solcell ger 0,5 V. Den solcellspanel vi använder består av fyra seriekopplade solceller som hjälps åt att knuffa fart på elektronerna och ger totalt 2 V. För att motorn skall orka driva bilen krävs också tillräckligt stor ström (ampere, A). Ju större solbelyst yta cellerna har, desto mer ström kan de ge - fler elektroner strömmar genom ledningarna. Och ju bättre solen lyser, desto mer ström ger cellerna. Bra solceller som är 2,5 * 5 centimeter kan ge ma vid fullt solsken. Motorn måste vara byggd så att den passar för den spänning och ström som solcellerna ger. Den måste också ha en växellåda. Precis som på en riktig bil blir motorn långsam men stark på låg växel och snabb men svag på hög växel. Motorn i sig själv är mycket snabb och mycket svag. Den växellåda vi använder växlar ned 60 gånger. Mer om motor, växellåda, hjul och solcell Den modell vi beskriver här använder en motor från Sagitta Pedagog, med växellåda. Motorn levereras med två uppsättningar kugghjul, som ger utväxling 1:60 respektive 1:288. Det är ganska pilligt att montera ihop kugghjulen, och beskrivningen är inte helt lätt att följa. Det kan vara klokt att göra detta i förväg. Motorn fästs i grundplattan med pappersklämmor (med två ben att vika ut). Utväxling 1:60 fungerar mycket bra. Bilen går inte så fort, men stabilt, och klarar även hinder (en bok med 1 centimeters tjocklek). Motorn kan sättas i en verktygsklämma som limmats bak eller fram på bilen. Motorn kan då vridas, så att bilen kan styras. Även denna bil är stark och pålitlig. Hjulen kan träs på växellådans axel. Hålen i Panduro-hjulen är för stora: Limma i en stump träpinne och borra upp ett nytt hål. Eller kila fast hjulet med spetsade tändstickor. Hjulstorleken går att variera. Större hjul ger högre hastighet, men mindre kraft att klara hinder. Solcellen som används (SolData eller Zenit ab Läromedel) är väl anpassad till motorn. Bilen kör på jämnt underlag även vid mindre än hälften av full instrålning, vilket innebär tunna moln för solen. Det är viktigt att hela solcellen är belyst - låt inte sladdar skymma någon del av den. Om bilen går baklänges får man skifta sladdarna. Om man parallellkopplar två solceller kan bilen gå även vid svagare instrålning. Inomhus kan man få bilen att gå med hjälp av en mycket kraftig lampa, en 500 W bygglampa. Håll minst en halv meters avstånd till solcellen, annars kan den bli överhettad.

15 Slutsatser Bra instrålning är nödvändig för att solcellen skall ge tillräckligt med ström till motorn. Om man testar bilen på en raksträcka kan man prova att vinkla solcellen mot solen. *** Om man parallellkopplar två solceller kan bilen gå även vid svagare instrålning. Prova gärna också med seriekoppling. Vilket som lyckas bäst beror på både motorns och solcellens ström spännings-karakteristik och på instrålningen. För fjortonåringar och uppåt kan det vara en bra övning att prova på att koppla på båda sätten. Tillämpningar Varje år ordnas en tävling för solcellsdrivna bilar i fullskala tvärsöver Australien. För praktiskt bruk är det olämpligt att ha solcellerna på bilen. Solcellerna placeras på skuggfritt ställe, och i bilen har man möjlighet att lagra energi från solcellen. Det kan göras i vanliga laddningsbara batterier. En sådan eldriven bil kan laddas av el från nätet under natten. Solcellerna i sin tur laddar in sin ström på nätet under dagen. Problemet med laddningsbara batterier är att de tar stor plats och är tunga. Hybridbilar använder både en vanlig bensinmotor och en elmotor. Tillsammans kan de utnyttjas så att utsläpp och bensinförbrukning blir betydligt mindre än med en vanlig bil. I en bränslecellsdriven bil tankar man med vätgas som kan framställas med hjälp av elenergi från solceller. Bränslecellen omvandlar energin i vätgasen till el, som får driva en elmotor. Det finns bränslecellsbilar i leksaksstorlek att köpa från läromedelsföretag.

16 10 plus Syfte Eleverna får bekanta sig med solcellen som elleverantör. Med fläkt respektive radio kan de känna och lyssna sig till att solenergin fungerar. Med mätinstrument kan de skapa sig en uppfattning om vilka faktorer som är viktiga för att solcellen skall ge el. Denna utrustning behöver du Solcellspanel av hög kvalitet (SolData eller Zenit ab Läromedel). Montera gärna solcellen på en vridbar ställning och montera på vridbara reflektorer av spegelplast (Slöjd- Detaljer) Fläkt (SolData eller den som levereras med Zenit ab Läromedels solcell) Radio (Clas Ohlson) Multimeter Speglar Moln av matt plexiglas eller smörpapper. EL FRÅN SOLEN Experimentera En solcell omvandlar solenergi till el. Du kan prova att koppla till exempel en fläkt till solcellen och känna när den blåser bäst. Du kan också koppla till ett mätinstrument, men då måste du först kontrollera hur det skall kopplas. Hur skall solcellen riktas? Vrid solcellen både i sidled och höjdled. Hur skall den stå för att ge mycket ström? Vad händer när solen går i moln? Håll ett moln av plexiglas framför solcellen. Hjälper det med speglar på solcellen? Använd ensolcell med fönsterluckor av spegelplast. Kan du vinkla in luckorna på bästa sätt? Vem får dagens strömrekord? Ställ solcellen med baksidan mot solen. Koppla in radion. Tag en spegel i handen och försök rikta solkatten mot solcellen. När du lyckas spelar radion. Samarbeta med solkatter. Ställ solcellen med baksidan mot solen. Koppla in ett mätinstrument. Tag varsin spegel och försök rikta allas solkatter rätt. Hur stor blir strömmen när alla prickar rätt? Vad blir dagens rekord? El från solen Solcell med fläkt Solcell med radio Solcell med mätinstrument Hur skall solcellen riktas? Hur skall speglarna vinklas. Tag en lös spegel och rikta solkatten mot solcellen Samarbeta med varsin spegel. Vad blir dagens rekord? Kommentarer till experimentet Normalt ansluter man aldrig en strömkälla direkt till en amperemeter. Amperemetern har låg resistans. Strömkällan blir nästan kortsluten, strömmen blir mycket stor och instrumentet riskerar att bli överbelastat. Med en solcell begränsas dock strömmen av instrålningen. Ställ multimeterns vred på 2 A, och koppla solcellen till kontakterna COM och ma. Mätaren visar strömmen i ampere. En annan solcell av god kvalitet finns hos Zenit ab Läromedel. Belysningen på solcellen blir starkast om den är riktad rakt mot solen, så att ytan är vinkelrät mot solstrålarna. Strömmen blir då störst. Det man kallar en solcell är egentligen en solcellspanel, med flera celler seriekopplade. I detta experiment använder vi en panel med 10 stycken seriekopplade celler, vardera 5 * 2,5 centimeter. Eftersom samma ström går genom alla cellerna, är det viktigt att de är lika starkt belysta. Den svagast belysta cellen bestämmer strömmen. Detta är lätt att visa om man skuggar en del av panelen. När man vill öka belysningen med speglar, eller rikta en solkatt mot panelen är det därför också viktigt att hela panelen blir belyst. Slutsatser Med lämplig vinkel på speglarna kan man fördubbla strömmen. Om man tittar rakt in i solcell och speglar skall man se hela solcellen täcka både vänster och höger spegel. Då kommer de solstrålar som träffar speglarna att se solcellen (men i sned vinkel). Den totala arean som tar emot sol till cellen kan mätas upp - den är dubbelt så stor som solcellen själv. *** För naturvetarelever Med hjälp av reflexionslagen kan man räkna ut vilken vinkel spegeln bör stå i. Lite trigonometri kan sen ge hur mycket den effektiva arean har ökat. Med speglar i handen kan man i princip öka instrålningen lika många gånger som antalet speglar. Men reflexionen är inte perfekt, bland annat är ytan inte helt slät. Och framför allt är det svårt om man är många att pricka rätt med solkatten. De som står vid sidan av solcellen får också en ogynnsam infallsvinkel. Tillämpningar Solceller tillverkas av halvledarmaterial, som är mycket dyrt. Därför har solceller ännu inte kunnat slå igenom som elproducenter i stor skala. Reflektorer på solceller är ett billigt sätt att öka den nyttiga effekten från dem.

17 BYGG EN BIL SOM LADDAS AV SOLCELLER Experimentera Låt solcellerna ladda batteriet i 5 minuter Hur länge kör bilen på en laddning? Hur långt kör bilen på en laddning? Uthållighetsrally Låt alla ladda sina bilar under lika lång tid, exempelvis 5 minuter. Tävla om vilken bil som kan köra längst sträcka. Tävla om vilken som kan köra längst tid. Så här bygger du bilen Byt ut solcellen i solcellsbilen (se experimentet Bygg en soldriven bil ) mot en batterihållare med två laddbara batterier. Se till att batterierna är helt urladdade från början. Det behövs två solceller för att ladda batteriet. Seriekoppla de två solcellerna så här: Koppla ihop pluspolen från ena solcellen till minuspolen på den andra solcellen. Nu skall du använda de fria ledningarna, röd och svart, att koppla till batteriet. Kommentarer till experimentet Man bör starta med helt urladdade batterier för att eleverna skall se att det verkligen är solenergi (eller åtminstone energi från solceller) som används för att ladda batteriet. Låt batterierna urladdas genom att ha dem kopplade till motorn tills den stannar. För att ladda batterierna krävs en högre spänning än batterierna egen. Därför seriekopplar man två solceller. Undvik att placera solcellerna för nära en het lampa. Slutsatser Instrålningen på solcellerna avgör hur stor elektrisk effekt i watt, W solcellerna ger till batterierna. Energin summeras upp för varje sekund som batterierna laddas. Energin mäts i wattsekunder, Ws. Energin är effekten gånger tiden. Ju mer energi batterierna laddats med, desto längre går bilen. 13 plus Syfte Eleverna får uppleva att de själva kan bygga något som fungerar med hjälp av solenergi. De får använda sin fantasi, kreativitet och problemlösningsförmåga och samarbetar när de bygger bilen. Eleverna får se att solenergi kan lagras i laddningsbara batterier. De får möjlighet att upptäcka att den lagrade energimängden beror av instrålning och tid. Denna utrustning behöver du Solcellsdriven bil (se experimentet Bygg en soldriven bil ) Batterihållare för två batterier R6 (elmaterielfirma) Två laddbara nickel-metallhydridbatterier R6 (elmaterielfirma) Kopplingsplint sockerbit (elmaterielfirma) Eventuell energimätare (Zenit ab Läromedel) Tillämpningar Eldrivna bilar i full storlek brukar laddas från det vanliga elnätet. Vill man ladda med solceller kan man sätta solcellerna på garagetaket och låta strömmen, med hjälp av en växelriktare, gå in på det vanliga elnätet. När bilen är hemma låter man den laddas från elnätet. Solcellen laddar alltså in energi på elnätet på dagen, medan man hämtar tillbaka energi för att ladda bilen på natten. Om man kör mil per år behövs det 20 kvadratmeter solceller för att ge tillräckligt med elenergi till bilen.

18 10 plus Syfte Eleverna får använda sin fantasi och kreativitet när de bygger speldosan. De får upptäcka hur tillgången på solenergi varierar under dagen. Denna utrustning behöver du Speldosa (leksaksaffär) Motor med utväxling (Alega Skolmateriel AB eller SagittaPedagog, monterad för utväxling 1:288) Solcell av bra kvalitet (Zenit ab Läromedel) Träplatta och träkloss, lim, verktygsklämma, häftmassa, kopplingsplint ( sockerbit ). I Zenit ab Läromedels solcellssats ingår en elektronisk speldosa. BYGG EN SOLCELLSDRIVEN SPELDOSA Experimentera Så här kan du bygga speldosan Det är roligast att bygga speldosan efter egna idéer, men här är några tips: Såga av veven på en speldosa. Skruva fast speldosan i en träplatta. Motorn (se nedan) monteras i en verktygsklämma. Klämman limmar du med limpistol på en träkloss, så att motoraxeln kommer mittför speldosans axel. Klossen limmar du mot träplattan. Axlarna skall vara nära varandra, 5 milimeter avstånd är bra. Koppla samman motoraxel och speldosa med en bit kopplingsplint ( sockerbit som används att skarva ledningar med) Koppla de båda trådarna från motorn till en solcell. Solcellen fäster du med häftmassa, antingen direkt mot träplattan eller mot ett stöd så att den är riktad mot solen. Färdigt att prova, i solsken eller under stark lampa. Kontrollera att motorn driver speldosan på rätt håll. Om inte, skifta anslutningstrådarna till solcellen. Motorn måste ha utväxling för att gå långsamt och bli stark. Solcellen måste kunna ge tillräckligt stor ström. Kommentarer till experimentet Motorn måste ha utväxling så att den går långsamt och är stark. Det finns olika varianter av motor med växellåda hos experimentmaterielfirmor. Den skall kunna drivas av en liten solcellspanel. Det är viktigt att motor och speldosa monteras så att axlarna ligger i linje med varandra annars går det inte att koppla ihop dem med sockerbiten. Klipp isär sockerbiten så att bara en pol återstår. Skär gärna bort plastisoleringen. Slutsatser När solen tittar in genom fönstret spelar dosan.

19 BYGG EN SOLCELLSDRIVEN FÄRGSNURRA Experimentera Det är roligast att göra snurran efter egna idéer, men här är några tips: Snurran är en cirkel av papp 10 cm i diameter. På skivan målar du olika färger i olika mönster. Gör hål i en liten gummikork och trä den på axeln till en motor (Clas Olson 1,5 V). På korken fäster du snurran med limpistol. Limma fast en verktygsklämma på en pelare av trä. Pelaren limmar du på en bottenplatta. Sätt fast motorn i verktygsklämman. Koppla sladdar från en solcell (SolData) till motorn. Prova att ställa snurran med solcellen vänd mot solen. Olika förslag till färgsnurra Måla sektorer från mitten och ut i olika klara färger. Se hur de blandas när snurran roterar. Försök blanda så ett du får grönt eller gult eller vitt utan att måla med just de färgerna! Måla svarta cirkelbågar som täcker olika stor del av varvet. När de snurrar kan det uppstå färgfenomen i ögat! Klipp en kasserad cd-skiva i små skärvor. Klistra upp dem huller om buller på pappskivan. Låt solen lysa rakt mot den när den roterar. Kommentarer till experimentet När solen skiner ger solcellen ger ström till motorn, så att den snurrar. Färgfenomenen beror på flera olika saker. Om du har ett rött och ett grönt område på snurran så kommer dessa färger att blandas inne i ditt öga när snurran roterar. På samma ställe som det var rött ena ögonblicket blir det grönt nästa. Då tycker ögat och hjärnan att det ser gult ut. På en färg-tv blandas färgerna på liknande sätt. Titta på riktigt nära håll på ett gult område på TV-skärmen! Om du däremot blandar grön och röd vattenfärg blir resultatet ett helt annat. Svarta cirkelbågar av olika längd på snurran gör att det blinkar vitt och svart inne i ögat. Ögat och hjärnan luras att uppfatta blinkningarna som färger, olika färger beroende på hur snabbt det blinkar. På en cd-skiva finns tätt med spår där musiken är inspelad. Ljus av olika färg har olika våglängd. I spåren reflekteras olika våglängder i olika riktningar. Därför skimrar skivan i alla färger när man vrider på den. 10 plus Syfte Eleven får prova att få en motor att snurra med hjälp av en solcell. Färgsnurran ger tillfälle för eleven att upptäcka ett antal färgfenomen. Denna utrustning behöver du Pappskiva, färg, cd-skiva att klippa sönder med mera Motor, (Clas Ohlson 1,5 V) Solcell (Zenit ab Läromedel) Liten gummikork, lim, ledningar, lödkolv och lödtenn att fästa ledningar med (Clas Ohlson) Hållare att fästa motorn med (Sagitta Pedagog) eller verktygshållare. Fördjupning Experimentet är mycket lätt att lyckas med. En lättdriven motor som snurrar fritt i luften kan drivas av även små och effektsvaga solceller. Färgfenomenen beror på flera olika saker. Med olikfärgade fält på skivan uppstår additiv färgblandning. Ögat uppfattar till exempel både grönt och rött nästan samtidigt på samma ställe på näthinnan. Näthinnan har tappar med tre olika typer av färgkänslighet: rött, grönt och blått. Tapparna är dock känsliga inom ett ganska brett färgområde (våglängdsområde). De rödkänsliga sträcker sig från rött över orange till gult. De grönkänsliga täcker gult, grönt och blågrönt. De blåkänsliga täcker blågrönt, blått och violett. Om vi ser på ett gult föremål, så att ögat träffas av gult ljus, reagerar därför både de röd- och de grönkänsliga tapparna. När båda dessa sänder signaler till hjärnan uppfattar vi det som att vi ser något gult. Men precis samma sak inträffar om ögat samtidigt träffas av både rött och grönt ljus - som från en roterande skivan med röda och gröna fält. Informationen från de rödkänsliga och grönkänsliga tapparna adderas, hjärnan uppfattar gult. Tack vare detta kan man återskapa samtliga färger och nyanser med hjälp av bara tre olika additiva grundfärger - rött, grönt och blått. Med ett förstoringsglas kan man urskilja de tre olika färgpunkterna på en TV. Om man målar rött på ett papper, så kommer den röda ytan att absorbera ljus av alla färger utom rött, medan rött reflekteras till våra ögon. De rödkänsliga tapparna signalerar och hjärnan konstaterar att pappret är rött. Om vi blandar röd och grön färg kommer den röda att absorbera allt utom rött (den subtraherar bort allt utom rött) och den gröna att absorbera allt utom grönt. Tillsammans absorberar de alltså alla färger. Ingenting reflekteras, och resultatet blir att den målade ytan ser svart eller brun ut alla färger har subtraherats bort. Subtraktiv färgblandning ger helt annat resultat än additiv. Med svarta cirkelbågar av olika längd på snurran gör att det blinkar vitt och svart inne i ögat. Ögat och hjärnan luras att uppfatta blinkningarna som färger, olika färger beroende på hur snabbt det blinkar. På en cd-skiva finns tätt med spår där musiken är inspelad. Ljus av olika färg har olika våglängd. I spåren reflekteras olika våglängder i olika riktningar. Cd-skivan fungerar som ett reflektionsgitter.

20 10 plus Syfte Eleverna får uppleva att solenergin kan ge hög temperatur, och får fundera över hur energin fångas in. Denna utrustning behöver du Panel med fyra olika solfångare En vit metallplatta, en svart metallplatta, en svart metallplatta med mineralull under och en svart metallplatta med både mineralull under och ett plexiglasskydd ovanpå. Bygg själv! Om experimentet utförs inomhus: 2 byggstrålkastare 500 W. VILKEN YTA FÅNGAR VÄRMEN BÄST? Experimentera Solfångare kan man använda för att värma upp vatten, som kan bli varmvatten till disk och dusch. Varmvattnet kan också värma upp hus. Här kan du jämföra några olika plattor, och fundera över hur man skall göra för att fånga in solvärmen bäst. Gissa vilken platta som blir varmast. Lägg handen på och känn efter. Hur skulle du kunna göra solfångaren ännu bättre? Kommentarer till experimentet Panelen med solfångarytorna placeras solbelyst. Det går också bra att belysa med två byggstrålkastare 500 W. Det är viktigt att strålkastarna placeras symmetriskt, så att alla plattorna får lika instrålning. Temperaturökningen känns redan efter några minuter. Med full solinstrålning kan de två svarta plattorna, med mineralullen, bli mycket heta, känn försiktigt! Med en IRtermometer kan temperaturen på plattorna mätas. Experimentet går också att utföra med enklare material, till exempel svart papp. Slutsatser En solfångare skall dels fånga in så mycket solenergi som möjligt, dels ha små värmeförluster till omgivningen. En vit yta reflekterar, kastar tillbaka solstrålningen. En svart yta fångar in, absorberar, ljuset och energin omvandlas till värme. En varm yta avger alltid värme till omgivningen. Värmetransporten kan ske på tre olika sätt, och oftast är alla tre igång samtidigt: Kall luft strömmar förbi den svarta plåten och kyler den både fram och bak (konvektion). Om plåten hade placerats tätt inpå träskivan baktill hade vi sluppit detta. Men värme kan då ledas genom träet. Därför monterar vi en platta på mineralull, som leder värme mycket dåligt, och isolerar bra. Slutligen kan värme stråla ut från plattan. Med plexiglasglas framför vänder en del av den utstrålade värmen tillbaka ( växthuseffekt ). Dessutom skyddar plexiglaset mot kalla luftströmmar, konvektion. Utomhus brukar plattan med både mineralull och plexiglas bli varmast, men inomhus blir ofta plattan med enbart mineralull varmast. Plexiglaset över plattan hindrar en del av instrålningen. I vindstilla inomhusmiljö kompenseras inte detta alltid av minskade värmeförluster. Resultatet blir mest påtagligt en kall men solig vår- eller höstdag. Den vita plattan är kall som utomhusluften medan de svarta plattorna med mineralullen, kan bli riktigt heta. Man kan bygga liknande testplattor för att undersöka instrålningen från olika väderstreck (svarta isolerade plattor vända i olika riktningar) eller för att jämföra södervända plattor riktade vertikalt, 45 grader uppåt respektive rakt uppåt. Alla plattorna är målade med vanlig matt målarfärg. Ingen selektiv yta finns med. En selektiv yta är känslig för smuts och fungerar bäst vid riktigt höga temperaturer. Tillämpningar Den vanliga konstruktionen av en solfångare framgår: god värmeisolering bakom solfångarplåten och glas framför. Glasets roll är i praktiken ännu viktigare än vad som framgår här: I experimentet är glaset delvis öppet för att man skall kunna känna på plåten, vilket gör att dess förmåga att minska värmeförlusterna inte kommer helt till sin rätt.