Denne siden er et arbeidskrav i fysikk og teknologi. Vi var på ScienceCenteret i Sarpsborg og skulle bygge noe i Lego som beveget seg og som illustrerte energioverganger. Her finner du beskrivelse av byggeprosessen, bilder av det ferdige produktet og du kan lese om hvordan det fungerer.  

Vi skulle gjennom samme undervisningsopplegg som de vanligvis kjører med ulike klassetrinn fra grunnskolen.  Før vi startet selve byggeprosessen hadde vi en gjennomgang av viktige energibegreper, vi fikk i tillegg mange gode didaktiske råd og tips på veien. Ved å arbeide praktisk med Lego på denne måten får elevene basiskunnskaper om følgende:

• Stillingsenergi
• Bevegelsesenergi
• Tyngdeakselerasjon
• Masse
• Det absolutte nullpunktet (0 K, -273,15°C)
• Kraft
• Energi

I løpet av dagen fikk vi også en god forståelse av hvordan solcellepanel fungerer, hva en kondensator er og hva motor gjør. Dette vil du finne litt lenger ned på siden. Først altså en kort gjennomgang av de ulike begrepene:

Mekanisk energi

Stillingsenergi (potensiell energi) og bevegelsesenergi (kinetisk energi), forklares lettest ved å beskrive dem i sammenheng fordi vi i dagliglivet ofte vil oppleve at energi går over fra den ene formen til den andre.

• Stillingsenergi – lagres hver gang noe beveges i motsatt retning av den kraften som virker på gjenstanden. Det lagres stillingsenergi i for eksempel en grønn boks vi løfter opp fra gulvet. Det er tyngdekraften som virker på boksen, og som prøver å trekke den nedover. Vi må bruke muskelkraft for å løfte den! Det lagres mer stillingskraft jo høyere vi løfter.

• Bevegelsesenergi – alt som beveger seg har bevegelsesenergi. Mengden bevegelsesenergi avhenger blant annet av hvor fort gjenstanden beveger seg, og hvor stor masse den har. Når vi slipper den grønne boksen vi har løftet, vil den falle mot bakken med økende hastighet, helt til den treffer bakken og blir liggende stille. Stillingsenergien som ble overført fra musklene til boksen, går i fallet over til bevegelsesenergi. Etter å ha truffet bakken har boksen verken stillings- eller bevegelsesenergi. Har energien blitt borte? Neida, den har gått over til andre former – for det meste varme.

• Tyngdeakselerasjon (symbol: g) – er den akselerasjonen et legeme i fritt fall har når det er i tyngdefeltet, vanligvis er det mot jorda. Tyngdeakselerasjonen er ca 9,8 m/s².

• Masse – betyr materie- eller stoffmengde, og er en grunnleggende egenskap ved et legeme eller en gjenstand. Måleenheten for masse er kilogram (kg). Et legemes masse kan måles ved veiing eller ved å utsette det for en kraft (F) og måle akselerasjonen a. Massen m kan da bestemmes etter treghetsloven F = m * a. (I et nøytralt gravitasjonsfelt (vektløs tilstand) er dette den eneste måten å bestemme massen på.)

Begrepet masse blandes ofte sammen med vekt. Når vi sier at vekten er 52 kilo, mener vi enten at gjenstanden har en masse på 52 kilogram, eller at gjenstanden har en vekt tilsvarende et legeme med masse på 52 kg på jorden. Skulle vi ha benyttet SI-enheter for å fortelle vekten, skulle vi ha sagt vekten er 510 Newton.

• Det absolutte nullpunktet (0 K, -273,15°C)

• Kraft – er enhver påvirkning på et legeme som kan deformere legemet eller forandre dets hastighet og retning. Måleenheten for kraft er Newton (N).
• Energi -

Beskrivelse av byggeprosessen:

Vi startet med å bygge selve ramma til bilen, deretter satt vi på bakhjulene. Motoren ble festet foran – med direkte overføring til bilens eneste fremhjul.  Vi monterte stagene som hjelper til å holde solcellepanelet.  Når panelet var på plass koblet vi det og motoren sammen med en elektrisk overgang. Denne bilen kan nå bevege seg, hvis solcellen får tilstrekkelig med lys.

Det ferdige produktet:

Vår testbane besto av et langt bord hvor det var montert lamper over med ca 1 meters mellomrom. Da vi satt bilen under den første lampa ble den satt i bevegelse nok til å nå neste lyskilde, osv. På denne måten beveget dermed bilen seg hele banestrekningen.

….snurr film….

Fysikken i produktet:

Legobilen får god fart ved hjelp av solcellepanelet. Hva er det som egentlig skjer?

Energioverganger - I følge termodynamikkens 1. lov (energiprinsippet) kan energi verken forsvinne eller oppstå, energi kan kun gå over i andre former. Når energi går over fra en form til en annen, kaller vi det en energiovergang – fra en energikilde til en energimottaker. Har man flere ledd med energioverganger, får vi en energikjede – med flere energikilder og energimottakere.

I vårt tilfelle er lampene en energikilde. Lyset fra lampene (solstråler/fotoner) treffer solcellepanelet, en plate som omdanner fotoner til elektrisitet.

Solcellepanel – består av halvmetallet silisium. Silisiumet på solcellen er behandlet på to forskjellige måter. En plate er behandlet slik at den vil gi fra seg elektroner og en annen plate vil ta til seg elektroner. Disse to platene sitter sammen, men har en barriere mellom seg – slik at de frie elektronene kan tvinges gjennom en leder, og det dannes elektrisk strøm i lederen.

Motor-