1.1. Električni detektivi

Koji materijali provode struju, a koji je zaustavljaju?

Koji materijali provode struju, a koji je zaustavljaju?

Na prošloj radionici napravili smo naš prvi strujni krug i upalili LED lampicu. Naučili smo da baterija daje energiju, žice povezuju dijelove, a LED svijetli samo kada postoji cijeli, zatvoren put kroz strujni krug.

Danas postajemo električni detektivi.

Ispitivat ćemo različite predmete iz svakodnevnog života i pokušati otkriti mogu li pomoći struji da putuje. Hoće li LED zasvijetliti kada između dvije žice stavimo novčić? A spajalicu? Drvenu olovku? Komad plastike? Gumicu?

Prije nego što testiramo, prvo ćemo pogoditi. Zatim ćemo napraviti pokus i provjeriti jesmo li bili u pravu.

Naša misija

Napravit ćemo mali tester vodljivosti.

To je jednostavan električni krug koji nam pomaže odgovoriti na pitanje: Može li struja proći kroz ovaj predmet?

Ako predmet zatvori naš strujni krug i LED zasvijetli, predmet provodi struju dovoljno dobro za naš pokus.

Ako LED ne zasvijetli, predmet ne provodi struju dovoljno dobro ili ne može zatvoriti naš krug.

Za naš tester trebamo:

• Baterija – Daje energiju strujnom krugu
• Žice s krokodil štipaljkama – Povezuju dijelove i drže predmet koji testiramo
• Otpornik – Pomaže zaštititi LED od prevelike struje
• LED lampica – Pokazuje nam prolazi li struja kroz krug
• Predmet za testiranje – Može zatvoriti ili ne zatvoriti dio strujnog kruga

Naš tester izgleda ovako:

Kada predmet poveže dvije krokodil štipaljke, on postaje dio strujnog kruga.

Ako može propustiti električnu struju, LED može zasvijetliti.

Vodiči i izolatori

Materijali se mogu ponašati različito kada pokušamo kroz njih propustiti električnu struju.

Vodiči

Vodič je materijal kroz koji električna struja može lako prolaziti.

Mnogi metali su dobri vodiči. Zato su žice često napravljene od metala, najčešće bakra, a zatim obložene plastikom radi sigurnosti.

Primjeri materijala koji često provode struju:

• metalna spajalica,
• novčić,
• kKomad aluminijske folije,
• metalni ključ,
• metalni vijak,
• grafit iz olovke, iako obično provodi slabije od metala.

Ako takav predmet spoji dvije krokodil štipaljke, LED bi trebala zasvijetliti.

Izolatori

Izolator je materijal kroz koji električna struja ne prolazi lako.

Izolatori su jako korisni. Plastika oko električnih žica pomaže da struja ostane unutar metalnog dijela žice, umjesto da dođe do naših ruku ili drugih predmeta.

Primjeri materijala koji obično ne provode struju dovoljno dobro:

• plastika,
• guma,
• suho drvo,
• papir,
• tkanina,
• staklo.

Ako između štipaljki stavimo plastični ravnalo ili gumicu, LED najčešće neće zasvijetliti.

Prvo pogodi, zatim testiraj

Pravi znanstvenik ili inženjer ne počinje samo nasumično. Najprije postavlja pretpostavku, a zatim radi pokus da provjeri je li pretpostavka točna.

Za svaki predmet napravi ove korake:

1. Pogodi: Hoće li LED zasvijetliti?
2. Testiraj: Spoji predmet između dvije krokodil štipaljke.
3. Zapiši ili zapamti rezultat: Je li LED zasvijetlila, nije zasvijetlila ili je svijetlila slabije?
4. Promjeni uvjete: Zamijeni krokodil štipaljke (polaritet). Što se dogodilo?
5. Zapiši ili zapamti rezultat: Je li LED zasvijetlila, nije zasvijetlila ili je svijetlila slabije?

Možeš koristiti tablicu poput ove:

Ne mora svaki rezultat biti potpuno jednak. Na primjer, grafit iz olovke može propustiti malo struje, ali LED možda svijetli slabije nego kada testiramo metalnu spajalicu.

To je zanimljivo otkriće: neki materijali nisu jednostavno samo da ili ne. Neki provode struju jako dobro, neki slabije, a neki je gotovo potpuno zaustavljaju.

Kako koristiti tester?

Koraci:

• Provjeri da su baterije pravilno umetnute i da je prekidač, ako ga ima, uključen.
• Pogledaj LED: treba biti pravilno okrenuta i spojena s otpornikom.
• Provjeri sklop: spoji krokodil štipaljke i uvjeri se da LED svijetli.
• Uzmite predmet koji želite testirati.
• Jednu krokodil štipaljku pričvrstite na jedan kraj predmeta.
• Drugu krokodil štipaljku pričvrstite na drugi kraj istog predmeta.
• Pogledajte LED.
• Zabilježite što se dogodilo.
• Odspojite predmet i testirajte sljedeći.

Kod nekih predmeta štipaljka neće dobro uhvatiti površinu. Tada zajedno s voditeljem pronađite mjesto na kojem se može napraviti bolji kontakt. Na primjer, kod folije je često potrebno malo presaviti ili pritisnuti dio na koji se spaja štipaljka.

Što znači ako LED svijetli?

Ako LED svijetli, to znači da je predmet pomogao zatvoriti strujni krug.

Put struje sada može izgledati ovako:

Baterija ⇒ žica ⇒ otpornik ⇒ LED ⇒ štipaljka ⇒ predmet ⇒ druga štipaljka ⇒ žica ⇒ baterija

Predmet je postao dio našeg sklopa.

Ako je predmet metalna spajalica, LED obično svijetli jasno jer metal dobro vodi struju.

Ako testiramo neki materijal koji slabije provodi, LED možda neće svijetliti ili će svijetliti vrlo slabo. To ne mora značiti da ste pogriješili – možda ste upravo otkrili materijal koji nije dobar vodič.

Što znači ako LED ne svijetli?

Kada LED ne svijetli, postoje dva moguća razloga:

• Predmet koji testiramo ne provodi struju dovoljno dobro.
• U našem testeru postoji problem sa spojem.

Prije nego što odlučite da je predmet izolator, provjerite tester.

Detektivska provjera

Spoji dvije štipaljke zajedno:

• Ako LED zasvijetli sa spajalicom, tester vjerojatno radi.
• Ako LED ne svijetli, provjerite bateriju, LED, žice, otpornik i krokodil štipaljke.

Sada ponovno testirajte predmet koji vas zanima.

Ako LED ne svijetli, taj predmet vjerojatno ne provodi dovoljno dobro.

Dobri istraživači uvijek prvo provjere svoj alat prije nego što donesu zaključak.

Sigurnost električnih detektiva

Danas koristimo samo male baterije i niskonaponske sklopove. Ipak, uvijek radimo pažljivo.
. Ne spajamo plus i minus baterije izravno jednom žicom.

• Ne diramo utičnice, punjače, zidne kablove ili uređaje priključene na mrežnu struju.
• Ne testiramo predmete koji su mokri.
• Ne stavljamo baterije, žice, štipaljke ili druge dijelove u usta.
• Ne rastavljamo baterije i ne pokušavamo ih puniti.
• Ako se baterija, žica ili komponenta počne zagrijavati, odmah odspojimo napajanje i pozovemo voditelja.
• Nakon testiranja isključujemo držač baterija ili odspajamo bateriju.

Dodatni izazovi

Ako ste završili osnovno testiranje, pokušajte jedan ili više izazova:

• Testirajte oba kraja drvene olovke. Jesu li rezultati isti na drvu i na grafitnom dijelu?
• Savijte aluminijsku foliju u traku pa je zatim zgužvajte. Mijenja li se ponašanje LED-ice?
• Pronađite predmet koji ima metalni i plastični dio. Testirajte svaki dio posebno.
• Testirajte koliko je važno da štipaljke stvarno dodiruju metal.
• Nacrtajte svoj tester i označite bateriju, LED, otpornik, žice, štipaljke i predmet koji testirate.
• Osmislite tajni prekidač od aluminijske folije ili metalnih spajalica: LED svijetli tek kada spojite dva metalna dijela.

Veza s micro:bitom

Danas LED lampica pokazuje može li predmet zatvoriti naš strujni krug.

Kasnije ćemo napraviti pametniju verziju testera pomoću micro:bita. Micro:bit može provjeriti je li krug zatvoren i zatim pokazati simbol, pustiti zvuk ili poslati rezultat na svoj LED ekran.

To znači da ćemo spojiti dvije važne ideje:

• Materijali mogu provoditi ili zaustavljati struju.
• Micro:bit može očitati što se događa i reagirati prema programu koji napišemo.

Micro:bit obrazovni materijali koriste upravo istraživanje vodljivosti kao uvod u rad s pinovima, ulazima, uvjetima, testiranjem i otklanjanjem grešaka u programu.

Što smo naučili?

• Strujni krug mora biti zatvoren da bi LED svijetlila.
• Vodiči dopuštaju struji da lakše prolazi kroz njih.
• Mnogi metali su dobri vodiči.
• Izolatori otežavaju ili zaustavljaju prolazak struje.
• Plastika, guma i suho drvo obično su izolatori.
• Testiranje počinje pretpostavkom, a završava provjerom rezultata.
• Ako nešto ne radi, prvo provjeravamo tester i spojeve.
• Elektroniku istražujemo samo s baterijama i sigurnim niskonaponskim sklopovima.

Pitanja za kraj

Razgovaraj na Discord-u. (pridruži se)