Wat is 'n elektriese stroom?

'n Elektriese stroom is die beweging van lading in 'n geslote, geleidende stroombaan. Soos ons uit Hoofstuk 1 en uit Materie en Materiale weet, is die elektrone in 'n atoom in die buitenste ruimte rondom die kern gerangskik. Ons het in die vorige hoofstuk gesien hoe elektrone oorgedra kan word tussen voorwerpe, wat tot lading op die voorwerp lei. In metale kan die elektrone vryelik rondbeweeg. Die elektrone in 'n metaal is nie verbind aan 'n spesifieke atoom nie. Ons sê dat elektrone in 'n metaal gedelokaliseerd is. Kyk na die volgende diagram wat dit aantoon.

Geleidende draad in 'n elektriese stroombaan is van metaal gemaak. As ons dit koppel aan 'n bron van energie en die stroombaan voltooi, sal die elektrone almal in dieselfde rigting deur die draad beweeg. Hierdie beweging van elektrone deur 'n geleier is elektriese stroom.

Onthou jy wat jy oor stroombane geleer het in Graad 6 en 7? Kom ons hersien vinnig:

• 'n Elektriese stroombaan moet 'n bron van energie insluit ('n sel of battery).

• Selle het positiewe en negatiewe terminale (pole).

• 'n Stroombaan is 'n volledige pad vir elektrisiteit.

• Die stroombaan moet geslote wees vir die toestel om te werk, soos 'n gloeilamp wat lig maak.

• Ons kan sê dat die elektriese stroombaan 'n geslote stelsel is wat elektriese energie oordra.

• 'n Stroombaan bestaan uit verskeie komponente, waarna ons in meer besonderhede sal kyk.

'n Eenvoudige stroombaan

INSTRUKSIES:

1. Kyk na die voorbeeld van 'n eenvoudige stroombaan.
2. Beantwoord die vrae wat volg.

VRAE:

Sommige van hierdie vrae is hersiening van wat leerders alreeds in Gr 7 KABV oor energie oordragte in 'n stelsel behoort te geleer het. Hierdie is dus 'n hersieningsoefening en verwys terug na vooraf kennis om die leerproses te verdiep.

Wat is die onderdele waaruit hierdie stelsel vir die oordrag van elektrisiteit bestaan?

---

Hulle is die sel, geleidrade, gloeilampe en skakelaar.

Dink jy dat hierdie 'n oop of geslote stroombaan is? Verduidelik jou antwoord.

---

Dit is geslote omdat die skakelaar toe is, en dit dus 'n volledige, ongebroke pad is.

Watter deel is die bron van energie?

---

Die sel.

Wat is die geleidende materiaal?

---

Die drade, wat van metaal gemaak is.

Watter tipe energie het die sel?

---

Chemiese potensiële energie.

Waarna word hierdie energie oorgedra wanneer die stroombaan toegemaak word en die elektrone deur die drade beweeg?

---

Potensiële energie word in kinetiese energie van die elektrone omgesit.

Wat is die uitset van die stelsel?

---

Die gloeilamp begin skyn, en dus is dit lig (en ook hitte)

In die meeste stelsels is die insetenergie meer as die bruikbare uitsetenergie, omdat van die insetenergie na vermorste uitsetenergie oorgedra word. Wat is die vermorste uitsetenergie in hierdie eenvoudige stroombaan met 'n gloeilamp?

---

Die vermorste energie is hitte.

'n Volledige stroombaan is 'n volkome geleidende pad vir elektrisiteit. Dit gaan vanaf een terminaal van 'n sel, deur die geleidende materiaal, deur 'n toestel, en terug na die ander terminaal van die sel. Kom ons kyk nou na die komponente van 'n stroombaan.

Selle

Elektriese selle is die bron van energie vir die elektriese stroombaan. Waar kom die energie vandaan?

Binne-in die sel is daar 'n aantal chemikalieë. Hierdie chemikalieë stoor potensiële energie. Wanneer 'n sel in 'n voltooide stroombaan is, reageer die chemikalieë met mekaar. As gevolg hiervan word elektrone die potensiële energie gegee wat hulle nodig het om deur die stroombaan te begin beweeg. Wanneer die elektrone beweeg het hulle beide potensiële en kinetiese energie. Die elektriese stroom is die beweging van elektrone deur die geleidingsdrade.

Selle kom in baie verskillende groottes voor. Verskillende selle verskaf verskillende hoeveelhede energie aan die elektriese stroombaan. Die tipes selle wat jy in speelgoed, flitse en ander klein toestelle gebruik wissel in grootte tussen AAA, AA, C, D, en 9-volt groottes. AAA, AA, C en D selle het gewoonlik 'n aanduiding van 1,5 V, maar groter selle het 'n groter kapasiteit. Dit beteken dat die groter selle langer sal hou voordat hulle 'pap' raak. 'n Sel raak pap wanneer dit nie meer daartoe in staat is om energie deur sy chemiese reaksies te verskaf nie.

Wanneer ons selle in die winkel koop word gewoonlik na hulle verwys as batterye. Dit kan 'n bietjie verwarrend wees omdat 'n battery eintlik twee of meer selle is wat aan mekaar gekoppel is. Dus wanneer ons na 'n battery in stroombaandiagramme verwys, moet ons twee of meer selle wat aan mekaar gekoppel is, teken.

Resistors

Wat is resistors? Om jou te help om uit te werk wat hulle is, kom ons herinner onsself eers aan die eienskappe van geleiers en isoleerders.

Ons kyk spesifiek na elektrisiteit, so ons kan nou praat oor elektriese geleiers en isoleerders. 'n Elektriese geleier is 'n stof wat elektriese lading toelaat om deur dit te beweeg. 'n Isoleerder is 'n stof wat nie elektriese lading toelaat om deur dit te beweeg nie.

Dink terug aan ons model van 'n metaaldraad en hoe die elektrone daartoe in staat is om deur die draad te beweeg. Die metaaldraad is 'n geleier van elektrisiteit. Skryf sommige van die materiale neer wat nie elektrisiteit gelei nie.

Hoekom dink jy word die meeste van die geleidingsdrade met plastiek bedek?

Resistors is 'n bietjie van beide. Hulle laat toe dat elektrone deur hulle beweeg, maar maak dit nie maklik nie. Dit word gesê dat hulle weerstand bied teen die beweging van elektrone. Resistors beïnvloed die elektriese stroom in 'n stroombaan.

Maar hoekom sal ons weerstand teen die beweging van elektrone wil hê? Resistors kan baie handig wees. Dink aan die ketel. As jy binne-in kyk sal jy 'n groot metaalspoel sien.

Die metaalspoel is die verhittingselement. As jy die ketel inprop en aanskakel, sal die element warm word en die water verhit. Die element is 'n groot resistor. Wanneer die elektrone deur die resistor beweeg gebruik hulle 'n groot hoeveelheid energie om die weerstand te oorkom. Hierdie energie word na die omgewing oorgedra in die vorm van hitte. Die hitte is bruikbaar omdat dit ons water verhit.

'n Goeie voorbeeld van waar resistors gebruik word is gloeilampe. Kom ons kyk van naderby na die verskillende dele van die gloeilamp om te sien hoe dit werk.

Weerstand in 'n gloeilamp

Probeer om 'n paar fluoroserende lampe te kry om aan die leerders te gee om na te kyk. Vir uitbreiding kan die leerders gevra word om navorsing te doen oor die gebruik van argongas, eerder as gewone lug, as die gas binne-in die lamp. Argon word gebruik omdat dit 'n inerte gas is en die oksidasie van die filament sal verhoed, wat dus die leeftyd van die filament verleng.

Die vrae in hierdie aktiwiteit kan bespreek en beantwoord word soos daar deur dit in die klas behandel word. Leerders mag moontlik nie die antwoorde ken nie, maar nadat die werking van 'n gloeilamp met hulle bespreek is, behoort hulle hul eie antwoorde neer te skryf.

MATERIALE:

• gloeilamp
• lamp

INSTRUKSIES:

1. As daar gloeilampe beskikbaar is, kyk van naderby na die verskillende dele, of andersins kyk na die foto's wat hier verskaf word.
2. Lees die inligting oor hoe 'n gloeilamp werk, en identifiseer die genommerde dele.
3. Beantwoord die vrae wat volg.

In Engels word 'n gloeilamp soms 'n 'incandescent light bulb' genoem, omdat 'incandescent' beteken om lig uit te straal as gevolg van verhitting.

Hoe 'n gloeilamp werk.

'n Gloeilamp bestaan uit 'n lugdigte geslote glasbol (nommer 1). Aan die basis van die gloeilamp is twee metaalkontakte (nommers 7 en 10), wat aan die punte van die elektriese stroombaan vas is. Die metaalkontakte is aan twee stywe drade vas (nommers 3 en 4).

Hierdie drade is vas aan 'n dun metaalfilament. Kyk na 'n gloeilamp. Kan jy die filament identifiseer? Dit is nommer 2 in die diagram. Die filament is van wolframdraad gemaak. Hierdie is 'n element met 'n groot weerstand.

VRAE:

Wanneer die elektrone deur die filament beweeg ondervind hulle groot weerstand. Dit beteken dat hulle baie van hulle energie aan die filament oordra wanneer hulle deurbeweeg. Die energie word na die omgewing oorgedra in die vorm van hitte en helder lig. Beskryf die oordrag van energie in hierdie gloeilamp.

---

Elektriese energie word na hitte en lig omgesit.

Wat is die bruikbare energie uitset en wat is die vermorste energie van die gloeilamp?

---

Lig is die bruikbare uitset, en hitte is die vermorste uitset.

Kan jy sien dat die filament opgerol is in 'n spiraalvorm? Hoekom dink jy is dit so? Bespreek dit met jou klas en onderwyser.

---

NOTA: Hierdie is 'n uitbreidingsvraag aangesien leerders eers die faktore wat weerstand beïnvloed later sal behandel - dus moet hierdie in die klas bespreek word. Hierdie is om 'n langer stuk wolfram in die klein spasie in te pas om die weerstand te vermeerder, en daarmee saam dus die helderheid van die lamp.

Die filament is op 'n glasstam gemonteer (nommer 5). Daar is twee klein ondersteunende drade om die filament bo te hou (nommer 6). Waarom dink jy is die stam van glas gemaak?

---

Glas is 'n elektriese isoleerder en dus sal dit nie elektrisiteit gelei nie, en sal al die stroom deur die filament gaan.

Die binnekant van die basis van die gloeilamp is van 'n isolerende materiaal gemaak. Dit is die geel gedeelte wat as nommer 8 aangedui is. Aan die buitekant hiervan is 'n geleidende metaaldop waaraan die draad by nommer 7 vasgemaak is. Waarom is die draad by 7 vasgemaak waar dit kontak maak met die metaal geleidingsdop?

---

---

Dit is sodat die elektriese stroom in kan vloei deur die elektriese kontak by nommer 10, en dan deur die draad by nommer 7, wat aan die binnekant van die metaal geleidende dop raak.

As daar 'n lamp in die klaskamer is, skroef die gloeilamp in die lamp in, en skakel dit aan om die filament te sien gloei en warm word.

Die hoeveelheid weerstand wat 'n stof aan die stroombaan gee word in ohm (Ω) gemeet. As ons resistors wil gebruik om die stroomvloei te beheer, moet ons die hoeveelheid weerstand weet. In die foto word 'n paar algemene resistors getoon.

Kan jy sien dat daar verskillende gekleurde bande op die resistors is? Dit is nie net om hulle mooi te laat lyk nie. Die gekleurde bande is eintlik 'n kode wat die weerstand van die resistor aandui. Ons kry ook resistors waar ons self die weerstand kan verstel. Hulle word verstelbare resistors genoem. Jy het alreeds die simbool vir die teken van 'n resistor in 'n stroombaandiagram gesien. Teken 'n stroombaandiagram met twee gloeilampe, twee selle, 'n oop skakelaar en 'n resistor in die spasie hieronder.

Leerder se diagram moet soos volg lyk:

'n Elektriese stroom kan verskeie uitwerkings of effekte hê. Kom ons vind meer uit oor wat hierdie is.

Verhittingseffek

Soos elektrone deur 'n resistor beweeg kom hulle weerstand teë, en word sommige van hulle energie na die resistor oorgedra. Ons het hierdie effek gesien in die vorige afdeling, waar ons na die filament in 'n gloeilamp en die element in 'n ketel gekyk het.

Verhitting van 'n draad in 'n stroombaan

Hierdie aktiwiteit is om te demonstreer dat 'n elektriese stroom wat deur 'n resistor beweeg sal veroorsaak dat die resistor se temperatuur styg.

MATERIALE:

• 1,5 V sel
• geleidende drade
• skakelaar
• houtblok
• 2 spykers
• hamer
• 10 cm nichroomdraad

Nichroomdraad kan by enige hardeware-winkel gekoop word. Moenie die stroombaan vir te lank aan los nie. Die leerders moet die warmte van die draad voel, maar nie hulself verbrand nie. Hierdie eksperiment kan ook met grafiet uit 'n potlood gedoen word, wat ook lig en hitte sal afgee.

'n Tuisgemaakte skakelaar kan maklik gemaak word deur twee metaal duimspykers in 'n stuk hout in te druk met 'n metaal skuifspeld tussen hulle, soos in die diagram aangetoon word.

INSTRUKSIES:

Slaan die twee spykers in die houtblok in en maak die nichroomdraad tussen die twee spykers vas.

Bou die volgende stroombaan en hou die skakelaar oop.

Voel aan die nichroomdraad. Is dit warm of koud?

---

Die draad behoort koud te wees.

Maak die skakelaar toe. Los dit vir 'n minuut aan.

Maak die skakelaar weer oop.

Voel vir 'n oomblik aan die draad. Is dit warm of koud?

---

Die draad behoort warmer te wees as wanneer hulle die eerste keer daaraan geraak het.

VRAE:

Onthou dat hitte en temperatuur nie dieselfde ding is nie. Temperatuur is 'n maatstaf van hoe warm of koud iets is (gemeet in °C), terwyl hitte die oordrag van termiese energie van 'n warmer na 'n kouer voorwerp is (gemeet in J).

Hierdie vrae kan gebruik word om te assesseer of leerders die konsep gesnap het. Dit kan na die aktiwiteit voltooi word, of die volgende dag in die volgende les as 'n hersiening van wat gedoen is, of as 'n huiswerktaak.

Toe jy die nichroomdraad gevoel het nadat dit alreeds vir 'n ruk aan was, het jy 'n toename in temperatuur in jou vel gevoel as termiese energie,wat van die draad na jou vel oorgedra is. Verduidelik die verhittingseffek van die elektriese stroom in die resistordraad.

---

---

---

Wanneer die stroombaan voltooi is, is daar 'n vloei van lading (elektriese stroom). Die elektrone wat deur die draad beweeg het energie na die draad oorgedra in die vorm van hitte. Die deeltjies in die draad het dus meer kinetiese energie en dus neem die temperatuur toe.

Noem 2 bruikbare toepassings van die verhittingseffek van 'n elektriese stroom.

---

Voorbeelde sluit in: strykyster, ketel, verwarmer, warmwatersilinder, broodrooster.

Kies een van die toepassings wat jy in vraag 2 genoem het, en verduidelik hoe die verhittingseffek van die elektriese stroom gebruik word.

---

---

---

Strykyster: Die metaalgedeelte van die strykyster het 'n hoë weerstand en dus word dit warm. Dit laat ons toe om die kreukels in die materiaal glad te maak.

Ketel: Die element van die ketel het 'n hoë weerstand en dus word dit warm genoeg om die water te kook.

Verwarmer: Die element in 'n verwarmer het 'n baie hoë weerstand, en dus word dit baie warm. Die element verhit die lug rondom die verwarmer.

Kyk na die volgende foto van 'n broodrooster.

Kan jy die filament binne-in sien gloei? Waarom gloei die element?

---

---

---

Die elektriese stroom beweeg deur die broodrooster en die element het 'n hoë weerstand. Energie word oorgedra na die deeltjies in die element sodat hulle kinetiese energie verkry, en gevolglik verhoog die temperatuur van die draad. Van die energie word ook as lig na die omgewing oorgedra wanneer die draad gloei.

Dus weet ons nou dat 'n elektriese stroom kan veroorsaak dat voorwerpe warm word. Kom ons kyk na 'n handige toepassing van die verhittingseffek.

Smelting van metaal

Smeltdrade is 'n praktiese toepassing van die verhittingseffek van 'n elektriese stroom. In hierdie aktiwiteit sal die leerders sien dat 'n elektriese stroom metaal kan smelt, en nie dit slegs kan opwarm nie. As daar genoeg apparaat beskikbaar is, kan hierdie aktiwiteit in klein groepe gedoen word. Andersins kan dit as 'n demonstrasie gedoen word.

MATERIALE:

Die gloeilamp word ingesluit om te wys dat daar stroom vloei terwyl die staalwol in plek is, maar nie vloei as die staalwol gesmelt het nie. Die verstelbare resistor word gebruik om te wys dat wanneer die weerstand hoog is, die stroom laag genoeg is dat die smeltdraad warm word, maar nie smelt nie. Wanneer die weerstand verlaag word, verhoog die stroom en smelt die staalwol.

Hierdie demonstrasie kan meer opwindend gemaak word deur 'n bol staalwol in plaas van draad te gebruik. Dit behoort te veroorsaak dat die staalwol vonke maak en brand. Dit moet agter 'n skerm gedoen word, omdat die vonke op 'n leerder kan beland.

As 'n verstelbare resistor nie beskikbaar is nie, laat dit weg uit die stroombaan en verduidelik slegs hierdie konsep. 'n Ammeter is ook nie noodsaaklik vir hierdie aktiwiteit nie, aangesien die gloeilamp gebruik kan word om aan te dui of daar stroom is of nie.

• drie 1,5 V selle
• geleidende koperdraad met krokodilklampe
• staalwol
• hittebestande mat of stuk hout
• flitsgloeilamp
• verstelbare resistor
• ammeter

'n Ammeter word gebruik om elektriese stroom in 'n stroombaan te meet.

INSTRUKSIES

Stel die stroombaan soos in die prent op.

Draai 'n paar stukke staalwol om mekaar om 'n draad te maak.

Dit moet nie baie dik wees nie. Slegs 'n paar vesels sal genoeg wees.

Gebruik die staalwol om die stroombaan te voltooi.

Stel die verstelbare resistor op sy hoogste weerstandstelling.

Maak die skakelaar toe. Wat het jy waargeneem?

---

Die gloeilamp behoort te gloei en die staalwol behoort warm te word, maar nie te smelt nie.

Teken aan wat die lesing op die ammeter, wat die stroom in die stroombaan meet, is.

Maak die skakelaar oop.

Stel die verstelbare resistor op sy laagste weerstand.

Maak die skakelaar toe. Wat het jy waargeneem?

---

Die staalwol smelt/brand en breek op, en die gloeilamp hou op om te gloei.

VRAE:

Teken 'n stroombaandiagram vir jou stroombaan.

Waarom is die gloeilamp in die stroombaan ingesluit?

---

---

Die gloeilamp is 'n goeie aanduiding van of daar stroom in die stroombaan is of nie. As die gloeilamp skyn is daar elektriese stroom in die stroombaan, maar as die nie gloei nie is daar nie stroom nie (of is die stroom baie klein).

NOTA: Soms mag daar egter nog 'n baie klein elektriese stroom vloei, maar verskaf dit nie genoeg energie om die gloeilamp te laat skyn nie. Dus, alhoewel die gloeilamp 'n goeie aanduiding van stroomvloei gee, is die ammeter die mees definitiewe aanduiding van of daar stroom vloei of nie.

Wat het met die stroom gebeur toe die weerstand verminder is? Met ander woorde, wat het met die lesing op die ammeter gebeur?

---

---

Die stroom het toegeneem toe die weerstand afgeneem het. Die ammeter lesing het afgeneem.

Wat dink jy gebeur met die elektriese stroom wanneer die staalwol verbrand is?

---

---

Die stroom hou op vloei omdat die stroombaan gebreek is. Daar is nie meer 'n volledige pad vir die elektrone om deur te beweeg nie.

In hierdie aktiwiteit het ons gedemonstreer hoe 'n smeltdraad werk. Die staalwol het as die smeltdraad opgetree. Toe die stroom te hoog was, het die staalwol gesmelt en enige verdere elektriese stroom in die stroombaan verhoed.

Wat is smeltdrade?

Die verhittingseffek van 'n elektriese stroom kan gevaarlik wees. As 'n stroombaan oorverhit, kan dit 'n brand veroorsaak. Om oorverhitting te vermy, bevat stroombane dikwels 'n smeltdraad. Smeltdrade word van lae weerstand draad gemaak wat 'n lae smeltpunt het. Dus sal die stuk draad smelt as dit warm word, net soos die staalwol in ons aktiwiteit.

Verskillende stroombane benodig verskillende sterkte strome, en dus benodig ons verskillende tipes smeltdrade. Sommige smeltdrade kan slegs 'n klein bietjie hitte hanteer, en ander kan baie hanteer. Ons kies die smeltdraad wat die veiligheidsbehoeftes van ons stroombaan die beste pas. As die stroombaan oorverhit, sal die smeltdraad smelt en die stroombaan breek, sodat die brandgevaar verminder word, en elektroniese apparaat beskerm word.

Hoe het jy die smeltdraad wat ons in die laaste aktiwiteit van staalwol gemaak het geteken? Die konvensionele simbool vir die teken van 'n smeltdraad in 'n stroombaan word hier gewys:

Wat is 'n kortsluiting?

Het jy al ooit gehoor dat iets gebreek het omdat dit kortgesluit het? 'n Kortsluiting gebeur wanneer 'n ander, makliker pad per ongeluk in 'n elektriese stroombaan geskep word. Wat bedoel ons met makliker?

Ons bedoel dat die pad baie min weerstand teen die elektriese stroom bied. As daar so min weerstand is vloei die stroom deur die kortsluiting en gaan nie deur die hoofstroombaan nie. Kortsluitings kan gevaarlik wees en baie skade aan huishoudelike toebehore aanrig.

Het dit al ooit met jou gebeur dat 'n stuk roosterbrood in die broodrooster vassit? Dit is 'n regte lastigheid. Baie mense oorweeg om die brood met 'n mes te probeer uitkry. Moet dit nie doen nie. Jou mes is 'n geleier en dien as 'n kortsluiting. Al die elektriese stroom sal deur jou mes vloei en, omdat jy daaraan raak, deur jou. Wat sal die veilige manier wees om jou roosterbrood uit te kry?

Die meeste moderne huise het stroombrekers in plaas van smeltdrade. 'n Stroombreker is soortgelyk aan 'n smeltdraad omdat dit ontwerp is om die stroomvloei te stop en so die stroombaan teen skade as gevolg van oorlading of 'n kortsluiting te beskerm. Anders as 'n smeltdraad wat smelt en dan vervang moet word, kan 'n stroombreker heringestel word om weer te werk. Dit kan met die hand gedoen word, of kan outomaties plaasvind. Stroombrekers word gewoonlik by elektriese skakelborde gevind.

Magnetiese effek

Voordat ons kyk na hoe 'n stroom 'n magneetveld veroorsaak, kom ons leer eers meer oor magnete. 'n Magneet is 'n stuk materiaal wat 'n magneetveld besit. 'n Magneet het 'n noordpool en 'n suidpool. Teenoorgestelde pole trek mekaar aan, en dieselfde pole stoot mekaar af. 'n Magneet word omring deur 'n magneetveld.

Het jy geweet dat die Aarde soos 'n staafmagneet met 'n Noord- en 'n Suidpool is? Die Aarde het 'n magneetveld. Dit is hoekom ons kompasse kan gebruik om rigting te bepaal. 'n Kompas het 'n naald met 'n klein magneet. Die naald wys na magnetiese noord omdat die klein magneet deur die teenoorgestelde magnetiese pool aangetrek word, wat dan gebruik kan word om rigting te bepaal.

Speel met kompasse en magnete

Hierdie aktiwiteit laat leerders toe om te sien dat 'n kompas op 'n magnetiese veld sal reageer. Dit sal hulle toelaat om die lyne van die magneetveld rondom die staafmagneet te visualiseer. As die leerders eers oortuig is dat die kompas die magneetveld kan modelleer, kan die kompas gebruik word om aan hulle te wys dat daar 'n magneetveld rondom 'n stroomdraende geleier is.

MATERIALE:

• kompasse
• staafmagnete
• vel wit papier
• ystervylsels

INSTRUKSIES:

Hou die kompas in jou hand. Die noordpunt van die naald behoort na geografiese noord te wys.

Plaas die staafmagneet plat op die lessenaar. Maak seker dat jy weet watter punt noord is en watter een suid is. As jy nie seker is nie, vra jou onderwyser.

Plaas kompasse in 'n sirkel rondom die staafmagneet. Teken dit wat jy sien.

Moet nie tekenvaardighede assesseer nie, maar maak seker dat die kompasse se naalde 'in lyn' gebring is, en dat die naalde 'n duidelike patroon vorm. Dit is nie op hierdie stadium nodig om die patroon te verduidelik nie. Dit is slegs belangrik dat die leerders besef dat 'n kompas op die magneetveld sal reageer.

Plaas vervolgens 'n wit papiervel oor die staafmagneet en sprinkel ystervylsels oor die papiervel.

Neem waar wat met die ystervylsels gebeur. Het jy iets soortgelyks gesien as wat in die foto hieronder getoon word? Beskryf wat jy sien.

---

---

Leerders moet beskryf hoe hulle die ystervylsels in lang lyne sien saampak, wat die magneetveld by elke punt aandui.

As 'n uitbreiding om aan die leerders te wys hoe twee teenoorgestelde pole mekaar afstoot en twee soortgelyke pole mekaar aantrek, plaas twee staafmagnete op 'n oppervlak met die twee soortgelyke pole na mekaar toe, en sprinkel ystervylsels oor die stuk papier. Iets soortgelyks aan die foto hieronder behoort gesien te word.

Vervolgens, draai die een magneet om sodat die teenoorgestelde pole nou na mekaar toe wys, en sprinkel weereens die ystervylsels oor die stuk papier. Iets soortgelyks aan die foto hieronder behoort gesien te word.

Ons weet nou dat daar 'n magneetveld rondom 'n magneet is, en dat kompasse en ystervylsels gebruik kan word om die veld te visualiseer. Is daar enige iets anders wat 'n magneetveld rondom dit het?

Magneetveld rondom 'n geleier

Hierdie aktiwiteit sal aan die leerders wys dat kompasse in lyn kom met 'n magneetveld om 'n stroomdraende geleier. Dit is belangrik om seker te maak dat leerders besef dat dit 'n 3D magnetiese veld is wat om die geleidende draad is. Leerders neem dikwels aan dat die magneetveld slegs bestaan waar die kompasse geplaas word.

MATERIALE:

• kompasse
• drie 1,5 V selle
• geïsoleerde geleidende koperdrade
• skakelaar

INSTRUKSIES:

Bou 'n stroombaan wat die selle, koperdrade en die skakelaar bevat.

Plaas die kompasse aan beide kante van die geleidingsdraad soos in die diagram aangedui, sowel as bo en onder die geleidingsdraad.

Hou die skakelaar oop. Wat let jy op omtrent die naalde van die kompasse?

---

Die naalde behoort na geografiese noord te wys.

Sluit die skakelaar en neem waar wat met die naalde gebeur.

Teken 'n skets van die draad en die kompasse in die spasie hieronder

Die skets hoef nie op grond van die leerder se tekenvaardighede geassesseer te word nie. Wat belangrik is, is dat hulle sien dat die kompasnaalde in 'n sirkel opgelyn is wanneer die skakelaar toe is.

Wat vertel die patroon van die kompasse aan ons?

---

Dat daar 'n magneetveld rondom die draad is.

Ons het in ons eerste aktiwiteit gesien dat kompasse op magnetiese velde reageer. Die kompasse verander van rigting wanneer daar 'n magneetveld rondom die draad is. Was dit daar toe die stroom afgeskakel is? Nee, dit was nie. Dit beteken dat die teenwoordigheid van elektriese stroom in die draad die magnetiese veld moes veroorsaak het.

Die magnetiese effek van 'n elektriese stroom het baie nuttige toepassings.

Maak van 'n elektromagneet

Hoe om 'n elektromagneet te maak (video)

As die leerders se elektromagnete nie sterk genoeg is om skuifspelde op te tel nie, stel voor dat hulle meer selle gebruik, of meer draadwindings by die spyker voeg. Maak seker dat die windings styf gepak is, en dat almal in dieselfde rigting is, maar nêrens oorvleuel nie.

MATERIALE:

• een ysterspyker (omtrent 15 cm lank)
• 3 meter van 22 dikte geïsoleerde koperdraad
• twee D-sel selle
• skuifspelde
• ystervylsels

INSTRUKSIES:

Ystervylsels kan gekoop word.

1. Draai die geïsoleerde koperdraad styf om die spyker. Maak seker dat jy die draad in dieselfde rigting draai.
2. Verwyder 'n bietjie van die isolasie van elkeen van die punte van die geïsoleerde koperdraad.
3. Koppel die punte van die geïsoleerde koperdraad aan die terminale van die sel.
4. Hou die toegedraaide spyker bo die skuifspelde.
5. Ontkoppel die draad van die sel af.
6. Hou die toegedraaide spyker bo die skuifspelde.
7. As jy ystervylsels het, plaas van hulle op 'n stuk papier rondom die elektromagneet wat jy gemaak het, en neem die magneetveld waar.

VRAE:

Wat het gebeur toe jy die spyker oor die skuifspelde gehou het?

---

Die skuifspelde behoort deur die spyker aangetrek te word.

Waarom is die skuifspelde na die spyker toe aangetrek?

---

---

Die elektriese stroom in die gedraaide draad veroorsaak dat 'n magneetveld ontstaan. Die magneetveld trek die metaal in die skuifspelde aan.

Het die ontkoppelde spyker die skuifspelde aangetrek? Hoekom?

---

---

Die ontkoppelde spyker het nie die skuifspelde aangetrek nie, omdat daar geen stroom in die draad was nie, en dus ook geen magneetveld nie.

Elektromagnete kan in verskeie praktiese toepassings gebruik word, insluitende luidsprekers en elektriese klokkies, soos jy op die foto kan sien.

Chemiese effek

Die laaste effek van 'n elektriese stroom waarna ons gaan kyk is hoe 'n elektriese stroom 'n chemiese reaksie kan veroorsaak.

Elektrolise

Hierdie aktiwiteit sal die chemiese effek van elektrisiteit demonstreer. Dit is nie nodig om die meganisme van die reaksies wat plaasvind te verduidelik nie. Hierdie mag egter alreeds gedoen gewees het as 'n demonstrasie in Materie en Materiale in Hoofstuk 1 (Atome). As 'n hersiening van daardie hoofstuk kan daar weer verduidelik word hoekom koper op die negatiewe elektrode vorm, en chloorgas op die positiewe elektrode.

Hierdie aktiwiteit mag alreeds in Materie en Materiale gedoen gewees het toe ons die ontbinding van koperchloried ondersoek het. Ons gaan dit weer doen, maar hierdie keer op die effek van 'n elektriese stroom fokus.

MATERIALE

• 250 ml beker
• 2 koolstofelektrodes
• skuurpapier
• 3 geleidende koperdrade (met krokodilklampe)
• koperchloried-oplossing
• flitsgloeilamp
• 12 V sel

As koolstofelektrodes nie beskikbaar is nie, kan die hout van 'n HB-potlood verwyder word. Doen dit versigtig sodat die koolstofkern van die potlood nie breek nie. Dit is nie nodig om al die hout van die potlood te verwyder nie. Verwyder van die hout van die onderkant af sodat die koolstof met die kopersulfaatoplossing kontak kan maak, en genoeg hout vanaf die bokant sodat die krokodilklamp die koolstof kan vasgryp. Die potloodkoolstof is nie so suiwer nie, en sal dus nie heeltemal so effektief werk as suiwer koolstofelektrodes nie.

Om koperchloriedoplossing te maak, los 15 g koperchloried in 100 ml warm water op.

Die flitsgloeilamp is nie streng gesproke nodig nie. Dit is net daar om te wys dat daar stroom in die stroombaan is, en dat daar nog steeds 'n voltooide pad is.

INSTRUKSIES

Skuur die elektrodes met die skuurpapier om seker te maak dat hulle skoon is.

Koppel die geleidingsdraad van een elektrode aan die flitsgloeilamp en nog 'n draad van die flitsgloeilamp aan die negatiewe terminaal van die kragbron.

Koppel die krokodilklamp van die tweede elektrode aan die positiewe terminaal van die kragbron.

Gooi 100 ml koperchloriedoplossing in die beker in.

Plaas die elektrodes in die beker. Maak seker dat hulle nie aan mekaar raak nie.

Kyk na die elektrodes. Wat neem jy waar?

---

Niks gebeur by enige van die twee elektrodes nie. Dit is omdat die stroom nie vloei nie.

Skakel die kragbron aan. Laat dit vir 'n paar minute aan.

VRAE

Gloei die flitsgloeilamp wanneer jy die kragbron aanskakel?

---

Ja.

NOTA: As 'n flitsgloeilamp nie skyn nie, is daar geen stroom in die stroombaan nie. Maak seker dat die elektrodes nie aan mekaar raak nie, en dat nie een aan die krokodilklampe raak nie. Die krokodilklampe moet ook nie aan die oplossing raak nie.

Wat neem jy waar gebeur by die twee verskillende elektrodes?

---

---

Op een van die elektrodes behoort 'n laag koper te verskyn, en by die ander elektrode behoort daar borrels vrygestel te word.

Kan jy enige iets ruik? Wat dink jy is dit?

---

Leerders behoort die chloorgas te kan ruik.

Wat is aan die gebeur by die koperchloriedoplossing wanneer die elektriese stroom daardeur gestuur word?

---

---

Die koperchloriedoplossing word chemies geskei na suiwer kopermetaal en chloorgas.

Wat gebeur as jy die kragbron afskakel?

---

Daar vorm nie meer borrels by die elektrode nie, omdat die reaksie tot stilstand gekom het.

Wat veroorsaak die skeiding van die koperchloried?

---

Die elektriese stroom skei die koperchloried.

Waarom is dit belangrik dat jy nie die koolstofelektrodes toelaat om aan mekaar te raak terwyl die stroom vloei nie?

---

Dit sal 'n kortsluiting veroorsaak. Die elektriese stroom sal dan nie deur die koperchloried beweeg nie, en geen skeiding sal plaasvind nie.

Die skeiding van die koperchloried beteken dat 'n elektriese stroom kan veroorsaak dat chemiese reaksies plaasvind. Daar is baie maniere waarop ons hierdie chemiese effek vir praktiese doeleindes kan benut.

Elektrolise is die afbreek van 'n stof in die elemente waaruit die bestaan deur 'n elektriese stroom deur 'n vloeistof of oplossing te stuur. Ons kan elektrolise ook gebruik om stowwe te suiwer.

Onsuiwer koper kan deur elektrolise gesuiwer word. In plaas van om koolstofelektrodes in 'n kopersulfaatoplossing te gebruik, kan ons koperelektrodes gebruik. As die een koperelektrode van suiwer koper is, en die ander van onsuiwer koper is, dan sal die onsuiwer koper stadig oplos en suiwer koper op die alreeds suiwer koperelektrode laat neerslaan.

Een van die belangrikste gebruike van elektrolise is elektroplatering.

Elektrolise word gebruik om metale te elektroplateer. In die vorige aktiwiteit was een van die koolstofelektrodes bedek met 'n egalige lagie suiwer koper. Ons sê dat die koolstofelektrode met koper geëlektroplateer is.

Hoekom elektroplateer ons? 'n Voorbeeld is die vervaardiging van juweliersware waar 'n goedkoop metaal byvoorbeeld in 'n ring omskep word, en dan deur middel van elektroplatering met goud bedek word. Dit maak die ring goedkoper as wanneer dit van suiwer goud gemaak is. Yster roes maklik en dus is dit nuttig om dit met 'n laag sink te bedek om dit teen korrosie te beskerm. Baie motoronderdele, badkamerkrane en wiele word met chroom geëlektroplateer.

Konsepkaart

Voltooi die konsepkaart om dit wat jy in hierdie hoofstuk oor elektriese stroombane en die effekte van 'n elektriese stroom geleer het, op te som.

Onderwyser se weergawe:

Hersieningsvrae

Skryf jou eie definisie van 'n elektriese stroombaan neer. [2 punte]

---

---

'n Elektriese stroombaan is 'n geslote, volledige pad of stelsel vir die oordrag van elektriese energie.

Watter tipe energie het 'n sel? [1 punt]

---

Dit het potensiële energie.

Wanneer 'n sel aan 'n stroombaan gekoppel word, veroorsaak dit 'n elektriese stroom in die stroombaan. Verduidelik wat 'n elektriese stroom is, en waarom dit in metale moontlik is. Gebruik die woord 'gedelokaliseerd' in jou verduideliking. [3 punte]

---

---

---

'n Elektriese stroom is die beweging van lading/elektrone. Dit is moontlik in metale aangesien die elektrone hier gedelokaliseerd is, wat beteken dat hulle nie assosieer met 'n spesifieke atoom nie, en vry is om deur die draad te beweeg.

Noem 3 materiale wat elektrisiteit gelei. [3 punte]

---

---

Daar is baie verskillende materiale wat elektrisiteit gelei, enige 3 kan genoem word (byvoorbeeld verskeie metale)

Noem 3 materiale wat nie elektrisiteit gelei nie. [3 punte]

---

---

Daar is baie verskillende materiale wat isoleerders is. Enige 3 kan genoem word, byvoorbeeld plastieke, glas, keramieke.

Jy het 'n sel, geïsoleerde koper geleidingsdrade en 'n gloeilamp. Teken 'n opstelling wat jou sal toelaat om te toets of die materiale wat jy in vraag 1 en 2 genoem het geleiers is of nie. [4 punte]

In hierdie diagram moet die komponente in serie met mekaar gekoppel wees. Daar behoort 'n gaping in die stroombaan te wees wat deur die verskillende materiale, wat getoets gaan word, gevul kan word. 'n Moontlike diagram word hier gegee:

Teken die simbole van die volgende komponente. [6 punte]

'n Sel	'n Gloeilamp
'n Geleidingsdraad	'n Oop skakelaar
'n Resistor	'n Verstelbare resistor

'n Sel	'n Gloeilamp
'n Geleidingsdraad	'n Oop skakelaar
'n Resistor	'n Verstelbare resistor

Beskou die stroombane hieronder. As die lampie(s) sal gloei, plaas 'n regmerkie langs die diagram en verduidelik hoekom dit sal gloei. As die lampie(s) nie sal gloei nie, plaas 'n kruisie langs die prent en verduidelik hoekom dit nie sal gloei nie [10 punte]

Stroombaan	Gloei/gloei nie.	Verduideliking

Stroombaan	Gloei/gloei nie.	Verduideliking
	Sal nie gloei nie.	Die skakelaar is oop en dus word die stroombaan gebreek.
	Sal gloei.	Die skakelaar is toe en daar is 'n voltoooide stroombaan.
	Sal nie gloei nie.	Daar is 'n geslote stroombaan, maar die twee negatiewe terminale van die selle is gekoppel, eerder as dat 'n negatiewe aan 'n positiewe terminaal gekoppel is.
	Sal gloei.	Daar is 'n voltooide stroombaan met 'n energiebron.
	Sal nie gloei nie.	Daar is 'n voltooide stroombaan sonder 'n energiebron.

Watter van die volgende opstellings dui die korrekte manier aan om 'n gloeilamp aan 'n sel te koppel? [2 punte]

---

---

Opstelling B is die korrekte koppeling aangesien daar een elektriese kontakpunt in die punt van die lamp is, en die ander kontakpunt die metaalomhulsel is.

Teken 'n stroombaandiagram om die volgende stroombaan te toon: [3 punte]

Beeld	Stroombaandiagram

Beeld	Stroombaandiagram

'n Elektrisiën wil 'n foutiewe smeltdraad met 'n normale stuk geleidingsdraad vervang. Moet jy hom toelaat om dit te doen? Hoekom of hoekom nie? [3 punte]

---

---

'n Smeltdraad is 'n veiligheidmeganisme om oorverhitting van die stroombaan te verhoed. 'n Normale draad sal nie smelt as dit oorverhit nie, en dus sal dit nie skade of brande verhoed nie. Jy moet hom dus nie toelaat om dit te doen nie.

Terwyl 'n kind 'n elektriese prop in die muurprop insteek, sien hy nie dat daar 'n dun stuk aluminiumfoelie tussen die punte van die prop vassit nie. Toe hy die skakelaar aangesit het, het hy 'n vonk by die prop raakgesien, en terselfdertyd het die ligte afgegaan. Wat kon gebeur het om die vonk te veroorsaak en die ligte te laat afgaan? [4 punte]

---

---

---

---

Die alumiumfoelie kan elektrisiteit gelei. Dit beteken dat 'n kortsluiting veroorsaak is. Die kortsluiting het 'n groot stroom veroorsaak wat 'n smeltdraad sou gesmelt het, en dus die elektriese stroombaan gebreek het. Dit sou veroorsaak het dat die ligte afgegaan het.

Wat is die voordeel daarvan om 'n stroombreker eerder as 'n smeltdraad te gebruik? [2 punte]

---

---

'n Stroombreker is meer voordelig om te gebruik as 'n smeltdraad, omdat 'n smeltdraad vervang moet word wanneer die draad gesmelt het, terwyl 'n stroombreker outomaties die fout in die stroombaan optel, dit breek, en dan heringestel kan word om weer soos normaal te werk, òf met die hand òf outomaties sodra die fout herstel is.

Kyk na die volgende foto van 'n gloeilamp. Dui die filament aan, en verduidelik waarom dit gloei [4 punte]

---

---

---

NOTA: 1 punt is vir die byskrif vir die filament, en 3 punte is vir die verduideliking.

Wanneer 'n elektriese stroom deur 'n wolframfilament gestuur word, ervaar dit weerstand aangesien die wolfram 'n hoë weerstand het. Die wolframdraad word gevolglik warm soos energie vanaf die bewegende elektrone na die draad oorgedra word. Die draad word warm en gee ook lig af.

Jy plaas 'n paar kompasse om 'n elektriese draad en neem die volgende waar:

1. Is daar stroom in die geleidingsdraad? [1 punt]

   ---

2. Verduidelik jou antwoord. [2 punte]

   ---

   ---

   ---

1. Ja, daar is.

2. Ons weet dit omdat wanneer daar 'n elektriese stroom in die elektriese draad is, dit 'n magneetveld rondom dit opwek. Die kompasse reageer op die magneetveld, aangesien die pyltjies almal in 'n sirkel wys, en nie almal op dieselfde manier as wat hulle sou as daar geen stroom was nie.

Gee twee voordele van die elektroplatering van ystermetaal [2 punte]

---

Om korrosie te verhoed en sy waarde te vermeerder.

Totaal [55 punte]