خلاصه نکات انرژی الکتریکی
استاد آهنگرداودی
۳:۱۶
۱
انرژی الکتریکی
استاد آهنگرداودی
۲۲:۲۴
نصف شب برق محله قطع می‌شود و همه چیز در تاریکی فرو می‌رود؛ مهدی با کمک پدرش شمع روشن می‌کند. اگر برق خانهٔ تو یک هفته قطع شود با چه مشکلاتی روبه‌رو می‌شوی؟ همین گفت‌وگو تو را به فصل ۴ علوم چهارم با عنوان «انرژی الکتریکی» می‌برد. در نردبون چند مدرس همین فصل را درس می‌دهند تا بتوانی مدرسی را انتخاب کنی که مدار و باتری را با همان سرعتی که تو یاد می‌گیری توضیح دهد.
انرژی الکتریکی در خانه و شهر
انرژی الکتریکی یکی از شکل‌های انرژی است. بیشتر وسایل خانه‌ها، فروشگاه‌ها، کارخانه‌ها و بیمارستان‌ها با آن کار می‌کنند و در این وسایل انرژی الکتریکی به شکل‌های دیگر تبدیل می‌شود. در گروهت نام دستگاه‌هایی را که با انرژی الکتریکی کار می‌کنند در جدولی مانند صفحهٔ ۲۹ بنویس و بگو انرژی الکتریکی در هر کدام به چه شکلی تبدیل می‌شود: تلویزیون، آسانسور، لامپ و مثال‌های خودتان. جدول گروهت را با گروه دیگر مقایسه کن.
در بیشتر نیروگاه‌های برق، انرژی گرمایی حاصل از سوزاندن سوخت به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود و از راه کابل و سیم به خانه، مدرسه، کارخانه و بیمارستان می‌رسد. در وسایل برقی دوباره انرژی الکتریکی به شکل‌های دیگر تبدیل می‌شود.
مدار الکتریکی ساده با باتری
وسایلی که در تصویر صفحهٔ ۳۰ می‌بینی تهیه کن و تلاش کن با آن‌ها یک لامپ را روشن کنی. پس از روشن شدن، با رسم شکل نشان بده سیم، لامپ و باتری را چگونه وصل کرده‌ای و نتیجه را به کلاس گزارش بده. به چیزی که ساختی تا لامپ روشن شود، مدار الکتریکی می‌گویند. در لامپ روشن این مدار، انرژی از چه شکلی به چه شکل‌های دیگری تبدیل می‌شود؟
چراغ‌قوه، ساعت، کنترل تلویزیون و بعضی اسباب‌بازی‌ها با باتری کار می‌کنند. در باتری‌ها انرژی ذخیره شده، انرژی الکتریکی مورد نیاز این وسیله‌ها را تأمین می‌کند. باتری‌ها گوناگون‌اند و کاربردهای مختلف دارند. چرا در برخی وسایل بیش از یک باتری به کار می‌رود؟
دو لامپ، یک سیم، و کلید
صفحهٔ ۳۱ از تو می‌خواهد مداری با دو لامپ روشن بسازی، شکل مدار را رسم کنی و با مدار گروه دیگر و شکل‌های صفحهٔ بعد مقایسه کنی؛ مدار تو به کدام یک شبیه است؟ بعد با یک باتری و فقط یک قطعه سیم لامپ را روشن کن و شکل را بکش. اگر بخواهی لامپ را روشن و خاموش کنی چه تغییری در مدار ایجاد می‌کنی؟
هشدار کتاب: هرگز برای انجام دادن فعالیت‌های این درس از برق شهری استفاده نکن. در مداری که لامپ روشن است، انرژی الکتریکی به کمک سیم از باتری به لامپ می‌رسد. با استفاده از کلید می‌توانی لامپ را روشن و خاموش کنی؛ در شکل کتاب برای قطع و وصل از میخ استفاده شده است. تو هم در گروهت یک کلید بساز.
مدار متوالی و موازی
فکر کنید صفحهٔ ۳۲: اگر در مدارهای شکل کلید را ببندیم، الف) در کدام مدار لامپ روشن نمی‌شود؟ ب) در کدام مدار نور لامپ بیشتر است؟ کلید را با علامت نشان داده‌اند. پیش‌بینی کن اگر یکی از لامپ‌ها را باز کنی، لامپ دوم روشن می‌ماند یا خیر؛ سپس با آزمایش درستی پیش‌بینی را بررسی کن و آنچه مشاهده کردی بنویس. کتاب دو عنوان می‌گذارد: مدار متوالی و مدار موازی.
رسانا و نارسانا
مداری مانند شکل صفحهٔ ۳۳ ببند و در قسمتی از مدار بین دو سیم جسم‌های مختلف بگذار: میخ، سکه، پاک‌کن، خط‌کش فلزی، خط‌کش پلاستیکی، خط‌کش چوبی، گیرهٔ کاغذ، لیوان پلاستیکی و عروسک. مشاهده‌ها را در جدول روشن/خاموش بنویس.
بعضی جسم‌ها مانند میخ آهنی، گیرهٔ فلزی کاغذ، سکه و سیم مسی الکتریسیته را از خود عبور می‌دهند؛ به این‌ها رسانای الکتریکی می‌گویند. بعضی مثل چوب خشک، پلاستیک و شیشه عبور نمی‌دهند؛ به این‌ها نارسانا یا عایق الکتریکی می‌گویند. فکر کنید: سیم‌های برق و روکش آن‌ها را از چه موادی می‌سازند؟ چرا؟
پروژهٔ چراغ راهنما
چراغ راهنما به سه رنگ قرمز، زرد یا سبز دیده می‌شود. در گروه با سه لامپ و وسایل لازم یک چراغ راهنمای ساده بساز، به هم‌کلاسی‌ها نشان بده و روش کار را بیان کن. این فعالیت تمرین بستن مدارهای پیچیده‌تر از یک لامپ است.
مسیر انرژی از نیروگاه تا لامپ اتاق
یک تصویر ذهنی مفید این است: سوخت در نیروگاه می‌سوزد ← انرژی گرمایی به الکتریکی تبدیل می‌شود ← کابل‌ها آن را می‌آورند ← در خانه دوباره به نور، صدا، حرکت یا گرما تبدیل می‌شود. فعالیت جدول صفحهٔ ۲۹ دقیقاً همین حلقهٔ دوم را تمرین می‌کند. وقتی می‌نویسی «لامپ → نورانی» یا «اتو → گرمایی»، در واقع داری تبدیل شکل انرژی را مثل فصل قبل ادامه می‌دهی، فقط این‌بار منبع ورودی الکتریکی است.
باتری نسخهٔ جیبی همان منبع است. به همین دلیل کتاب اصرار دارد مدار را با باتری قلمی ببندی نه با برق دیوار. خطر برق شهری برای این سن جدی است؛ هشدار صفحهٔ ۳۱ را باید جدی‌تر از هر جدول دیگری بخوانی.
متوالی یعنی یک مسیر؛ موازی یعنی چند مسیر
در مدار متوالی اگر یک لامپ را برداری، مسیر قطع می‌شود و لامپ دوم هم خاموش می‌ماند. در مدار موازی معمولاً مسیر دیگری باز می‌ماند و لامپ دوم می‌تواند روشن بماند. پیش‌بینی صفحهٔ ۳۲ و آزمایش بعد از آن برای همین است که این تفاوت را با چشم ببینی، نه فقط اسم‌ها را حفظ کنی. وقتی کلید را می‌بندی هم باید ببینی آیا مدار اصلاً کامل است یا جایی قطع مانده؛ گاهی لامپ روشن نمی‌شود چون مسیر بسته نیست، نه چون باتری خراب است.
ساخت کلید با میخ تمرین کوچکی از مهندسی روزمره است: قطع و وصل یعنی کنترل جریان. چراغ راهنمای سه‌رنگ هم همان ایده را بزرگ می‌کند؛ سه لامپ، زمان‌بندی و تصمیم گروهی برای نشان دادن روش کار به کلاس.
حفاظت از منابع انرژی الکتریکی
روشن کردن خانه، تماس تلفنی، شارژ گوشی، تماشای تلویزیون و شستن لباس همه انرژی الکتریکی می‌خواهند. مهم‌ترین منبع تولید این انرژی در بسیاری جاها سوخت است و مقدار سوخت محدود است؛ مصرف بی‌رویه هوا را هم آلوده می‌کند. پیشنهادهای صفحهٔ ۳۵: هنگام خروج از اتاق لامپ را خاموش کن؛ وقتی کسی تلویزیون نگاه نمی‌کند آن را خاموش کن.
گروهی از دانش‌آموزان تصمیم گرفتند با صرفه‌جویی در مصرف برق در حفاظت از منابع انرژی سهیم باشند. مبلغ آخرین پرداخت برق ماهانه را یادداشت کردند، پیشنهاد دادند و پیش‌بینی کردند هزینهٔ ماه‌های آینده کمتر شود. تو هم در خانواده پیشنهادهای جدید بده و هزینه‌های برق ماه‌های مختلف را مقایسه کن. مثال کتاب: در زمان اوج مصرف لامپ لوسترهای تزیینی را خاموش کنید و به اندازهٔ نیاز روشنایی روشن کنید.
اگر اثر گرما بر مواد برایت جالب است، بعد از این مدارها برو به فصل ۵؛ گرما و مادّه. برای مرور شکل‌های دیگر انرژی هم می‌توانی به فصل ۳ برگردی.