Chuyên đề STEM liên quan: D&T – Thiết kế và Công nghệ, Engineering – Kỹ thuật
Đối tượng học: 11 – 14 tuổi
—
Khi sự nóng lên toàn cầu ngày càng trở thành vấn đề trên toàn thế giới, việc tìm ra các cách tạo ra nguồn điện bền vững và thân thiện với môi trường ngày càng trở nên quan trọng. Hiện nay, người ta đã khám phá ra nhiều cách tạo ra điện bền vững, thân thiện với môi trường, điều thú vị là trong đó khoai tây, một loại củ vô cùng quen thuộc với chúng ta. Vì vậy, để hưởng ứng Ngày Trái Đất, trong hoạt động này, người học sẽ được hướng dẫn cách tạo ra pin khoai tây để làm phát sáng, bóng đèn LED.
Hoạt động tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED.
Giới thiệu về hoạt động sáng tạo tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED
Nội dung bài học tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED được thiết kế để cho phép người học sử dụng các kiến thức đã học trong thiết kế & công nghệ, Toán học, Vật lý và khoa học dựa trên cảm hứng Ngày Trái Đất. Bằng những dụng cụ đơn giản, người học sẽ tạo ra một “mạch điện khoai tây” làm nguồn phát sáng cho bóng đèn LED.
Người dạy có thể áp dụng bài học này như một tiết học chính khóa trên lớp hoặc ngoại khóa ở nhà để bổ trợ cho các kiến thức về các chũ đề bảo vệ môi trường, điện/ mạch điện, công nghệ, kỹ thuật… qua đó, người học ý thức được tầm quan trọng của việc tìm kiếm các giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch quan trọng như thế nào với môi trường. Và nhận biết được xu hướng trong tương lai là tập trung vào các vấn đề tạo ra năng lượng bền vững trong thiết kế và công nghệ và kỹ thuật.
Mục tiêu của hoạt động sáng tạo tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED
Sau khi kết thúc hoạt động làm pin khoai tây, người học có thể:
Tự thiết kế và tạo ra pin khoai tây có khả năng làm phát sáng đèn LED.
Hiểu được nguyên lý hoạt động của pin khoai tây và giải thích được vì sao khoai tây có thể được làm thành pin và có thể tạo ra dòng điện để làm đèn LED phát sáng.
Để hiểu ý nghĩa và sự cần thiết của năng lượng tái tạo đối với môi trường sống hiện nay.
Vật dụng cho hoạt động sáng tạo tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED
Trước khi tiến hành hoạt động tạo ra pin khoai tây, người dạy và người học cần chuẩn bị các vật dụng sau:
- 4 củ khoai tây
- 3 kẹp cá sấu đỏ (có dây nối 2 đầu)
- 2 kẹp cá sấu đen (có dây nối 2 đầu)
- 4 tiền xu bằng đồng
- 4 đinh mạ kẽm
- Điốt phát quang (đèn LED mini 2 chân)
Hoạt động tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED.
Hướng dẫn thực hành hoạt động sáng tạo tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED
Thời lượng: tối thiểu 60 phút
Giới thiệu
Người dạy sẽ dạy và giải thích cho người học nguyên nhân vì sao có thể sử dụng khoai tây làm nguồn phát điện. Sở dĩ chúng ta có thể biến khoai tây thành pin khoai tây để tạo ra điện là vì trong nó có chứa muối và các axit hữu cơ. Khi chúng ta sử dụng hai dây dẫn nối vào củ khoai tây thì sẽ làm các phản ứng hóa học xảy ra và tạo nên dòng điện làm cho đèn LED phát sáng.
Theo nghiên cứu cho thấy hiệu quả thắp sáng của pin khoai tây cao gấp 6 lần so với đèn dầu hỏa. Trong khi đó một củ khoai tây có thể thắp sáng một chiếc bóng đèn trong vài ngày và lên đến cả tháng khi sử dụng nhiều củ khoai tây làm nguồn điện. Ngoài ra, khoai tây luộc chín sẽ làm giảm điện trở cầu muối bên trong khoai, như vậy sẽ giúp hiệu quả phát điện cũng tốt hơn 10 lần so với khoai tây sống.
Người dạy sẽ đưa ra một nhóm các loại quả, củ, trái cây để học sinh vận dụng hiểu biết về cách khoai tây tạo ra năng lượng để chọn những loại trái cây hoa quả cũng có thể tạo ra dòng điện. Tham khảo hình dưới.
Loại trái cây rau củ nào có thể tạo ra năng lượng?
Sau đó, người dạy sẽ chỉ rõ nhiệm vụ của người học là tạo ra pin khoai tây từ các nguyên/ vật liệu đã chuẩn bị sẵn và thử nghiệm xem sản phẩm của mình có làm cho đèn LED phát sáng không. Nếu đèn phát sáng được từ pin khoai tây thì thí nghiệm đã thành công.
Thực hành
Bước 1: Chọn một bề mặt của khoai tây, gắn đồng xu và cây đinh vào thịt củ ở vị trí đối xứng nhau như hình bên dưới. Lưu ý, chọn mặt gắn đồng xu và đinh sao cho củ khoai tây có thể đứng cố định trên mặt phẳng. Thực hiện thao tác tương tự trên 3 củ khoai tây còn lại.
Thực hành làm pin khoai tây bước 1.
Bước 2: Bắt cặp hai củ khoai tây làm đánh dấu 1 và 2. Sử dụng một dây kẹp cá sấu hai đầu đỏ, một đầu sẽ kẹp vào đồng xu của củ khoai tây đánh số 1, một đầu đỏ còn lại sẽ kẹp vào cây đinh của củ khoai tây đánh số 2 (Hình dưới).
Thực hành làm pin khoai tây bước 2.
Bước 3: Thêm một củ khoai tây và đánh số 3. Lúc này, ta sử dụng hai dây kẹp cá sấu hai đầu đỏ. Trong đó, một dây cá sấu có một đầu đỏ kẹp vào đồng xu ở củ khoai tây số 2 và một đầu kẹp còn lại kẹp vào cây đinh ở củ khoai tây số 3. Dây kẹp cá sấu 2 đầu đỏ còn lại sẽ có một đầu kẹp dùng để kẹp vào đồng xu ở củ khoai tây số 3, đầu kẹp còn lại thả trống. (Hình dưới)
Thực hành làm pin khoai tây bước 3.
Bước 4: Thêm củ khoai tây đánh số 4 vào. Ở đây, ta sẽ dùng hai dây kẹp cá sấu đầu đen. Trong đó, một dây cá sấu đầu đen sẽ có một đầu kẹp kẹp vào cây đinh ở khoai tây số 1 và đầu kẹp còn lại kẹp vào đồng xu ở củ khoai tây số 4. Sau đó, sử dụng dây cá sấu đầu đen còn lại, lấy một đầu kẹp kẹp vào cây đinh còn lại ở củ khoai tây số 4, một đầu thả trống. (Hình dưới).
Thực hành làm pin khoai tây bước 4.
Bước 5: Tiếp đó, kết nối đầu kẹp màu đen còn thả trống trước đó từ củ khoai tây số 4 với một chân ngắn của dèn LED. Tương tự, kết nối đầu kẹp màu đỏ còn lại của dây kẹp cá sấu hai đầu đỏ của củ khoai tây số 3 vào chân dài còn lại của đèn LED (Như hình dưới). Phải đảm bảo rằng 2 đầu kẹp ở 2 chân đèn LED không chạm nhau. Như vậy, chúng ta đã tạo ra mạch điện hoàn chỉnh – pin khoai tây để làm đèn LED phát ra ánh sáng.
Thực hành làm pin khoai tây bước 5.
Bước 6: Sau khi có được pin khoai tây hoàn chỉnh, kiểm tra xem đèn LED đã phát sáng chưa.
- Nếu đã phát sáng thì thí nghiệm thành công.
- Nếu đèn LED không phát sáng thì người học nên kiểm tra lại các mối nối giữa các cũ khoai tây hoặc xem bóng đèn LED có bị cháy không.
Tổng kết
Người dạy đặt cho người hỏi các câu hỏi sau:
- Sự khác biệt giữa dây cáp cá sấu 2 đầu màu đỏ và màu đen là gì?
- Vị trí và cách kết nối các đầu kẹp như thế nào?
- Nguyên lý hoạt động của pin khoai tây là gì?
Hoạt động mở rộng
Người học thử nghiệm tạo pin với các nguyên liệu hữu cơ khác xem ngoài khoai tây thì còn loại nguyên liệu nào có thể tạo ra năng lượng để làm phát sáng đèn LED không? Và so sánh xem loại nguyên liệu nào cho hiệu quả phát sáng tốt nhất?
Người học cũng có thể sử dụng đồng hồ vạn năng để đo điện áp chính xác do mỗi củ khoai tây tạo ra trong mạch và toàn mạch.
Thực hành làm pin với nguyên liệu hữu cơ.
Lưu ý khi thực hành hoạt động sáng tạo tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED
Hoạt động tự làm pin khoai tây thắp sáng đèn LED có thể được tổ chức học cá nhân, theo cặp hoặc theo nhóm nhỏ, tùy thuộc vào nguồn lực và thiết bị sẵn có.
Tiền xu phải là đồng. Đinh phải là kẽm hoặc được tráng kẽm.
Để tạo ra nguồn pin từ vật liệu hữu cơ, tất cả những gì bạn cần là hai vật liệu bằng kim loại để làm cực âm và cực dương. Ví dụ, vật liệu bằng đồng là cực dương còn kẽm sẽ đóng vai trò là cực âm. Axit bên trong khoai tây cùng với kẽm và đồng sẽ tạo thành phản ứng hóa học và khi các electron di chuyển từ vật liệu này sang vật liệu khác, điều này sẽ giải phóng năng lượng để làm sáng đèn LED.
Nếu các dây cáp quá dài, bạn có thể cột thắt nút dây lại để mạch điện gọn gàng hơn. Đồng thời người học có thể đánh số các củ khoai tây để việc nhận diện và phân biệt dễ dàng hơn.
Hãy đảm bảo các đầu kẹp nằm đúng vị trí trên chân của đèn LED (màu đỏ đối với chân dài, màu đen đối với chân ngắn). Nếu chúng được kết nối sai cách xung quanh đèn LED sẽ không sáng. Đảm bảo rằng các đầu kẹp cá sấu không chạm vào nhau.
Qua bài học tự làm pin khoai tây này, người học có thể tự tay thiết kế và làm ra một mạch điện hoàn chỉnh có thể làm đèn LED phát sáng từ nguyên liệu hữu cơ. Hơn hết, với thiết kế bài học này còn bổ sung cho người học những kiến thức quan trọng về năng lượng, năng lượng bền vững và tầm quan trọng của năng lượng bền vững đối với môi trường.
