Bauen Sie sich ein Anemometer - Aktivität
Engineering-Verbindung
Lernziele
Nach dieser Aktivität sollten die Schüler in der Lage:
- Definieren eines Anemometers als Instrument verwendet, um die Windgeschwindigkeit zu messen.
- Verwenden Sie ein Anemometer vorherzusagen, ob ein Standort ein guter Ort ist eine Windturbine zu platzieren.
- Beschreiben Sie, warum Ingenieure Windgeschwindigkeit wissen wollen, bei der Bestimmung, wo Windkraftanlagen zu platzieren.
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Die Schüler entwickeln ein Verständnis dafür, wie Ingenieure nutzen Wind Strom zu erzeugen. Studenten-Teams bauen Modell Anemometer besser zu verstehen und die Windgeschwindigkeit zu messen.
Die Schüler werden in die Grundlagen der Erde Wetter eingeführt. Konzepte beinhalten den grundlegenden Ursachen der gemeinsamen Wetterphänomene wie Temperaturänderungen, Wind, Wolken, regen und Schnee. Die verschiedenen Faktoren, die das Wetter und die Instrumente betreffen, die Wetterdaten messen, werden ebenfalls angesprochen.
Middle School Lektion
Die Studierenden lernen, als Quelle für erneuerbare Energien über Wind und die Vorteile erkunden und Nachteile Windenergieanlagen und Windparks. Sie lernen auch, über die Wirksamkeit von Windenergieanlagen in unterschiedlichen Wetterbedingungen und wie Ingenieure arbeiten Windkraft zu schaffen, die billige, zuverlässige und s.
Bauen Sie sich ein Anemometer (für informelles Lernen)
Studenten bauen Anemometer und nutzen sie die Windgeschwindigkeit zu berechnen.
Bildungsstandards
Jede TeachEngineering Lektion oder Aktivität korreliert mit einem oder mehreren K-12 Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen oder Mathematik (STEM) Bildungsstandards.
Alle 100,000 K-12 STEM Standards in TeachEngineering abgedeckt werden gesammelt, gepflegt und verpackt durch das Achievement Standards Network (ASN). ein Projekt von D2L (www.achievementstandards.org).
In der ASN werden Standards hierarchisch aufgebaut: zunächst durch Quelle; z .. von Staat; innerhalb Quelle nach Typ; z .. Wissenschaft oder Mathematik; innerhalb Art von Subtyp, dann nach Besoldungsgruppen usw.
NGSS: Next Generation Wissenschaft Standards - Wissenschaft
- Definieren Sie ein einfaches Design-Problem ein Bedürfnis oder Kauf reflektiert, die bestimmten Kriterien für den Erfolg und Einschränkungen für Materialien, Zeit oder Kosten beinhaltet. (Klasse 3 bis 5) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
Common Core Staat Standards - Math
International Technology and Engineering Educators Association - Technologie
- Energie kommt in verschiedenen Formen. (Klasse 3 bis 5) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
Colorado - Math
- Stellen Sie dar und lösen Probleme im Zusammenhang mit Multiplikation und Division. (Grad 3) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
- Finden Sie das Unbekannte in einfachen Gleichungen. (Grad 4) Details. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
Colorado - Wissenschaft
- Identifizieren und die Vielfalt der Energiequellen (Grad 4) Details beschreiben. Mehr ausgerichtet Lehrplan. Sind Sie mit dieser Ausrichtung einverstanden? Ja Nein Vielen Dank für Ihr Feedback!
Materialliste
Jede Gruppe muss:
Einführung / Motivation
Wie können wir den Unterschied zwischen einem windigen Tag und einem wirklich windigen Tag sagen? Wir messen die Geschwindigkeit des Windes. Wind über Land wird manchmal in Kilometern (oder Meilen) pro Stunde gemessen. Wind über das Wasser wird manchmal in so genannten Knoten gemessen. Wie messen wir die Windgeschwindigkeit? Wir verwenden ein spezielles Instrument ein Anemometer genannt. Die Windgeschwindigkeiten sind in der Regel mit einem Schalenkreuzanemometer gemessen. Eine Tasse Anemometer weist eine vertikale Stange mit drei Tassen, dass der Wind fangen. Die Anzahl der Male die Tassen drehen sich pro Minute wird elektronisch gezählt. Diese Art von Anemometer auf Wetterstationen häufig gesehen und wird oft in unserem Wetterbericht in den Nachrichten verwendet.
Wissen Sie, was eine Windfahne ist? Manchmal ist es wie ein Hahn geformt und auf einer Scheune Dach? Es ist auch eine Wetterfahne bezeichnet. Es dreht sich im Wind, und zeigt uns die Richtung, aus der der Wind kommt. Nun, in der Regel wird ein Anemometer auch mit einer Windfahne ausgestattet, um die Windrichtung anzuzeigen.
Wo würden Sie einen Windpark suchen. Anemometer sind auch wichtige Instrumente zur Bestimmung der besten Standorte für Windkraftanlagen. oder Windkraftanlagen, vor allem da die Richtung und Stärke des Windes ist sehr abhängig von lokalen Gelände. Windkraftanlagen sind Maschinen, die die Bewegungsenergie des Windes in mechanische / elektrische Energie umwandeln für uns zu nutzen, um, wie eine Windmühle. Auch Windgeschwindigkeit ändert sich mit der Höhe, so Ingenieure Anemometer verwenden, um die beste Höhe zu bestimmen, um die Turbine zu platzieren. Windkraftanlagen brauchen eine konstante, mittlere Windgeschwindigkeit von etwa 23 km (14 Meilen) pro Stunde, bevor die Windenergieanlagen Strom erzeugen. Es ist sehr wichtig, dass diese Windgeschwindigkeitsmessungen sehr genau, weil jeder Fehler in der Windgeschwindigkeit wird stark vergrößert. Zum Beispiel, wenn Ihr Anemometer die Windgeschwindigkeit um 10% überschätzt, überschätzen Sie die Leistung um etwa 133% oder eine zu viel Drittel.
Heute werden wir Ingenieure werden und unsere eigenen einfachen Anemometer zu bauen. Mit diesen Instrumenten können wir den besten Ort, um unsere Schule herauszufinden, eine Windkraftanlage zu platzieren.
Vocabulary / Definitionen
Anemometer: Ein Instrument zur Windstärke und -geschwindigkeit zu messen.
Schalensternanemometer: Eine vertikale Stange mit drei Tassen, dass der Wind fangen. Ein Instrument verwendet, die Windgeschwindigkeit zu messen.
Generator: Eine Vorrichtung, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
kinetische Energie: Die Energie der Bewegung. Zum Beispiel kann ein Kreisel, ein fallendes Objekt und eine Rollkugel haben alle kinetische Energie. Die Bewegung, wenn durch eine Kraft widersteht, funktioniert. Wind und Wasser haben sowohl kinetische Energie.
knot: (nautische Definition) Eine Einheit für die Windgeschwindigkeit über das Wasser zu messen. 1 Knoten = = 1.852 Kilometer pro Stunde (oder 1,15 Meilen pro Stunde). In nautischer Nutzung Knoten ist eine Einheit der Geschwindigkeit, nicht von der Entfernung, und verfügt über eine eingebaute in der Bedeutung von „pro Stunde.“ So könnte ein Schiff bei zehn Knoten reisen (nicht zehn Knoten pro Stunde). Herkunft: Auf Segelschiffe seit den 1600er Jahren. Der Begriff stammt aus den Knoten in gleichen Abständen in einer Linie auf ein Protokoll gebunden gebunden. Die Log-Linie wurde über Bord geworfen und ein Matrose zählte die Knoten, die während eines festgelegten Zeitraums, als eine Möglichkeit, durch seine Hände gegangen die Schiffsgeschwindigkeit zu berechnen.
Drehrate: Die Anzahl der Anemometer-Spin pro Minute.
Turbine: Eine Maschine, in welcher die kinetische Energie eines sich bewegenden Fluids in mechanische Energie umgewandelt wird, indem man eine Reihe von Schaufeln, Paddeln oder Schaufeln auf einem Rotor zu drehen.
Wetterstation: Eine Einrichtung oder Stelle, an der meteorologischen Daten werden gesammelt, gespeichert und freigegeben.
Windenergie: Energie aus der natürlichen Bewegung des Windes erhalten.
Windpark: Ein Kraftwerk, das viele Windenergieanlagen verwendet Elektrizität zu erzeugen.
Windenergieanlage: Eine Maschine, dass die Bewegungsenergie des Windes in mechanische und / oder elektrische Energie umwandelt.
Windfahne: Ein Werkzeug für die Windrichtung messen. hoch in der Luft auf einem Dach oder ungehinderten Pol positioniert. Es dreht (rotiert) frei auf einer Stange. Das pfeilförmige Ende in die Richtung aus der der Wind kommt und das andere Ende fängt den Wind. Auch als eine Wetterfahne.
Vor der Tätigkeit
- Ein paar Tage im Voraus, sammeln gebrauchte Wellpappe-Boxen.
- Sammeln Sie alle Materialien und Kopien der Anemometer Arbeitsblatt.
Mit den Studenten
Abbildung 1. Die Schalensternanemometer Aktivität eingestellt.
Zubehör
Sicherheitsprobleme
- Warnen Studenten vorsichtig sein, wenn eine Push-Pin in einem Radiergummi drückt so die Hände rutschen nicht aus Versehen Punktierung selbst.
Tipps zur Fehlerbehebung
Achten Sie darauf, den Studierenden die Pappe in ein Kreuz mit Beinen positionieren genau gleich lang sind.
Bewertung
Brainstorming: In kleinen Gruppen haben die Schüler in einem offenen Diskussion engagieren Standorte zu denken, wo es wirklich windig und Orte sein kann, wo es normalerweise nicht windig ist. Erinnern Sie sie, dass keine Idee oder einen Vorschlag ist „dumm“. Alle Ideen sollten respektvoll zu hören. Haben Sie einen Schüler aus jedem Team schreiben ihre Ideen auf dem Spielbrett mit der Klasse zu teilen.
Prognose: Die Schüler sollen die Unterbreitung von Vorschlägen um die Außenseite der Schule, wo sie die windig sein könnte und in der Liste auf dem Brett. Lassen Sie die Schüler vorhersagen, welche Stellen könnten die windigsten und Rekord Prognosen auf dem Brett sein.
Aktivität Embedded-Bewertung
Ihr Spielplatz Engineering: Verwenden Sie die Klassendaten der Windmuster des Spielplatzes zu bestimmen (oder Bereich, den Sie in dieser Aktivität verwendet wird). Lassen Sie die Schüler eine Karte dieser Gegend ziehen und die Windgeschwindigkeiten für die verschiedenen Orten auf sie schreiben. Lassen Sie einen Schüler eine Windturbine in der besten Lage auf dieser Karte ziehen und erklärt, warum sie / er, dass vor Ort entschieden.
Toss-a-Frage: Bieten der Studierenden mit einer Liste von Fragen (siehe unten). Die Schüler arbeiten in Gruppen und einen Ball oder Papierknäuel werfen hin und her. Der Schüler mit dem Ball stellt eine Frage und wirft dann den Ball an jemanden zu beantworten. Wenn ein Schüler die Antwort nicht wissen, er / sie wirft den Ball weiter, bis jemand es nur geht. Die Person, die die Antwort richtig bekommt bekommt die nächste Frage zu starten. Überprüfen Sie die Antworten am Ende. Mögliche Fragen / Antworten:
Aktivität Extensions
Lassen Sie die Schüler ihre Anemometer verwenden, um die Geschwindigkeit des Luftstroms durch einen Lüfter bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten erzeugt, um zu bestimmen.
Lassen Sie die Schüler an einem Wochenende eine Aufzeichnung der Windgeschwindigkeit halten. Haben sie die Geschwindigkeit am Morgen messen, am Nachmittag und am Abend. Vergleichen Sie die Messungen der Schüler. Ist Windgeschwindigkeit viel über den Verlauf eines Tages variieren? Ist Windgeschwindigkeit viel von Ort zu Ort variieren? Welche Auswirkungen haben Strukturen auf der Windgeschwindigkeit?
Aktivität Scaling
Referenzen
Mitwirkende
Xochitl Zamora-Thompson; Saber Duren; Natalie Mach; Malinda Schaefer Zarske; Denise W. Carlson
Rahmenprogramm
Integrierte Lehr- und Lernprogramm, College of Engineering, University of Colorado Boulder