Magnetisch veld rond spoel

Bron

Betrapt

Rekenmachinedeksel

Metaaldetectie

Als onderdeel van een onderzoek naar metaaldetectie ga ik experimenteren met een dubbele spoel. Na wat geklooi met stukken rioolbuis toch maar even een wikkelmalletje geprint.

M'n onderzoekspartner werkt met een enkele spoel die is opgenomen in een oscillatorkring; ik werk met een vaste frequentie.

De metalen plaatjes geven een goed afleesbaar resultaat: de opgewekte wervelstromen werken hun oorsprong tegen, met als gevolg dat er minder flux 'overblijft' voor de secundaire spoel en daarmee een lagere spanning.
IJzer vergroot in sommige gevallen de zelfinductie, met als gevolg juist een grotere secundaire spanning.

Foutanalyse

Uit mijn aantekeningen:

Dit geeft de fout per individuele meting. Deze standaarddeviatie mag gebruikt worden vanaf n=6.

Dit is de fout die geldt voor het gemiddelde.


Hoe planten fouten zich voort?

Flux

Flux gaat over het aantal veldlijnen door een oppervlak.
Een oppervlak kan gedefinieerd worden als een vector: aangrijpingspunt en richting (loodrecht) definiëren de plaats van het vlak; de lengte definieert de grootte.

Voorbeeld draaiend draadraam in homogeen veld:
(min vergeten)

Variabel B-veld:

Lorentzkracht

Even de theorie van gisteravond in de praktijk brengen.

Onderzoek: de invloed en accuratesse van het vakadvies

Tijdens de bachelor heb ik onderzoek gedaan naar het vakadvies van natuurkunde. Hieronder kun je de samenvatting vinden. Het hele onderzoek vind je hier.

Op het Kamerlingh Onnes College krijgen de leerlingen in de derde klas van hun vakdocenten een advies voor het wel of niet kiezen van dat vak. Het vakadvies van natuurkunde is voor de docenten een tijdrovende klus. Daarnaast is het beeld ontstaan dat het advies vaak niet gebruikt wordt. De voorspelling - die het vakadvies in feite is - wordt in dit onderzoek onder de loep genomen, naast de mate waarin de leerlingen daadwerkelijk gebruik maken van het advies. Dit laatste is gemeten door middel van een enquête onder alle derdejaars. De betrouwbaarheid van de voorspellingen is onderzocht aan de hand van de resultaten van leerlingen in de bovenbouw. Hieruit blijkt een redelijk hoge accuratesse, maar er blijkt ook een verschil tussen havo en vwo: de adviezen voor de havo zijn in een kwart van de gevallen te hoog ingeschat. Uit de enquête blijkt dat nog geen kwart van al de leerlingen het vakadvies in meer of mindere mate gebruikt. De vraag rijst of dit veel of weinig is. Daarnaast zal bediscussieerd worden waarom de inschatting van de havisten vaak te hoog uitvalt.

Bachelor afgerond, Master gestart

Afgelopen vrijdag heb ik dan eindelijk mijn bachelor afgerond. Ik had gemikt op één jaar, maar door de verslag-druk heb ik het toch over twee jaar uit moeten smeren.
Ondertussen ben ik ook de master gestart: dat was tenslotte de reden om de bachelor te doen.

Mijn voorkennis is nog vers en ik heb er zin in.

Gemiddelde snelheid

De gemiddelde snelheid vind je door de totale afstand te delen door de totale tijd.

Bij een trajectcontrole wordt aan het begin van een traject je kentekenplaat gefotografeerd en aan het eind weer. Je gemiddelde snelheid wordt berekend door de (vaste) afstand te delen door het verschil van de twee tijdstippen van de foto's.

Op een traject op de A2, tussen Amsterdam en Utrecht, wordt een trajectcontrole gehouden over een afstand van 20 km. Op dit traject mag je gemiddelde snelheid maximaal 100 km/h zijn.

Een auto rijdt de eerste 10 km met een snelheid van 150 km/h. Hoe snel mag de auto de tweede helft van dit traject maximaal rijden?

Of een variant:

Een andere auto rijdt de eerste 10 km met een snelheid van 50 km/h. Welke snelheid moet de auto hebben om gemiddeld weer op 100 km/h uit te komen?

College Ben Feringa

In het kader van de scholierenacademie ben ik vandaag met een groep nieuwsgierige 3, 4 en 5 atheneum-leerlingen naar een college van Ben Feringa geweest. Wat een inspirerende man is dat.
Hij had een voor de doelgroep goed te volgen verhaal over zijn nanorobots.

Persoonlijk denk ik dat hij onder de totaal 400 leerlingen wel een paar zieltjes heeft gewonnen.

Presentaties van experimenten of demo's

In de derde klassen is de vaart in de lessen na het geven van vakadviezen en het kiezen van de profielen er meestal behoorlijk uit. Dit valt vaak rond het afronden van het onderwerp elektriciteit: een onderwerp waarbij ik de grootste standaarddeviatie in mijn cijfers heb.

Er zijn verschillende manieren om met het verschil tussen leerlingen die wel en die geen natuurkunde in hun profiel kiezen om te gaan, zoals bijvoorbeeld bij de doorstromers en afbuigers (SLO), maar ik heb gekozen voor een 'kleintje PWS'. Hierbij moeten leerlingen in groepjes van drie een demonstratie of een experiment uitvoeren (in de klas of op film) en presenteren aan de eigen klas.

Voorwaarden zijn o.a. dat het op het niveau van derde klas moet zijn en dat het leerzaam moet zijn voor de klasgenoten. Verder bestaat 40% van het cijfer uit beoordelingen door de andere groepjes in de klas. Hiervoor heb ik een google-formulier gemaakt, zodat ik al die gegevens meteen geordend heb.

Het resultaat mag er vaak best zijn. Probeer maar eens: deze of deze of deze of deze of deze of deze.




(Het kan zijn dat hier en daar de youtube-filmpjes niet meer werken. 'Maar meneer, dan kan iedereen dat zien'... Profielvervuiling? En dan gaat het instellen van 'alleen zichtbaar met link' hen weer een stap te ver, of zo.)

Radioactieve Tabak

Hoi Tom,

Naar aanleiding van ons gesprek over de video De Meest Radioactieve Plaats Op Aarde van Veritasium en de vraag of er voor of na bewerking van tabak die zooi radioactief is:

Practicum 'Weerstanden' aanpassen

Het was me opgevallen dat een flink aantal leerlingen een vierde practicum over elektriciteit slechts moeizaam uit kon voeren. Dit betekende vooral hard werken voor de toa en mezelf - terwijl het toch juist de bedoeling is dat de leerlingen aan het werk gaan om er uiteindelijk wat van op te steken.

De toa en ik hebben samen op het practicum teruggeblikt. Ook heb ik nog een aantal leerlingen om feedback gevraagd.
Wat ging er mis? Een aantal leerlingen begreep de apparatuur niet. Een aantal wist het doel niet. Een aantal begreep de instructie niet. Een aantal vond de instructie juist te makkelijk en sloeg daarom stappen over. Een aantal vond de instructie een te grote lap tekst.

Voor een analyse van de mogelijke oorzaken voor deze punten put ik uit mijn ervaring en uit de literatuur:
Voorafgaand aan dit practicum hebben de leerlingen al driemaal eerder met deze apparatuur gewerkt. Hoewel er een vakantie en twee ziekteweken mijnerzijds tussen had gelegen, was ik er vanuit gegaan dat de leerlingen de apparatuur ondertussen wel kenden. Dat gold voor een paar van hen niet dus. En dan blijkt zo'n practicum een stuk minder effectief (Buning, 1994). Ook het niet scherp voor ogen hebben wat het doel is doet afbreuk aan het leren van een practicum - zo staat ook in diezelfde bron.

Om deze twee en de overige punten op te pakken heb ik het practicum tweemaal herschreven: een keer als kookboekpracticum en een keer als een wat meer onderzoekend practicum (Velthorst, 2013). Deze differentiatie komt hiermee goed tegemoet aan de verschillen tussen de leerlingen die vooral in de derde klas door de profielkeuze optreden. Het doel en de bedoeling heb ik in deze voorschriften, net als de benodigdhedenlijst, expliciet beschreven. Dus als een leerling tijdens mijn mondelinge toelichting wat zou missen, dan kan hij of zij dit makkelijk teruglezen. In het kookboekpracticum heb ik meerdere rustpunten opgenomen, waar de leerling kan controleren of zij of hij (nog) op de goede weg is. In het meer uitdagende practicum zit het zelfstandige voornamelijk in het tweede deel. Verder heb ik in beide versies de opmaak onder de loep genomen en ook hier en daar wat puntjes samengevoegd.

Naast deze wijzigingen in de instructie heeft de toa een aparte handleiding voor de voeding en de twee multimeters gemaakt. Als een leerling vergeten is hoe deze er uit zien of aangesloten moeten worden, dan kan dit op dit vel teruggelezen worden.


En nu een jaar wachten totdat ik deze nieuwe versies uit kan testen.

(Volledige versies in pdf/docx op aanvraag.)

Vraagwoorden (2)

Het is al een tijdje geleden dat ik de syllabi van natuurkunde heb gelezen. Op een blog van mnr. Van Bakel las ik dat de vraagwoorden - of dus beter: examenwerkwoorden - ook in een bijlage van de syllabi (vwo en havo) staan.
Niet zo uitputtend als in mijn vorige blog, maar wel handig...

Vraagwoorden

In de havo- en vwo-examens worden heel wat werkwoorden gebruikt om naar bepaalde dingen te vragen. Ik heb ze (vanaf 2013) proberen in te delen in een viertal hoofdgroepen en gekeken wat de percentages van die groepen in de examens waren. Bij het SLO vegen ze de verschillende woorden overigens wat minder bij elkaar (blz. 12). Met de vraagwoorden ga ik in de klassen oefenen zodat ze dit in de vraag-antwoord-structuur kunnen terug vinden en toepassen.

havo:

42% bereken

27% bepaal

22% beredeneer

09% kies

vwo:

33% bereken

30% bepaal

33% beredeneer

04% kies

Bereken:

• Bereken 
• Reken om
• Controleer
• Leid af
• Laat zien
• Toon aan
• Ga na

Bepaal:

• Teken
• Laat zien
• Vul aan
• Geef aan
• Construeer
• Schets
• Geef weer

Beredeneer:

• Leg uit
• Licht toe
• Beargumenteer
• Omschrijf
• Geef een verklaring
• Voorspel
• Omschrijf
• Motiveer

Kies:

• Noteer
• Noem
• Omcirkel
• Tel

De weerstand van een gloeidraad

En toen was ik in al mijn enthousiasme toch weer te snel gegaan.
Bij de uitvoering van het aangepaste practicum bleek de complexiteit van het geheel te groot: het gebruik van de schuifweerstand om de spanning te regelen bleek voor een hoop verwarring te zorgen. Daarnaast had het uitbreiden van de proef met het vervangen van de lamp door een constantaandraad tot gevolg dat de leerlingen te vroeg te veel spullen op hun tafel hadden staan.

Volgend jaar dus opsplitsen en opsplitsen. En dat had ik natuurlijk kunnen weten: ik ben vorig jaar bij vakdidactiek 3 veel te weten gekomen over de theorie achter practica en waarom deze voor de leerlingen vaak 'slecht ontworpen, verwarrend en niet-productief' zijn. Ik was dus gewaarschuwd.

Dus alles terug naar de ontwerptafel? Misschien wel radicaal vanaf het eerste practicum:
'Is de stroom voor, tussen en na twee lampjes verschillend? Geef een hypothese. Ontwerp een proef waarmee je dit test met behulp van ... Voer de proef uit, noteer je metingen en trek daaruit een conclusie. Welke problemen kwam je tegen bij het ontwerpen en de uitvoering? Zijn er nog opvallende zaken geweest? Zou je de proef een volgende keer anders doen?'
En dan nog eisen stellen aan de verslaglegging. Lijkt me ook wel wat voor een meerjarenplan.

In ieder geval moeten de in- en expliciete leerdoelen van dít practicum in meer losse practicumdelen.

• werking van de schuifweerstand
• meten van de stroom door een gloeidraad (en dan het liefst in stapjes van 0,2 V)
• meten van de stroom door een constantaandraad 

en dit moeten ze al gehad hebben en eventueel vooraf herhalen:

• van schema naar opstelling
• hoe de stroom te meten met een multimeter
• hoe de spanning te meten met een multimeter

In een tweede gedachte hierover: ze hebben het bouwen van een schakeling met meerdere kringen eigenlijk nog niet gehad, dus 'van schema naar opstelling' moet sowieso weer aan bod komen.

Misschien moet ik ze ook vrijlaten in de keus voor een grafiek: U in - I uit of I in - R uit. Of ze beiden laten maken en dan vragen welke grafiek hen de meeste informatie geeft...

Wordt vervolgd.

Lezing Erik Verlinde

Ik ben net met collega Jaap bij een boeiende lezing van theoretisch natuurkundige Erik Verlinde geweest. Dus niet over hem, maar van hem zelf. De lezing was georganiseerd door Studium Generale. Weliswaar in het Engels, maar zeer goed te volgen.

Via Newton (massa trekt massa aan) en Einstein (massa kromt de ruimtetijd) zoomde hij in op het noodzakelijk zijn van donkere materie en donkere energie om het verschil te verklaren tussen de met deze theorieën te verklaren massa van o.a. sterrenstelsels en de gemeten massa hiervan.

Wat ik er van begrepen heb:
Hij stelt dat zwaartekracht een macroscopisch verschijnsel als gevolg van de connectie tussen alle verstrengelde deeltjes is. 'Emergent' is de term die hiervoor gebruikt wordt. En deze deeltjes beschrijven onze ruimte. De zwaartekracht wordt bepaald door de entropie (en dat is dus informatie) van het oppervlak rondom materie. Dit idee is ook geopperd voor zwarte gaten (Hawking/Bekenstein).
Volgens mij had hij het overigens eerst alleen over een niet-realistische, zogenaamde Anti-deSitter-ruimte. Dat is een beschrijving van de ruimte met een negatieve cosmologische constante: dat had hij nodig zodat hij dan vanuit de snaartheorie kon redeneren. Maar hij had dus ook een manier gevonden om zijn theorie te verplaatsen naar de reële ruimte.
Hij had een formule met iets van de Hubble-constante (dat is een erg groot getal) wat prachtig uitkwam bij de afwijking bij grote zaken als sterrenstelsels - de afwijking dus tussen de theoretische draaisnelheid en de gemeten waarden, die tot nu toe verklaard werden met de (onvindbare) donkere materie. (Zie afbeelding).

Het mooie is dat ondertussen een aantal astronomische onderzoekers Eriks theorie hebben kunnen staven aan metingen met zogenaamde 'zwakke zwaartekrachtlenzen'.

Typeplaatjes

Om de leerlingen op een meer concrete manier met energie, vermogen, spanning en stroom in aanraking te brengen, heb ik hen van een paar gegooglede typeplaatjes voorzien.

Wat staan daar soms een hoop voor hen herkenbare eenheden op! Vooral die hogedrukreinigers van Kärcher.

In tweetallen. Binnen tien minuten ruilen met een ander tweetal. Daarna uitkomsten vergelijken en bediscussiëren. Ik heb hen ook aangemoedigd wat verder te kijken: waar denk je dat het typeplaatje van is? welke andere eenheden en symbolen ken of herken je?

Practicumvoorbereiding Elektriciteit

Vorig jaar had ik al een practicum herschreven zodat het I-U-gedrag van een fietslampje kon worden onderzocht - onder de 2 Volt. Dit practicum is nu uitgebreid met een herhaling van de proef op een stuk constantaandraad.

In het verlengde daarvan (en weer op basis van hetzelfde schema) wordt de invloed van de lengte en de diameter van de draad onderzocht.

Op de foto is overigens in de opstelling de schuifpotentiometer, waarmee de verschillende spanningen tussen 0 en 2 Volt worden ingesteld, niet meegenomen.