کاردستی مدار برق کلاس چهارم؛ ساخت چراغ و خانه روشن
برای ساخت کاردستی مدار برق کلاس چهارم، یک باتری قلمی، لامپ کوچک مناسب همان باتری، سه سیم و یک کلید را به صورت یک مسیر بسته وصل کنید. وقتی کلید بسته باشد، لامپ روشن می‌شود و با بازکردن کلید خاموش می‌شود. بعد از امتحان مدار، می‌توانید آن را روی مقوا نصب کنید و کنار یک خانه کاغذی بگذارید. در این آموزش پرشین‌وی، اتصال‌ها، ساخت کلید ساده و پیدا کردن علت روشن‌نشدن لامپ را مرحله‌به‌مرحله می‌بینید.
این فعالیت به درس «انرژی الکتریکی» علوم چهارم مربوط است. هدف آن دیدن نقش باتری، سیم، لامپ و کلید است؛ قرار نیست سیم‌کشی واقعی خانه را انجام دهید. همه آزمایش‌ها با باتری قلمی کم‌ولتاژ و همراهی بزرگ‌تر انجام می‌شوند. هیچ بخش این کاردستی را به پریز، شارژر، برق ساختمان یا باتری خودرو وصل نکنید.
وسایل لازم برای کاردستی مدار برق کلاس چهارم
- یک باتری قلمی معمولی ۱٫۵ ولتی سالم و جاباتری مناسب آن
- یک لامپ رشته‌ای کوچک آموزشی با ولتاژ نامی ۱٫۵ ولت و سرپیچ دوپایه مناسب
- سه سیم رابط روکش‌دار، ترجیحاً گیره‌دار، حدود ۱۵ تا ۲۰ سانتی‌متر
- یک کلید آموزشی دوپایه برای قطع و وصل مدار
- مقوای محکم حدود ۳۰ در ۲۵ سانتی‌متر
- چسب نواری کاغذی، کاغذ رنگی، مداد، خط‌کش و قیچی نوک‌گرد
- برای کلید دست‌ساز اختیاری: گیره کاغذ فلزی بدون روکش و دو پونز دوشاخه کاغذی
موقع تهیه وسایل بگویید لامپ و باتری برای یک مدار آموزشی ساده باید با هم سازگار باشند. لامپ معمولی اتاق با یک باتری قلمی روشن نمی‌شود. لامپ رشته‌ای کوچک هم با ال‌ای‌دی تفاوت دارد. برای این آموزش، لامپ رشته‌ای انتخاب شده تا اتصال آن ساده‌تر باشد؛ ال‌ای‌دی خام را بدون بررسی مقاومت و مشخصات آن جایگزین نکنید.
اگر کیت مدرسه قطعه‌های دیگری دارد، دستور همان کیت و نظر معلم را دنبال کنید. باتری بیشتری اضافه نکنید تا لامپ به زور روشن شود. سیم گیره‌دار کار را راحت‌تر می‌کند و نیازی به لحیم‌کاری ندارد. اگر سیم معمولی دارید، آماده‌کردن سر سیم و بازکردن مقدار کمی از روکش فقط بر عهده بزرگ‌تر است؛ با دندان یا تیغ این کار را انجام ندهید.
مدار باز و مدار بسته یعنی چه؟
به مسیر وصل‌شده بین دو سر باتری که از لامپ و سیم‌ها می‌گذرد، مدار می‌گوییم. وقتی مسیر کامل باشد و همه قطعه‌ها درست به هم وصل شوند، جریان می‌تواند از مدار عبور کند. در این حالت، لامپ مناسب روشن می‌شود. به این وضعیت «مدار بسته» می‌گوییم. بسته در اینجا یعنی مسیر قطع نیست؛ معنی آن خاموش‌بودن کلید نیست.
اگر یک اتصال را باز کنید یا کلید را در حالت قطع بگذارید، مسیر کامل نیست. این وضعیت «مدار باز» نام دارد و لامپ خاموش می‌ماند. یک سیم که فقط از باتری به یک پایه لامپ رفته، مسیر کامل نمی‌سازد. باید از پایه دیگر لامپ هم راهی به سر دیگر باتری وجود داشته باشد. رنگ سیم‌ها به‌تنهایی باعث روشن‌شدن لامپ نمی‌شود؛ اتصال فلزی درست مهم است.
| قطعه | کار آن در این مدل |
|---|---|
| باتری | انرژی لازم مدار را فراهم می‌کند |
| سیم رابط | بین قطعه‌ها اتصال رسانا برقرار می‌کند |
| لامپ کوچک | با عبور جریان، نور و مقداری گرما تولید می‌کند |
| کلید | مسیر را باز یا بسته می‌کند |
| مقوا | قطعه‌ها را مرتب و ثابت نگه می‌دارد |
آموزش ساخت مدار الکتریکی ساده با باتری و لامپ
مرحله اول؛ قطعه‌ها را بدون اتصال بچینید
باتری را فعلاً بیرون جاباتری نگه دارید. لامپ را آرام داخل سرپیچ مناسب ببندید. جاباتری را سمت چپ مقوا، لامپ را در وسط و کلید را سمت راست بگذارید. میان قطعه‌ها کمی فاصله نگه دارید تا گیره‌ها به هم برخورد نکنند. هنوز همه چیز را محکم نچسبانید؛ ابتدا باید کارکرد مدار را امتحان کنید.
کنار هر قطعه یک کاغذ کوچک با نام آن قرار دهید. روی جاباتری، علامت مثبت و منفی را پیدا کنید. برای سرپیچ و کلید از دو برچسب موقت «الف» و «ب» استفاده کنید تا پایه‌ها را اشتباه نگیرید. این حروف فقط برای دنبال‌کردن آموزش‌اند و علامت مثبت و منفی واقعی آن قطعه‌ها نیستند.
مرحله دوم؛ سه اتصال را یکی‌یکی انجام دهید
- سیم اول را از پایانه مثبت جاباتری به پایه «الف» کلید وصل کنید.
- سیم دوم را از پایه «ب» کلید به پایه «الف» سرپیچ لامپ وصل کنید.
- سیم سوم را از پایه «ب» سرپیچ به پایانه منفی جاباتری وصل کنید.
- کلید را در حالت باز قرار دهید و از جدا بودن دو پایه هر قطعه مطمئن شوید.
- از بزرگ‌تر بخواهید اتصال‌ها را بررسی کند، سپس باتری را مطابق علامت‌ها در جاباتری بگذارید.
- کلید را برای مشاهده کوتاه ببندید؛ اگر مدار درست باشد، لامپ روشن می‌شود.
در این مدار ساده، دو سیم کلید باید به دو پایه جداگانه آن وصل باشند. اگر هر دو را به یک پیچ وصل کنید، کلید نقش درست خود را انجام نمی‌دهد. دو سیم سرپیچ هم باید به دو پایانه متفاوت آن بروند. گیره باید بخش فلزی پایانه را بگیرد؛ گرفتن قسمت پلاستیکی یا روکش سیم اتصال الکتریکی برقرار نمی‌کند.
دو سر باتری را با سیم مستقیم به هم وصل نکنید. لامپ باید داخل مسیر باشد. اتصال مستقیم می‌تواند سیم یا باتری را داغ کند. اگر گرمای غیرعادی، بوی نامعمول یا آسیب دیدید، کار را متوقف کنید و از بزرگ‌تر بخواهید باتری را از مدار جدا کند. برای دیدن نتیجه لازم نیست لامپ را مدت طولانی روشن بگذارید.
مرحله سوم؛ روشن و خاموش‌شدن را مقایسه کنید
یک بار کلید را ببندید و روشن‌شدن لامپ را ببینید. بعد آن را باز کنید. از دوستتان بخواهید پیش از حرکت بعدی حدس بزند چه اتفاقی می‌افتد. سپس نام مدار باز یا بسته را بگوید. اگر لامپ در هر دو حالت روشن می‌ماند، اول اتصال دو پایه کلید و مسیر سیم‌ها را دوباره بررسی کنید.
پس از اطمینان، باتری را بیرون بیاورید و بدنه قطعه‌ها را روی مقوا ثابت کنید. چسب را روی شیشه لامپ، محل تماس فلزی یا قسمت متحرک کلید نزنید. گیره‌ها باید برای بررسی دوباره در دسترس بمانند. سیم‌ها را با چند تکه نوار کاغذی مرتب کنید، اما آن‌ها را زیر کشش قرار ندهید؛ کشیدگی ممکن است اتصال را شل کند.
ساخت کلید ساده با گیره کاغذ برای علوم چهارم
اگر کلید آماده دارید، همان برای مدل نخست کافی است. برای شناخت بهتر قطع و وصل، می‌توانید یک کلید دست‌ساز هم درست کنید. یک تکه مقوای حدود هشت در پنج سانتی‌متر بردارید. بزرگ‌تر دو پونز دوشاخه را روی آن نصب کند و سرهای تیز یا لبه‌ها را زیر مقوا با نوار بپوشاند. فاصله آن‌ها باید طوری باشد که گیره بتواند هر دو را به هم وصل کند.
یک سر گیره فلزی بدون روکش را زیر سر پونز اول نگه دارید تا مثل بازو بچرخد. سر آزاد گیره با چرخیدن به پونز دوم می‌رسد. وقتی گیره به فلز پونز دوم تماس داشته باشد، مسیر بسته است. وقتی از آن فاصله بگیرد، مسیر باز می‌شود. گیره پلاستیکی یا گیره‌ای که همه سطحش رنگ عایق دارد، برای تماس مناسب نیست.
باتری را جدا کنید و کلید دست‌ساز را به‌جای کلید آماده بگذارید: یک سیم به فلز پونز اول و سیم دیگر به فلز پونز دوم وصل می‌شود. دو سیم نباید زیر یک پونز جمع شوند. از بزرگ‌تر بخواهید اتصال را بررسی کند. سپس باتری را جا بگذارید و حرکت کوتاه گیره را امتحان کنید. نام «باز» و «بسته» را کنار دو حالت بنویسید.
کاردستی خانه روشن با مدار برق کلاس چهارم
بعد از ساخت مدار، یک خانه ساده به زمینه اضافه کنید. مستطیلی حدود پانزده در دوازده سانتی‌متر برای نمای خانه ببرید. یک مثلث برای سقف، یک در و دو پنجره کاغذی روی آن بچسبانید. پایین مستطیل یک زبانه دو سانتی‌متری اضافه نگه دارید و آن را تا کنید تا نمای خانه روی زمینه بایستد. پایه را دور از پایانه‌ها و شیشه لامپ قرار دهید.
لامپ را جلوی خانه مثل چراغ حیاط نگه دارید تا هم دیده شود و هم به کاغذ نچسبد. روی آن سقف یا پوشش کاغذی نگذارید؛ لامپ رشته‌ای هنگام روشن‌بودن گرم می‌شود. باتری و کلید را پشت دیوار پنهان نکنید. برای پروژه علوم، دیده‌شدن مسیر سیم‌ها مهم‌تر از واقعی‌بودن ظاهر خانه است.
می‌توانید درخت، نیمکت یا تابلوی نام هم بسازید، اما تزیینات را روی اتصالات نگذارید. برای طرح پنجره و درخت، از ایده‌های نقاشی ساده برای دفتر مشق کمک بگیرید. برای حاشیه زمینه هم آموزش تزیین دفتر مشق طرح‌های ساده دارد. عنوان «مدار برق کلاس چهارم» را خوانا بالای کار بنویسید.
اگر مقوای زمینه نازک است، دو لایه تمیز را به هم بچسبانید. لازم نیست همه وسایل نو باشند. درباره استفاده دوباره از مقوا و تفاوت آن با بازیافت، در آموزش کاردستی تولید کاغذ کلاس ششم هم توضیح داده‌ایم. قطعات برقی این پروژه باید سالم و مناسب باشند؛ وسایل خرابِ متصل به برق خانه را برای پیدا کردن قطعه باز نکنید.
چرا لامپ مدار ساده روشن نمی‌شود؟
اگر لامپ روشن نشد، همه اتصال‌ها را یک‌باره عوض نکنید. کلید را باز کنید، باتری را جدا کنید و از یک نقطه شروع کنید. از مسیر نوشته‌شده در آموزش کمک بگیرید. هر بار فقط یک مشکل را اصلاح کنید تا بفهمید علت چه بوده است. خاموش‌ماندن لامپ همیشه به معنی خراب‌بودن باتری نیست.
| چیزی که می‌بینید | چه چیزی را بررسی کنید؟ |
|---|---|
| لامپ همیشه خاموش است | کلید بسته، اتصال فلز به فلز، جاگیری باتری و سلامت لامپ |
| لامپ با تکان سیم چشمک می‌زند | گیره یا پیچ شل و روکش باقی‌مانده روی محل تماس |
| کلید اثری ندارد | وصل نبودن هر دو سیم به یک پایه یا وجود مسیر دورزننده کلید |
| لامپ کم‌نور است | سازگاری لامپ و باتری، ضعیف‌شدن باتری یا اتصال ضعیف |
| سیم یا باتری غیرعادی گرم می‌شود | توقف کار و بررسی اتصال مستقیم دو سر باتری توسط بزرگ‌تر |
به برچسب لامپ نگاه کنید. اگر برای ولتاژ بالاتری ساخته شده باشد، ممکن است با یک باتری قلمی روشن نشود یا کم‌نور باشد. راه‌حل این نیست که هر تعداد باتری پیدا کردید اضافه کنید. از لامپ مناسب یا مجموعه آموزشی هماهنگ استفاده کنید. لامپ شکسته، باتری نشت‌کرده و سیم با روکش آسیب‌دیده را به کار نبرید.
آزمایش رسانا و نارسانا با همین مدار
بعد از کامل‌شدن مدار، معلم می‌تواند یک آزمایش کوچک با اجسام خشک و تمیز ترتیب دهد. باتری را جدا کنید و به‌جای کلید، دو سر آزاد برای تماس با جسم آزمایش بگذارید؛ لامپ همچنان باید در مسیر باشد. با کمک بزرگ‌تر، دو سر را به دو نقطه یک گیره فلزی بدون روکش یا یک تکه پلاستیک خشک بزنید و مشاهده را یادداشت کنید.
مواد فلزی مناسب معمولاً مسیر را برقرار می‌کنند، اما پلاستیک خشک معمولی چنین کاری نمی‌کند. با این حال، خاموش‌ماندن لامپ به‌تنهایی همیشه نتیجه قطعی نیست؛ تماس ضعیف، رنگ سطح یا خرابی مدار هم ممکن است علت باشد. پیش و پس از آزمایش، مدار را با اتصال شناخته‌شده بررسی کنید. آب، بدن، پریز و وسیله برقی را وارد این آزمایش نکنید.
یک جدول سه‌ستونی با «نام جسم»، «حدس من» و «مشاهده من» بکشید. پیش از امتحان، حدس خودتان را بنویسید. بعد بگویید چه دیدید و آیا لازم است اتصال را دوباره بررسی کنید. این کار از روشن‌کردن ساده لامپ یک فعالیت علمی می‌سازد، چون هم پیش‌بینی دارید و هم نتیجه مشاهده‌شده را ثبت می‌کنید.
برای معرفی کاردستی مدار برق در کلاس چه بگوییم؟
با این جمله شروع کنید: «من یک مدار با باتری، لامپ، سیم و کلید ساختم. وقتی کلید بسته است، مسیر کامل می‌شود و لامپ روشن می‌شود. با بازکردن کلید، مسیر قطع و لامپ خاموش می‌شود.» بعد قطعه‌ها را یکی‌یکی نشان دهید. اگر کلید دست‌ساز دارید، فاصله میان گیره و پونز دوم را هم نشان بدهید.
توضیح‌ها را روی چند کارت کوچک نگه دارید تا لازم نباشد متن طولانی روی زمینه بچسبانید. برای ساخت کارت و پاکت نگهداری، روش‌های ساده آموزش کاردستی روز کتاب برای مدرسه به کار می‌آید. موقع حمل، باتری را بیرون بگذارید و لامپ را از ضربه محافظت کنید. پس از ارائه هم مدار را خاموش و باتری را جدا کنید.
پرسش‌های رایج درباره کاردستی مدار برق کلاس چهارم
بدون کلید هم می‌توان لامپ را روشن کرد؟
بله؛ در یک مدار ساده می‌توان با دو سیم، دو سر باتری را به دو پایانه جداگانه سرپیچ وصل کرد. اما وجود کلید کمک می‌کند قطع و وصل مسیر را ببینید و توضیح دهید. برای مدل این آموزش از کلید استفاده کنید و اتصال‌ها را فقط وقتی باتری جداست تغییر دهید.
به‌جای لامپ، موتور بگذاریم؟
برای نخستین مدل، همان لامپ مناسب را نگه دارید. موتور آموزشی هم باید با باتری سازگار باشد و بخش متحرک آن نیاز به مراقبت دارد. اگر بعداً با راهنمایی معلم سراغ حرکت رفتید، آموزش کاردستی پنکه برقی یک موضوع جداست؛ قطعات و روش آن را با این مدار مخلوط نکنید.
آیا رنگ سیم‌ها باید حتماً مثل عکس باشد؟
نه؛ رنگ‌های متفاوت فقط دنبال‌کردن مسیر را آسان‌تر می‌کنند. مهم این است که هر سیم به پایانه درست برسد و تماس محکم داشته باشد. پیش از جاگذاشتن باتری، با انگشت و بدون دست‌زدن به فلزها مسیر را از یک سر جاباتری تا سر دیگر دنبال کنید و نام قطعه‌های بین راه را بگویید.
منابع آموزشی: سازمان پژوهش و برنامه‌ریزی آموزشی، علوم تجربی چهارم دبستان، درس «انرژی الکتریکی»؛ اکسپلوراتوریوم، راهنمای Circuit Boards؛ مرکز علمی Energizer، فعالیت Make a Simple Circuit؛ انجمن شیمی آمریکا، فعالیت Metals — They’re Electrifying.
