Ζυμαροκυκλώματα

Φτιάχνουμε ζυμαροκυκλώματα … για παιχνίδι, επιστήμη & φαντασία

Υλικά που χρειαζόμαστε

φτιάχνουμε αγώγιμο και μη αγώγιμο ζυμάρι σύμφωνα με τις συνταγές που έχουμε παρακάτω χρώματα ζαχαροπλαστικής είτε σε "πάστα", είτε υγρά ή ακόμα και σκόνης πλαστικές σακούλες zip ή πλαστικά δοχεία με καπάκι που να κλείνουν καλά για την αποθήκευση/διατήρηση των ζυμαριών μας στο ψηγείο καλώδια, αλουμινοκαλώδια, θήκες για μπαταρίες κλπ. μικρά λαμπάκια LED των 5, 8 και 10 mm, απλά & χαμηλής φωτεινότητας, όλων των διαθέσιμων χρωμάτων μπαταρίες των 9 Volt ή των 4,5 Volt ή ακόμα και συνδυασμό μπαταριών 1,5 Volt με αντίστοιχες θήκες για 3 ή 4 τέτοιες μπαταρίες μοτεράκια ή/και buzzers για να εμπλουτίσουμε τις κατασκευές μας με κίνηση και ήχο

Τι θα κάνουμε
Δείτε και κατεβάστε εδώ τις "συνταγές" για να φτιάξετε τα αγώγιμα και τα μη αγώγιμα ζυμάρια, που θα χρειαστούμε για τα ζυμαροκυκλώματα.
Το πείραμα αυτό μπορεί να είναι σχετικά απλό, περιλαμβάνει δύο κύρια υλικά: αγώγιμο ζυμάρι (που περιέχει αλάτι ή άλλα ιόντα που επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρισμού) και μη αγώγιμο ζυμάρι (που δεν έχει τέτοιες ιδιότητες, π.χ. ζυμάρι με αλεύρι και νερό χωρίς αλάτι, αλλά με ζάχαρη, ας πούμε) και μπορούμε να κατασκευάσουμε πάρα πολλά παχνιδοκυκλώματα-ζυμαροκυκλώματα, που ούτε η φαντασία μας τα περιορίζει!

Ξεκινώντας με ένα κομμάτι αγώγιμου ζυμαριού, ενσωματώνουμε τα αλουμινοκαλώδια ή τα καλώδια σκέτα ή με ακροδέκτες και συνδέουμε με την μπαταρία ή το σύστημα μπαταριών (σε μπαταριοθήκη ή συνδεμένες μεταξύ τους μπαταρίες) σε αντίθετες πλευρές, τοποθετούμε ένα LED και ελέγχουμε εάν το LED ανάβει/φωτοβολεί (εάν δεν ανάβει/φωτοβολεί, κάτι πρέπει να κάνουμε, αλλά τί ακριβώς;).

Στη συνέχεια, διαχωρίζουμε το αγώγιμο ζυμάρι σε δύο κομμάτια και γεφυρώνουμε το κενό με ένα LED για να δούμε αν αυτό ανάβει με αυτόν το τρόπο. Πειραματιζόμαστε με την αντιστροφή του LED και τη δημιουργία σύντομων κυκλωμάτων για να διαπιστωθεί η συμπεριφορά της ροής του ρεύματος.

Έπειτα, δημιουργούμε ένα "σάντουιτς" με το μονωτικό ζυμάρι μεταξύ δύο κομματιών αγώγιμου ζυμαριού και έλεγχουμε εάν το LED ανάβει, που συνδέουμε βυθίζοντας τα "ποδαράκια" του μέσα στα δύο μέρη του αγώγιμου ζυμαριού που διαχωρίζεται από το μη αγώγιμο.

Αυτή είναι η βασική ιδέα της δημιουργίας των ζυμαροκυκλωμάτων. Αφήστε τώρα τη φαντασία σας ελεύθερη για δημιουργία "καλλιτεχνικών ζυμαροκυκλωμάτων"!!! Μπορείτε ακόμα να κάνετε πράξη κάποια απ΄πο τα παρακάτω:

• Σχεδιάστε παιχνίδια όπου μπορείτε να συναρμολογήσετε τα δικά σας κυκλώματα για να λύσετε προβλήματα ή να ολοκληρώσετε διερευνήσει και αποστολές.
• Οργανώστε διαγωνισμούς κατασκευής κυκλωμάτων για να "απελευθερώστε" τη δημιουργικότητα και την κριτική σκέψη.
• Χρησιμοποιήστε τα ζυμαροκυκλωματα για να δημιουργήσετε λαμπερές διακοσμήσεις ή έργα τέχνης που ενσωματώνουν φωτισμό LED.
• Συνδυάστε τα ζυμαροκυκλωματα με άλλα εκπαιδευτικά εργαλεία ή υλικά για να εξερευνήσετε περισσότερες διαθεματικές δυνατότητες, μέσα από την τέχνη, τη μουσική ή την επιστήμη και την τεχνολογία, ευρύτερα.

Ερωτήματα

• Τι συμβαίνει όταν βάζουμε αλάτι στο ζυμάρι;
• Πώς επηρεάζει το αλάτι την ικανότητα του ζυμαριού να "επιτρέπει" στο ηλεκτρικό ρεύμα να "περάσει" από μέσα του;
• Ποιο ζυμάρι αφήνει το ρεύμα να "περάσει" πιο εύκολα; Το αγώγιμο ή το μη αγώγιμο;
• Γιατί το μη αγώγιμο ζυμάρι δεν αφήνει το ρεύμα να "περάσει";
• Τι θα συμβεί αν βάλουμε πολύ νερό ή πολύ αλάτι στο ζυμάρι; Θα αλλάξει η ποσότητα του ρεύματος που "περνάει";
• Ποια είναι η διαφορά στην ποσότητα του ρεύματος που "περνάει" από το αγώγιμο ζυμάρι και από το μη αγώγιμο ζυμάρι;
• Τι ρόλο παίζει η θερμοκρασία στο πείραμα; Αν ζεστάνουμε το ζυμάρι, θα περάσει περισσότερο ρεύμα;
• Μπορείς να φτιάξεις ένα κύκλωμα μόνο με ζυμάρι και να το χρησιμοποιήσεις για να ανάψεις ένα φως/λαμπάκι;
• Πώς μπορούμε να κάνουμε το ζυμάρι πιο αγώγιμο; Τι πρέπει να προσθέσουμε ή να αλλάξουμε;
• Αν πιέσουμε το ζυμάρι, θα αλλάξει η ικανότητά του να "μεταφέρει" ρεύμα;
• Ποιοι άλλοι παράγοντες (π.χ. σχήμα ή πάχος του ζυμαριού) μπορεί να επηρεάσουν το ρεύμα που "περνάει" μέσα από αυτό;

Τι συμβαίνει;

Στο αγώγιμο ζυμάρι περιλαμβάνονται αλάτι και κρεμόριο, τα οποία περιέχουν ιόντα που επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικών φορτίων μέσω αυτών. Στο μη αγώγιμο - "μονωτικό" ζυμάρι, δεν περιλαμβάνονται αλάτι και κρεμόριο και συνιστάται η χρήση αποσταγμένου νερού. Η ζάχαρη δεν άγει το ηλεκτρισμό με τον ίδιο τρόπο που το κάνει το αλάτι. Το νερό από τη βρύση συχνά περιέχει άλαταχρήση, γι αυτό και η χρήση αποσταγμένου νερού αφαιρεί αυτά τα αγώγιμα στοιχεία.
Η ζάχαρη προστίθεται στην παρασκευή του μη αγώγιμου ζυμαριού διότι, σε αντίθεση με το αλάτι, δεν "άγει"τον ηλεκτρισμό. Αυτό βοηθάει να διασφαλίσουμε ότι το ζυμάρι δεν θα είναι αγώγιμο και δεν θα επιτρέπει τη ροή ηλεκτρικών φορτίων. Στην ουσία, η ζάχαρη χρησιμοποιείται για να παρέχει την απαραίτητη υφή/πυκνότητα στο ζυμάρι χωρίς να συμβάλλει στην αγωγιμότητά του, επιτρέποντας έτσι στο ζυμάρι να παραμείνει μονωτικό.
Το ζυμάρι που περιέχει αλάτι και κρεμόριο είναι αγώγιμο γιατί το αλάτι περιέχει ιόντα, τα οποία επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικών φορτίων μέσα από το ζυμάρι. Αυτά τα ιόντα λειτουργούν ως αγωγοί του ηλεκτρισμού, δημιουργώντας ένα περιβάλλον όπου η ηλεκτρική ενέργεια, ο ηλεκτρισμός, μπορεί να "ρέει" ελεύθερα. Το κρεμόριο δεν είναι ακριβώς αυτό που προκαλεί την αγωγιμότητα, αλλά σε συνδυασμό με το αλάτι, βοηθά στην καλύτερη συνοχή και υφή του ζυμαριού, ενώ ταυτόχρονα διευκολύνει την κίνηση των ιόντων μέσα του. Γι' αυτό, το συγκεκριμένο ζυμάρι είναι αγώγιμο και χρησιμοποιείται για πειράματα ή εφαρμογές που απαιτούν τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας/ηλεκτρισμού.

Η αγωγιμότητα ενός υλικού εξαρτάται από την ικανότητά του να επιτρέπει την ροή ηλεκτρικού ρεύματος, δηλαδή να έχει ελεύθερα ηλεκτρόνια ή ιόντα που μπορούν να κινηθούν όταν εφαρμοστεί εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο.
Το αγώγιμο ζυμάρι περιέχει ιόντα (όπως νάτριο ή χλωριόντα από το αλάτι), τα οποία δρουν ως φορείς φόρτισης. Όταν εφαρμόζεται τάση (π.χ. από μία μπαταρία), τα ιόντα κινούνται μέσα στο ζυμάρι και δημιουργείται ρεύμα. Η αγωγιμότητα εξαρτάται από τη συγκέντρωση αυτών των ιόντων – όσο περισσότερα ιόντα περιέχει το ζυμάρι, τόσο καλύτερη είναι η αγωγιμότητα του υλικού.
Το μη αγώγιμο ζυμάρι, αντίθετα, δεν περιέχει ελεύθερα ιόντα ή ελεύθερα ηλεκτρόνια που να μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια/ηλεκτρισμό. Έτσι, η αντίστασή του είναι πολύ υψηλή και η ροή του ρεύματος είναι πολύ περιορισμένη ή μηδενική. Το νερό, το αλεύρι και άλλα υλικά που χρησιμοποιούνται για να φτιάξουμε το μη αγώγιμο ζυμάρι δεν επιτρέπουν τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος.

Σε μοριακό/σωματιδιακό επίπεδο, η αγωγιμότητα σε αγώγιμα υλικά όπως το ζυμάρι προκύπτει από την ικανότητα των ιόντων να μετακινούνται. Στο αγώγιμο ζυμάρι, το αλάτι (π.χ. χλωριούχο νάτριο) διασπάται σε ιόντα (Na⁺ και Cl⁻) όταν διαλύεται στο νερό. Αυτά τα ιόντα μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια όταν εφαρμοστεί τάση. Για το μη αγώγιμο ζυμάρι, τα μόρια δεν διασπώνται σε ελεύθερα ιόντα, οπότε δεν υπάρχουν φορείς φορτίου για να μεταφέρουν ηλεκτρική ενέργεια/ηλεκτρισμό. Ομοίως, τα άτομα του αλευριού δεν περιέχουν "κινούμενα" ηλεκτρόνια ή ιόντα, οπότε η αγωγιμότητα είναι πολύ περιορισμένη.

Διδακτική αξιοποίηση

Αυτό το σχέδιο εργασίας (project) με τα Ζυμαροκυκλώματα και τις φανταστικές κατασκευές που φτιάχνουν τα παιδιά, είναι μια εξαιρετική ατομική ή/και ομαδική εργασία για την αξιολόγηση της συλλογικής δουλειάς των παιδιών, αλλά και για τη διερεύνηση της κατανόησης των φαινομένων και εννοιών, που σχετίζονται με τα ηλεκτρικά κυκλώματα (τελική, αλλά και διαμορφωτική αξιολόγηση). Πρόκειται για μια δραστηριότητα που αυξάνει την οικειοποίηση και τη δέσμευση των παιδιών, μέσα από τη διαδικασία κατασκευής του "δικού τους παιχνιδιού". Η φαντασία και η δημιουργικότητα κερδίζουν έδαφος και εκφράζονται μέσα από το τελικό ομαδικό αποτέλεσμα, μέσα από μία σύνθεση τέχνης και επιστήμης. Οι κατασκευές των ζυμαροκυκλωμάτων εντάσσονται στην ενότητα "Ηλεκτρισμός" της Ε΄ τάξης και συγκεκριμένα στα ηλεκτρικά κυκλώματα [Φύλλα Εργασίας 4-8] και αποτελεί μια συλλογική και ανακεφαλαιωτική δραστηριότητα, επίσης. Μπορείτε να κατασκευάσετε κι εσείς τα δικά σας "ζυμαροκυκλώματα" και να τα μοιραστείτε με άλλα παιδιά και εκπαιδευτικούς.

Δείτε παρακάτω την πρωτοπόρο της ιδέας των ζυμαροκυκλωμάτων, AnnMarie Thomas σε μία ομιλία TED (2011), με θέμα: "Squishy Circuits with play dough" και με ελληνικούς υπότιτλους

Δείτε με τη βασική ιδέα των ζυμαροκυκλωμάτων, με το πρώτο κύκλωμα με διαχωρισμό δύο κομματιών αγώγιμου ζυμαριού!

Δείτε με τη βασική ιδέα ενός ζυμαροκυκλώματος, με δύο κομμάτια ζυμαριού!

Δείτε με τη βασική ιδέα ενός ζυμαροκυκλώματος, με ένα διακόπτη!

Δείτε μια πιο προχωρημένη ιδέα κατασκευής ζυμαροκυκλώματος, ή αλλιώς φτιάχνοντας ένα ζυμαροκυκλωματολαγό

Δείτε με τη βασική ιδέα των ζυμαροκυκλωμάτων, και τα πρώτα απλά πειράματα

Δείτε με τη βασική ιδέα των ζυμαροκυκλωμάτων, με αγώγιμο ζυμάρι με αλάτι και πλαστελίνη για μη αγώγιμο υλικό/ζυμάρι

Δείτε με τη βασική ιδέα παρασκευής αγώγιμου ζυμαριού (με λεμόνι αντί για κρεμόριο) για τα ζυμαροκυκλώματα και μερικές ιδέες σύνδεσης μπαταριών και LEDs