TOA ONTWIKKELTEAM Practicumboekje

1

Colofon Auteurs, TOA Ontwikkelteam 2011-2012:

Ans Assink

Alice Bal

Henriette klein Bluemink

Cees van Doorn

Annemarie Herder

Henny Hesselink

Erik Jansen

Jacqueline Kolkman

Richard Leusenkamp

Hetty Lourens

Anton Makkink

Merjo Polman-Bovenhorst

Bert Roelink

Johan de Ruyter

Lia Siebelder

José Stinenbosch

Karin de Vries

Johanna van der Wal Eindredactie: Frans Carelsen en Rianne Wanders.

Alle practica voorschriften zijn volgens een ‘Getting Practical’ format opgesteld.

2

Inhoudsopgave Colofon ....................................................................................................................................... 1

SCHEIKUNDE Alcoholbepaling door reactie met basisch kaliumpermanganaat ............................................. 4

Chromatografie – Blauw is niet altijd blauw .............................................................................. 9

Het kopergehalte van een kunstmestoplossing ....................................................................... 13

Bodemonderzoek, bindend vermogen van grond ................................................................... 16

Reactiesnelheid - Waar hangt de reactiesnelheid van af? ....................................................... 19

Bepaling van vitamine C met behulp van een pH meter (LabQuest) ....................................... 24

NATUURKUNDE Bloeddrukmeten met Coach .................................................................................................... 34

Temperatuursensor: een experiment ...................................................................................... 40

Spanning, stroom en vermogen .............................................................................................. 43

Welke bewegingen maakt een steentje ingeklemd in het loopvlak van een autoband .......... 47

Condenseren ............................................................................................................................ 56

Een boomhoogtemeter maken ................................................................................................ 59

BIOLOGIE Enzymactiviteit van lactase ...................................................................................................... 66

Isolatie van DNA uit een kiwi ................................................................................................... 71

Diffusiesnelheid bij verschillende temperaturen ..................................................................... 73

Celbiologie – traanvocht .......................................................................................................... 77

Katalaseactiviteit in verschillende weefsels bij verschillende temperaturen .......................... 79

De watervlo .............................................................................................................................. 82

BIJLAGEN

Peervragen bij de module Elektriciteit klas 4 vwo ................................................................... 93

Alternatief voor het verdoven van fruitvliegen ....................................................................... 99

3

SCHEIKUNDE Practica

4

Alcoholbepaling door reactie met basisch kaliumpermanganaat Ans Assink, Marianum, Groenlo

Introductie Je gaat het alcoholgehalte bepalen/controleren van oude jenever. Op het etiket van de fles staat 38vol% alcohol. Alcohol kan reageren met het permanganaation, MnO4

-. Dat gebeurt in de aanwezigheid van hydroxide-ionen, OH-. De volgende reactie vindt plaats: CH3CH2OH (aq) + 2MnO4

- (aq) + 2OH- (aq) CH3CHO (aq) + 2MnO42- (aq) + 2H2O (l)

paars groen MnO4

- geeft een paars/violette kleur (zie tabel 65B uit de BINAS). MnO42- geeft een groene

kleur. Het ethanol, CH3CH2OH, wordt omgezet in ethanal, CH3CHO, een vergelijkbare omzetting vindt plaats in je lichaam. In deze proef ga je bepalen hoe lang deze omzetting duurt. We kiezen de omstandigheden van de proef zo dat de snelheid van de reactie bepaald wordt door de alcoholconcentratie. De reactiesnelheid van een reactie kan je op de volgende manier weergeven: hoeveelheid stof die ontstaat De reactiesnelheid = ________________________________

gemeten tijd Hiervan maak je gebruik als je bij deze reactie de reactiesnelheid wilt bepalen. Je meet dan de tijd, die nodig is om de oplossing groen te kleuren. We gaan er vanuit dat als je de oplossing net groen ziet kleuren iedere keer dezelfde hoeveelheid MnO4

2- is ontstaan. Bij een korte tijd hoort een grote reactiesnelheid, omdat de hoeveelheid MnO4

2- in kortere tijd is ontstaan. Je kunt dit vergelijken met je tocht van school naar huis. Als je daar korter over doet, heb je sneller gefietst. De afstand ligt vast, die is altijd gelijk (mits je dezelfde route neemt). De reactiesnelheid is rechtevenredig met 1/tijd omdat de hoeveelheid permanganaat die omgezet wordt bij iedere proef gelijk is, alleen de tijd (in seconden) waarin dit gebeurt is anders. We stoppen de meting iedere keer als de oplossing waarneembaar groen is geworden. reactiesnelheid ~ 1/t

5

De reactiesnelheid hangt ook af van het alcoholconcentratie. Daartoe laten we iedere keer dezelfde hoeveelheid permanganaat reageren met een grotere overmaat alcohol. Gedurende de proef wordt de alcoholconcentratie als constant verondersteld. De hoeveelheid permanganaat die bij iedere proef wordt omgezet is hetzelfde. Daardoor hangt de snelheid van de omzetting (buiten de temperatuur) alleen af van gebruikte alcoholconcentratie. Door de proef bij verschillende alcoholconcentraties uit te voeren kunnen we een ijklijn opstellen waarbij de reactiesnelheid is uitgezet tegen de alcoholconcentratie. Reactiesnelheid (s-1) = constante ∙ [CH3CH2OH]

Lesorganisatie De proef is beschreven voor de bepaling van het alcoholgehalte in oude jenever. Het kan ook toegepast worden op andere alcoholhoudende vloeistoffen, alleen moeten deze eerst worden gedestilleerd ( 2 maal of met vigreux). Indien de leerlingen kunnen pipetteren is deze proef uit te voeren in 60 minuten. Indien er moet worden gedestilleerd, zijn er 2 lesuren nodig. Deze proef met vragen is geschreven voor 6 vwo leerlingen. De proef zelf is ook uit te voeren door lagere klassen, maar dan moeten de vragen worden aangepast.

Apparatuur en materiaal 1vol% alcoholoplossing

Eigen destillaat of jenever

Demiwater

1,00M natronloog (Na+ (aq) + OH- (aq) )

0,02 M kaliumpermanganaatoplossing, (K+ (aq) + MnO4- (aq))

100 mL erlenmeyer

pipetten van 5, 10, 15 en 20 mL

Automatische pipet 0-1 mL

Computer met Coach

TOA aanwijzingen en veiligheid Het afval , dat kaliumpermanganaat bevat moet afgevoerd worden bij de zware metalen. Voor de goede gang van zaken is het handig om te beginnen met het maken van de eerste oplossing. Als deze loopt in het coachprogramma kan ondertussen de volgende gemaakt worden. Hierdoor gebruikt men de tijd zo optimaal mogelijk. Omdat deze proef gaat over concentraties, mag men de vloeistoffen na het pipetteren niet naspoelen. De goede volgorde is dus, ethanol, natronloog, water. Tot slot kan men de kaliumpermanganaatoplossing in de erlenmeyer brengen met de automatische pipet.

Procedure We voeren deze proef uit met de colorimeter gekoppeld aan Coach 6 en een computer. Voer de volgende acties uit:

- Start de computer met Coach op. - Sluit de spectrofotometer aan op Coach. - Kies 635 nm als te gebruiken golflengte.

6

- Stel nieuw diagram in met C1: op x-as tijd 600 sec. C2: y-as extinctie. - In een 2e grafiek plaats je de afgeleide van het eerste diagram. - Kalibreer nu met een cuvet met demiwwater de spectrofotometer (op nul zetten).

Druk op CAL en wacht tot het rode lampje niet meer knippert. - Voeg volgens de tabel de stoffen bij elkaar in een 100mL erlenmeyer:

Aantal mL alcohol oplossing (1vol%)

H2O (ml)

1,0 M NaOH (ml)

0,02 M KMnO4 (ml)

Vol % alc berekend

Tijd tot de oplossing groen kleurt (sec)

Reactie-snelheid = 1/ t

5

20 5 0,25

10

15 5 0,25

15

10 5 0,25

20

5 5 0,25

- Voeg pas als laatste de kaliumpermanganaatoplossing toe en start daarna gelijk de

tijdsmeting op de computer. - Start de meting met coach (groene knop) - Homogeniseer de inhoud van de erlenmeyer en breng een gedeelte van de oplossing

over in de cuvet. Plaats de cuvet in de spectrofotometer en sluit de klep. - Je ziet de oplossing in de erlenmeyer veranderen zodat je ook ziet wat in de cuvet

gebeurd. - Stop de meting zodra de absorptie maximaal is geworden. De computer stopt zelf na

10 minuten, maar je kunt zelf eerder afkappen. Let op de kleur in de erlenmeyer. Na groenkleuring is de reactie nog niet afgelopen (zie vraag 3).

- Maak in Excel een grafiek met op de x-as het volume% alcohol en op de y-as 1/t tijd (sec). Neem de oorsprong in je grafiek mee, immers.....? (zie vraag 1)

- Verdun je monster (oude jenever) dusdanig dat de alcoholconcentratie binnen de ijkreeks valt. Als het goed is weet je zelf hoe je moet verdunnen.

Noteer hieronder hoeveel keer je het monster verdund hebt: Verdunningsfactor monster: ………

Aantal mL monster

H2O (ml)

1,0 M NaOH (ml)

0,02 M KMnO4 (ml)

Tijd tot de oplossing groen kleurt (sec)

Reactiesnelheid = 1/ t

Vol% alc berekend

25

0

5

0,25

7

Bepaal met behulp van je ijklijn het volume% alcohol van je verdunde monster en bereken vervolgens het vol% alcohol in je onverdunde monster.

Vragen bij de proef 1. Leg uit waarom de oorsprong onderdeel moet zijn van de grafiek in excel. 2. Geef van de reactie die plaatsvindt de twee halfreacties 3. Geef de redoxreactie met basisch kaliumpermanganaat als het gevormde aldehyde

verder reageert tot azijnzuur. 4. Bereken het alcohol percentage van de jenever en geef een

nauwkeurigheidsbeschouwing. 5. In Coach kun je kiezen uit 4 verschillende golflengten ( 430-470-565-635). Waarom

wordt er gekozen voor 635 nm als golflengte? Gebruik onderstaande afbeelding bij de uitleg.

6. Laat door middel van een berekening zien, dat de hoeveelheid ethanol in overmaat aanwezig is. Verklaar m.b.v. het deeltjesmodel, waarom de tijd afneemt als de ethanolconcentratie toeneemt.

Docent aanwijzingen Antwoorden bij de vragen:

1. Er is geen ethanol aanwezig, dus er vindt geen reactie plaats. Dus reactiesnelheid =0 Of er is geen ethanol aanwezig, dus de tijd tot verkleuren is oneindig dit betekent: 1: t 0

2. MnO4- (aq) + e- MnO4

2- (aq) 2x CH3-CH2OH(aq) + 2 OH-(aq) CH3CH=O(aq) + H2O (l) + 2 e - 1x 2 MnO4

-(aq) + CH3CH2OH(aq) 2 MNO42-(aq) + CH3CH=O (aq) + H2O(l)

3. MnO4

- (aq) + e- MnO42- (aq) 2 x

CH3CH=O(aq) + 2 OH-(aq) CH3COOH(aq) + H2O (l) + 2 e- 1 x 2 MnO4

- + CH3CH=O + 2OH- 2 MnO42- + CH3COOH + H2O

8

4. Verdunning 100 % Volgens de fles bevat de oude jenever 38 % alc. Volgens de berekening bevat de ijkreeks alcohol gehaltes van 0,165 tot 0,661 % . Voor de jenever geldt dat je de verdunde oplossing van de jenever verdund van 25 tot 30,25 mL. Dus gehalte maal 25 : 30,25 moet in dit gebied liggen. Uit grafiek volgt ethanolgehalte: ethanolgehalte x 30,25 : 25 x 100 = ethanolgehalte in fles oude jenever.

5. De oplossing wordt groen van kleur. Dit wil zeggen, dat de oplossing alle kleuren behalve groen adsorbeert. De complementaire kleur van groen is rood. De golflengte, waarbij rood het beste adsorbeert is ±700 nm. 635 is voor de spectrofotometer van coach de hoogst mogelijke golflengte.

6. Ik voer de berekening uit voor de eerste oplossing, hieruit volgen de andere berekeningen vanzelf. De oplossing in de erlenmeyer bevat de volgende hoeveelheden: 5 mL 1 % ethanol. (ethanol heeft een dichtheid van 0,80 g. mL-1, dat betekent 1ml ethanol = 0,8 gram ethanol in 100 mL).

5 mL van deze oplossing bevat dus 40 mg: Methanol= 40 : 46,08 g.mol-1 = 0,868 mmol ethanol in de erlenmeyer. 5 mL 1 M NaOH oplossing = 5 x 1 = 5 mmol Na+ + 5mmol OH-

0,25 mL 0,02 M KmnO4 =0. 25 x 0,02 = 0,005 mmol K+ + 0,005 mmol Mno4-

Ethanol(mmol) MnO4-(mmol) OH-(mmol)

B 0.868 0.005 5

O 0.0025 0.005 0.005

E 0.08655 0.000 4.995

B = begin, O = overgang, E= eind Aangezien de reactie gaat om het bepalen van de hoeveelheid ethanol met behulp van basisch kaliumpermanganaat, verandert gedurende de reactie de hoeveelheid ethanol minimaal en is dus bijna constant. Indien er 2 x zoveel ethanol deeltjes in de oplossing aanwezig zijn, is de kans dat er een effectieve botsing plaatsvindt tussen een ethanol en een permanganaat deeltje 2x zo groot.

Verdere informatie Bron: NVOX juni 2011 : Een alternatieve bepaling van het alcoholgehalte. Tinka Hogeling en Joren Nooy/ Het Amsterdams Lyceum.

9

Chromatografie – Blauw is niet altijd blauw Henriette klein Bluemink, Montessori College Twente, Hengelo

Introductie Chromatografie is een scheidingstechniek waarmee mengsels van verschillende stoffen gescheiden kunnen worden in de afzonderlijke componenten. Geschiedenis chromatografie In het woord chromatografie herken je de griekse woorden chroma (=kleur) en grafein (=schrijven). Het principe waarop chromatografie berust, is ontdekt door de Russische bioloog Michail Tsvet. Hij ontdekte dat bladgroen uit verschillende componenten (pigmenten) bestaat, en dat je de componenten kunt scheiden met behulp van chromatografie. Deze techniek is ook uitgeprobeerd met andere mengsels. Verschillende mengsels kunnen met chromatografie ook goed gescheiden worden. Zo kunnen kleurstofmengsels, in bijvoorbeeld levensmiddelen, met papierchromatografie goed onderzocht worden. In veel van onze levensmiddelen zit tegenwoordig een kleurstof om het product aantrekkelijker te maken voor de consument. De snoepjes zouden wel erg saai zijn zonder een kleur, witte cola smaakt misschien wel hetzelfde als bruine cola, maar ziet er voor sommige mensen minder lekker uit.

We willen natuurlijk wel dat de kleurstoffen die toegevoegd worden niet schadelijk voor de gezondheid zijn. Daarom zijn fabrikanten verplicht om op hun producten te vermelden welke kleurstoffen ze toegevoegd hebben aan hun product. Als je op een verpakking kijkt zie je dat de kleurstoffen vermeld staan met een E-nummer, zo is bijvoorbeeld E-120, cochenille, een rode kleurstof, gewonnen uit schildluis. Deze kleurstof wordt vaak gebruikt in vruchtenyoghurt, drinkyoghurt, gummiebeertjes en ander snoep. Onze nieuwe voedsel en warenautoriteit (n-VWA) controleert of de fabrikant zich houdt aan de afspraken die er zijn voor wat betreft kleurstoffen. De analisten bij de n-VWA kijken dus geregeld of de kleurstoffen die op de verpakking vermeld staan ook aanwezig zijn in het product; dit doen zij onder andere met behulp van papierchromatografie. Bij de chromatografietechniek zijn er twee fasen: een mobiele en een stationaire fase.

10

Hier maakt de analist gebruik van om de kleuren te onderzoeken. De analist neemt een monster van de kleur van het levensmiddel en lost dit op in zo weinig mogelijk oplosmiddel. Een druppel van de oplossing brengt hij aan op een strook papier , waarop met een potlood een horizontale streep is gezet aan de onderkant van het papier. Dit opbrengen gebeurt met behulp van een capillair (een dun glazen buisje). Deze strook zet de analist in een bekerglas met een laagje vloeistof. De vloeistof wordt opgezogen door het papier en beweegt naar boven; we noemen de vloeistof daarom loopvloeistof. Als de vloeistof de kleurstip passeert, lost een gedeelte van de kleur op. Het blijkt dat niet iedere kleurstof even goed in de loopvloeistof oplost. Ook hecht niet iedere kleurstof even goed aan het papier. Dit betekent dat iedere stof met in zijn eigen snelheid ‘meeloopt’ met de loopvloeistof. Als de analist ziet dat er geen kleur meer ‘meeloopt’ met de vloeistof haalt hij de strook papier uit de vloeistof. Hij zet met potlood een streep tot waar de vloeistof ‘gelopen’ heeft. De strook papier waarop na het drogen de verschillende kleuren te zien zijn, heet een chromatogram.

Lesorganisatie We gaan onderzoeken welke kleurstof er in het voorraadvaatje(=epje) met het vraagteken zit.

Apparatuur en materiaal Epjes met de volgende kleurstoffen:

o Kleurstof ?? o Kleurstof E123 (=amarant) o Kleurstof E133 (=briljantblauw) o Kleurstof E151 (=briljantzwart)

Bekerglas

4 glazen capillairtjes

Lineaal

Potlood

Strook chromatografiepapier

Loopvloeistof

Toa aanwijzingen en veiligheid Benodigdheden:

Kleurstof E123 (amarant)

Kleurstof E133 (briljant blauwFCF)

Kleurstof E151 (briljant zwartBN)

Epjes

Ammonia 25%

Natriumcitraatdihydraat Kleurstofoplossing maken:

11

Weeg precies 50 mg kleurstof af.

Los op in een maatkolf van 100 mL in demiwater.

Deze oplossing is tenminste 2 jaar houdbaar.

Loopvloeistof maken: - Los 5 gram natriumcitraatdihydraat op in 150 mL water. - Voeg toe 55 mL ammonia 25%, meng en vul aan tot 250 mL en meng opnieuw.

De loopvloeistof dient vers te zijn, hetgeen wil zeggen dat de ammonia vlak voor gebruik toegevoegd wordt. Onbekende mengstandaard: Er wordt een onbekende kleurstof gemaakt door kleurstof E123 en E133 te mengen en wel in de verhouding 2 staat tot 1. Dit wordt in een afsluitbaar buisje gedaan. De kleurstoffen worden afgevuld in epjes en de epjes worden gecodeerd

Opmerking: Dit kun je natuurlijk ook met andere kleurstoffen doen maar deze geven een mooi resultaat

Procedure Schrijf zelf aan de hand van bovenstaand verhaal een goede werkwijze Schrijf puntsgewijs (net als in een recept) op welke handelingen je moet gaan verrichten. Teken het chromatogram na.

Vragen bij de proef 1. Leg uit wat in deze proef de mobiele fase is. 2. Leg uit wat in deze proef de stationaire fase is. 3. Waar komt de kleurstof terecht die goed in de loopvloeistof oplost en slecht aan het

papier hecht: hoog of laag in het chromatogram? Licht je antwoord toe. 4. Waarom zet je met een potlood een horizontale streep op je papier en niet met een

pen?

Docent aanwijzingen Dit experiment is geschikt voor de klassen 3 havo en vwo Antwoorden bij de proef

1. De mobiele fase is de loopvloeistof, het is de bewegende fase. 2. De stationaire fase is het papier. 3. De kleurstof die goed in de loopvloeistof oplost en slecht aan het papier adsorbeert

komt hoog in het chromatogram terecht omdat het lang in de mobiele fase blijft zitten.

4. Penneninkt lost misschien ook op in de loopvloeistof en grafiet (waaruit de potloodstift bestaat) doet dat niet.

5. Het is een mengsel van E123 en E133. 6. Door of andere loopvloeistof of ander chromatografiepapier te kiezen. 7. Uit de kleurstoffen E123 en E133.

12

Verdere informatie Verdieping De loopafstand (Rf-waarde) wordt berekend door voor ieder vlek de afgelegde afstand (A) te delen door de afstand tussen start en front (B). De Rf--waarde is bij een bepaalde tijd (T) en een bepaalde loopvloeistof kenmerkend voor een stof.

Afgelegde weg van de stof A Rf-waarde =------------------------------------------- = ----- Afgelegde weg van de loopvloeistof(front) B

Verdiepingsvragen:

1. Bereken voor de kleurstoffen E123, E133 en E155 de Rf-waarde. 2. Bereken voor de afzonderlijke vlekken van de onbekende de Rf-waarde. 3. Beredeneer aan de hand van de berekende Rf-waardes uit welke kleurstoffen de

onbekende bestaat. 4. Klopt dit met het antwoord dat je bij vraag 7 gegeven hebt?

13

Het kopergehalte van een kunstmestoplossing Henny Hesselink, Waerdenborch, Holten

Introductie Een fabrikant krijgt als klacht dat in zijn kunstmest het kopergehalte te hoog is. De fabrikant schakelt een onderzoeksinstituut in om het kopergehalte in de door hem geproduceerde kunstmest te laten bepalen. Het instituut wil het kopergehalte in de kunstmest bepalen door middel van een conductometrische titratie. In de conductometrie of geleidbaarheidsmeting wordt gekeken naar het gemak waarmee elektrische stroom door een oplossing geleid. Bij deze conductometrische titratie wordt het geleidingsvermogen van de kunstmestoplossing gemeten tijdens een titratie met natronloog. De aanwezige koperionen zullen tijdens de titratie met natronloog reageren.

Lesorganisatie Dit experiment is in principe in één lesuur uit te voeren. Misschien is daarbij een korte, plenaire introductie nodig, afhankelijk van de ervaring van de leerlingen met de apparatuur.

Apparatuur en materiaal Spanningsbron

Ampèremeter

Roermotor + roervlo

2 koolstofelektroden + houder

3 verbindingssnoeren

Bekerglas 100 mL

Vol-pipet 25 mL

Pipetteerballon

Spuitje 1 mL

0,1 M natronloog, molariteit bekend

Kunstmestoplossing

Demi-water

Grafiekpapier

Toa aanwijzingen en veiligheid

De gebruikte kunstmest oplossing is een 0,01 M CuSO4 -oplossing. Pas op: kopersulfaat is giftig. Dus alle leerlingen handen laten wassen na afloop! Het is niet de bedoeling dat er elektrolyse optreedt aan de elektroden. Om deze reden wordt gebruikgemaakt van een wisselspanning in plaats van gelijkstroom. Het afval kan koper bevatten en moet in het afvalvat zware metalen.

Procedure Voer de titratie als volgt uit.

- Er staat een kunstmestoplossing van 2,5 gram kunstmest in 100 mL water. - Pipetteer 25,0 mL van de kunstmestoplossing in een bekerglas van 100 mL. - Zet het bekerglas op de roermotor en breng de roervlo in de oplossing.

14

- Bouw de opstelling van de foto en voeg demi-water toe, tot de elektroden in de vloeistof staan.

- Stel de spanningbron in op 10 V wisselspanning. - Meet de stroomsterkte in de oplossing . - Vul in de onderstaande tabel de gemeten stroomsterkte in. - Voeg 0,50 mL 0,1M natronloog toe met een spuitje. - Meet opnieuw de geleiding en vul de tabel in. - Herhaal meten en toevoegen 20 keer.

mL toegevoegde loog gemeten stroomsterkte (mA)

mL toegevoegde loog gemeten stroomsterkte(mA)

0

0,50 5,50

1,00 6,00

1,50 6,50

2,00 7,00

2,50 7,50

3,00 8,00

3,50 8,50

4,00 9,00

4,50 9,50

5,00 10,00

Zet de resultaten uit in een grafiek. Vertikaal wordt de stroomsterkte uitgezet en horizontaal het aantal toegevoegde mL natronloog. Geef in de grafiek aan bij welke hoeveelheid toegevoegd natronloog alle koperionen gereageerd hebben en verklaar de vorm van de grafiek.

15

Opruimen: Verzamel het koperafval in een groot bekerglas.

Vragen bij de proef Vraag bij experiment:

1. Bereken het massapercentage koper in de onderzochte kunstmest. 2. Geef de vergelijking van de optredende reactie. 3. Welke deeltjes in de oplossing zorgen ervoor dat de oplossing de stroom geleidt voor

het equivalentiepunt en welke deeltjes erna? 4. Beschrijf waarom het geleidingsvermogen zal veranderen. 5. Licht toe dat na het equivalentiepunt het geleidingsvermogen toeneemt.

Docent aanwijzingen Antwoorden bij de vragen:

2. Cu2+ (aq) + 2OH- (aq) Cu(OH)2(s) 3. Voor het equivalentiepunt: de Cu2+ en de Na+ ionen (en eventueel ionen die ook in de

kunstmestoplossing voorkomen). Na het equivalentiepunt: de Na+ en de OH- ionen (en eventueel ionen die ook in de kunstmestoplossing voorkomen).

4. Het geleidingsvermogen zal veranderen omdat de koperionen verdwijnen en er natriumionen voor in de plaats komen.

5. Het geleidingsvermogen zal eerst nauwelijks afnemen omdat de molaire iongeleidbaarheid van natriumionen nagenoeg gelijk is aan die van koperionen (5,011 en 5,38) na het equivalentiepunt zal de geleidbaarheid toenemen door de aanwezigheid van natriumionen en hydroxide-ionen, waarbij de laatste een geleidbaarheid hebben van 19,80. (Molaire iongeleidbaarheden in 10-3 Ω-1 m2 mol-1)

Verdere informatie Zie voor meer elektrochemieproefjes Show de chemie 1: L1 en L2 en in Show de chemie 2: L11 t/m L17. Show de chemie wordt uitgegeven door NVON.

16

Bodemonderzoek, bindend vermogen van grond Johanna van der Wal, CSG Dingstede, Meppel

Introductie Bepaalde elementen komen als ionen voor in de bodem. Dit kunnen ook samengestelde ionen zijn waarin het element voorkomt, zoals fosfaat dat fosfor bevat en ammonium en nitraat die stikstof bevatten. Planten hebben voor hun groei stikstof en fosfor nodig. Ionen die deze elementen bevatten kunnen gezien worden als meststof voor de plant; ze gaan er beter door groeien. Het is moeilijk te meten hoeveel ionen van een bepaalde soort in de bodem voorkomen. Ionen worden namelijk door deeltjes in de bodem gebonden en zijn dus niet als vrije opgeloste ionen aanwezig. Hoewel dit een nadeel is als je de hoeveelheid ionen wilt bepalen, heeft het voor de plant grote voordelen. Het voorkomt namelijk dat de ionen door uitspoeling naar het grondwater verdwijnen. Door de speciale omstandigheden die een plant rondom zijn wortels creëert kunnen de ionen door de grond worden losgelaten en blijven ze voor de plant beschikbaar als meststof. In deze proef kijken we naar het vermogen van grond om een meststof met fosfaat of nitraat te binden. Ook kunnen we met deze proef bepalen of het in de grond aanwezige fosfaat en nitraat wordt losgelaten. We gebruiken verschillende grondsoorten en vergelijken die onderling.

Lesorganisatie Dit experiment (of experimenten) is niet geschikt om in één lesuur te doen. Het zou een praktische opdracht of onderzoeksopdracht kunnen zijn die behoort bij bijvoorbeeld een module kunstmest, die over zouten en ionen gaat. Een mogelijkheid is de klas te verdelen in groepjes en ze allemaal gedifferentieerde (deel)opdrachten te laten doen.

Apparatuur en materiaal kleigrond of kleikorrels

zandgrond

broedstoof

mortier met stamper

erlenmeyers 100 mL

kunstmestoplossing 1 (bevat fosfaat)

kunstmestoplossing 2 (bevat nitraat)

maatcilinder van 50 mL

trechter + filtreerpapier

reageerbuizen + rekje

plastic pipetjes

teststrips voor nitraat

testkit voor fosfaat

gedestilleerd water

Toa aanwijzingen en veiligheid Deze proef is minder geschikt om ‘even in een uurtje te doen’. Beter is het om hem te gebruiken als onderzoeksopdracht.

17

Deze proef is zoals hij staat beschreven goed uitvoerbaar. Op deze manier is er echter misschien geen duidelijk resultaat. Het is geen bezwaar dat de leerlingen daar zelf achter komen. Zij kunnen dan zelf naar een verklaring of een mogelijke oplossing zoeken. Te denken valt aan: variëren in concentratie van de kunstmestoplossing, variëren in schudtijd, zoeken naar een gevoeligere bepaling van, met name, nitraat. Het is ook mogelijk om groepjes met verschillende materialen/omstandigheden te laten werken en dan de resultaten uit te wisselen. Om de leerlingen zo veel mogelijk bij de proef te betrekken, kun je ze zelf voor de grond laten zorgen. Het verkrijgen van kleigrond is in sommige streken niet zo makkelijk. Een alternatief kan zijn: boetseerklei drogen en fijn maken. Het zou kunnen zijn dat de tijdsfactor bepalend is voor het slagen van deze proef. Daarom staat er als extra opdracht dat ze moeten kijken of de contacttijd tussen grond en kunstmestoplossing van invloed is op het resultaat.

Benodigdheden: broedstoof

glaswerk, trechters, filtreerpapier, pipetjes

‘grond’: zandgrond, kleigrond of boetseerklei

fosfaatkit (0,25 – 3 mg/L)

nitraatstrips (10 – 500 mg/L)

fosfaatoplossing

nitraatoplossing

eventueel: pH-papier

0,1 M zoutzuur

0,1 M natronloog

testkit ijzer en ijzeroplossing Oplossing met ~ 100 mg/L NO3

- :

131 mg NH4NO3 per liter water

139 mg NaNO3 per liter water Oplossing met ~ 1,5 mg/L PO4

3- :

60 mg Na3PO4 . 12 H2O per liter water , 10 x verdunnen.

Procedure Vooraf: Maak luchtdroge kleigrond en zandgrond. Dit maak je door de grond minstens 2 dagen in een broedstoof bij 40 °C te verwarmen. Maak de grond fijn met behulp van een mortier. Uitvoering: A) Bepaal met behulp van de testkit het fosfaatgehalte in kunstmestoplossing 1.

18

- Doe in een erlenmeyer van 100 mL 10,0 gram zandgrond en voeg 50 mL van kunstmestoplossing 1 toe.

- Doe in een andere erlenmeyer van 100 mL 10,0 gram kleigrond en voeg 50 mL van kunstmestoplossing 1 toe.

- Schud beide een bepaalde tijd. - Laat het bezinken tot je een (redelijk) heldere laag ziet. - Zet 2 trechters met filter op 2 reageerbuizen, merk deze met een Z en een K. - Zuig met een pipetje bovenstaande vloeistof uit de erlenmeyer en breng dit op het

filter. Aan een halve reageerbuis met filtraat heb je genoeg. - Bepaal het fosfaatgehalte in beide buizen.

B) Bepaal met behulp van een teststrip het nitraatgehalte in kunstmestoplossing 2

- Voer punt 2 t/m 7 uit, met kunstmestoplossing 2. - Bepaal het nitraatgehalte in beide buizen.

Extra:

- Bepaal of de contacttijd tussen grond en kunstmestoplossing van invloed is op het resultaat.

- Onderzoek het effect van de zuurgraad. Herhaal hiervoor de bovenstaande proef, maar verhoog of verlaag de zuurgraad van de kunstmestoplossing.

- Herhaal de proef, meet op dezelfde manier de binding van Fe 2+

aan grond. - Als variatie kan ook de invloed van aan- of afwezigheid van kalk worden gemeten.

Vragen en opdrachten bij de proef 1. Rangschik je waarnemingen in een tabel. 2. Wordt er fosfaat gebonden of losgelaten door de onderzochte grond? 3. Wordt er nitraat gebonden of losgelaten door de onderzochte grond? 4. Formuleer de conclusie van deze proef.

Docent aanwijzingen Zoals aangegeven zijn deze experimenten geschikt om als PO te laten uitvoeren met mogelijkheden om in de klas te differentiëren. Antwoorden op de vragen zijn afhankelijk van de gedane waarnemingen. Deze zijn weer afhankelijk van de soort grond die gebruikt is. Niet alleen de grondsoort is van invloed op het al dan niet binden van fosfaat of nitraat. Ook de aanwezigheid van kalk en ijzer spelen een rol.

Verdere informatie Scheikunde in bedrijf: www.scheikundeinbedrijf.nl, module kunstmest en de industrie Nieuwe scheikunde: www.nieuwescheikunde.nl, module groeien planten en wat hebben planten nodig

19

Reactiesnelheid - Waar hangt de reactiesnelheid van af? Merjo Polman-Bovenhorst, Het Assink Lyceum, Haaksbergen/ Eibergen

Introductie Een reactie vindt plaats doordat de moleculen van de beginstof tegen elkaar botsen. Alleen als ze effectief tegen elkaar botsen, vindt een reactie plaats. De moleculen van de beginstoffen verdwijnen en nieuwe moleculen van de reactieproducten worden gevormd. Hoe meer botsingen per seconde plaatsvinden, hoe sneller de reactie verloopt. De snelheid van een reactie kan beïnvloed worden door vier factoren:

- Temperatuur Door verhoging van de temperatuur gaan de moleculen in een stof sneller bewegen. Daardoor zullen ze meer en dus effectiever botsen, waardoor de reactie door twee oorzaken sneller gaat. Verhoging van de temperatuur zorgt ervoor dat een reactie dus sneller verloopt.

- Concentratie De concentratie van een oplossing geeft aan hoeveel gram stof is opgelost in een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel. Meestal gebruik je water als oplosmiddel. De concentratie bereken je met de formule:

hoeveelheid stof (gram) [m] concentratie [C] = hoeveelheid oplosmiddel (liter) [V]

ofwel C = m/V

We vergelijken een oplossing met een kleine concentratie met die met een grote concentratie. Als het volume gelijk is, zijn er in de oplossing met de grootste concentratie de meeste moleculen aanwezig. Omdat de ruimte waarin ze zitten gelijk is, zullen de moleculen daar meer kans hebben om met elkaar effectief te botsen (vgl. een volle en lege disco). Bij een hogere concentratie zal dus de reactiesnelheid toenemen t.o.v. de reactiesnelheid van een lagere concentratie.

- Verdelingsgraad

Door een vaste stof in steeds kleinere stukken te snijden wordt de oppervlakte van een stof steeds groter. We zeggen wel: de verdelingsgraad van de stof wordt dan groter. Een poeder is een fijn verdeelde vaste stof. Bij een fijnere verdelingsgraad,

20

dus een groter contactoppervlak, kunnen er meer deeltjes botsen. Hierdoor neemt de reactiesnelheid toe.

- Katalysator Een katalysator is een stof die een reactie versnelt, zonder daarbij zelf verbruikt te worden. Een katalysator kan door een ander ‘reactiepad’ te vinden de reactiesnelheid vergroten. Een katalysator raakt nooit op en je hebt er daardoor maar een beetje van nodig.

Lesorganisatie Deze 3 reactiesnelheidproeven kunnen in principe in 1 lesuur worden gedaan. Door een hele klas in 6 of 9 groepjes te verdelen, kunnen ze in een carrousel worden uitgevoerd als er van ieder experiment 2 of 3 opstellingen klaar staan. De leerlingen mogen pas naar de volgende proef gaan als ze de waarnemingen, de conclusie en ook de vragen hebben beantwoord. Controleer dat, anders komt er niets van terecht.

Apparatuur en materiaal Proef 1 De invloed van temperatuur op de reactiesnelheid

2 reageerbuizen

Bekerglas 250 ml

Stopwatch

Zoutzuur (HCl) 1,0M

2 stukjes magnesiumlint (1 cm)

Warm water

IJs(koud) water

Thermometer Proef 2 De invloed van de concentratie op de reactiesnelheid

3 reageerbuizen

Stopwatch

Zoutzuur (HCl) 0,5M

Zoutzuur (HCl) 1,0M

Zoutzuur (HCl) 2,0M

3 stukjes magnesiumlint (0,5 cm)

Proef 3 De invloed van de verdelingsgraad op de reactiesnelheid

2 reageerbuizen

1 stukje magnesiumlint (1 cm)

Magnesiumpoeder

Zoutzuur (HCl) 1,0M

Toa aanwijzingen en veiligheid Knip van te voren de stukjes magnesiumlint op de juiste lengte en laat de leerlingen weinig magnesiumpoeder gebruiken. Ook is het handig dat leerlingen water niet zelf hoeven te verwarmen door een bekerglas van bijv. 1 L met warm water voor in de klas klaar te hebben staan. Zorg dat leerlingen steeds hun labjas gesloten hebben en hun veiligheidsbril op!

21

De oplossingen kunnen na afloop door de gootsteen worden gespoeld. Wees oplettend dat leerlingen het vrijkomende gas (waterstof) niet zelf aan gaan steken.

Procedure Onderzoeksvraag proef 1: Wat is de invloed van de temperatuur op de reactiesnelheid? Uitvoering:

- Neem 2 bekerglazen één met water en ijs en één met warm water. - Neem 2 reageerbuizen en vul die beide met 3,0 ml zoutzuur van 1,0M. - Zet één van de beide buizen alvast in het bekerglas met ijswater en de andere in het

bekerglas met warm water. - Als je denkt dat het zoutzuur de temperatuur heeft aangenomen (thermometer!) van

die van het water in het bekerglas doe je 1 stukje magnesiumlint van 1 cm in de reageerbuis, die in het ijswater staat.

- Start direct de tijdmeting. - Stop de tijdmeting zodra het magnesiumlint op is. - Herhaal de proef vanaf punt 4, maar nu met de reageerbuis in het warme water.

Waarneming: Wat zie je gebeuren. Noteer dit puntsgewijs.

Conclusie: Leg m.b.v. de deeltjestheorie in je conclusie uit wat er gebeurt met de reactiesnelheid als de temperatuur stijgt. Onderzoeksvraag proef 2: Wat is de invloed van de concentratie van een oplossing op de reactiesnelheid?

Uitvoering: - Doe in 1 reageerbuis 2 ml 0,5M zoutzuur. - Voeg hieraan 1 stukje magnesiumlint (0,5 cm) toe en start direct de tijdmeting. - Stop de tijdmeting zodra het magnesiumlint op is. - Herhaal dit experiment achtereenvolgens met 1,0M en 2,0M zoutzuur.

Waarneming: Beschrijf wat je ziet gebeuren. Noteer dit puntsgewijs. Conclusie: Welke invloed heeft de concentratie op de reactiesnelheid. Leg dit uit m.b.v. de deeltjestheorie. Onderzoeksvraag proef 3: Wat is de invloed van de verdelingsgraad van een stof op de reactiesnelheid. Uitvoering:

- Weeg het stukje magnesiumlint.

22

- Doe het stukje magnesiumlint in een reageerbuis. - Voeg vervolgens aan de reageerbuis 2,0 ml zoutzuur toe en start de tijdmeting. - Stop de tijdmeting zodra het magnesiumlint op is. - Herhaal de proef nu met een schepje magnesiumpoeder. - Weeg daarvoor 1 schepje magnesiumpoeder af met hetzelfde gewicht als je stukje

magnesiumlint. Waarneming: Beschrijf wat je ziet gebeuren. Noteer dit puntsgewijs.

Conclusie: Welke invloed heeft de verdelingsgraad op de reactiesnelheid. Geef een verklaring met behulp van het botsende deeltjesmodel.

Vragen bij de proeven Vragen bij proef 1:

1. Waarom moeten de stukjes magnesiumlint in beide proeven even groot zijn? 2. Waarom moet je de eerst de reageerbuizen een tijdje in ijs- resp. warmwater zetten?

Vragen bij proef 2: 3. Teken 3 reageerbuizen waarin je duidelijk maakt dat er resp. 0,5M, 1,0M en 2,0M

zoutzuur inzit. Geef de zoutzuur-“moleculen” met bolletjes aan. 4. Moeten de 2de en 3de proef met dezelfde hoeveelheid (ml) zoutzuur plaatsvinden

als bij het eerste experiment? Zo ja, waarom? Zo nee, waarom niet? Vragen bij proef 3:

5. In welke fase (vast, vloeibaar of gas) is de verdelingsgraad van een stof het grootst?

Docent aanwijzingen Antwoorden bij de vragen:

1. De stukjes moeten even groot zijn omdat je de temperatuur van de reactie alleen wilt variëren, dus moeten de andere mogelijk variabelen hetzelfde/constant zijn.

2. Het zoutzuur moet in beide gevallen de temperatuur aannemen van het water in het bekerglas, omdat je anders bij dezelfde (kamer)temperatuur meet.

3. Tekening met weinig, iets meer en veel bolletjes in hetzelfde volume 4. Nee, dat hoeft niet omdat de concentratie varieert en niet de hoeveelheid. Als je

maar niet zo weinig neemt dat het magnesiumlintje niet “onder”staat of de hoeveelheid zoutzuur in ondermaat komt.

5. In de gasfase want daar is de verdelingsgraad op zijn grootst zelfs op molecuulgrootte.

Laat de leerlingen voordat ze wisselen van proef eerst alle waarnemingen en de conclusie beschrijven en de vragen maken. Controleer dat en ga met ze in discussie bij foute of onvolledige antwoorden.

Verdere informatie Leerzaam is hierbij de demoproef waarbij je probeert een suikerklontje aan te steken. Dat lukt pas als je het klontje in sigarenas (katalysator) doopt.

23

Ook is de ontleding van waterstofperoxide met en zonder gebruik van bruinsteen (als katalysator) leerzaam. Leuk is tenslotte een demo, waarbij je verschillende soorten metalen in poedervorm door de vlam van een horizontaal opgestelde brander strooit. Zie ook de experimenten R1 t/m 4 van Show de chemie 1 en R11 t/m 15 in Show de chemie 2 (beiden uitgegeven door NVON).

24

Bepaling van vitamine C met behulp van een pH meter (LabQuest) Hetty Lourens, Het Assink Lyceum, Haaksbergen/ Eibergen

Introductie Tomaten en vitamine C In 1881 werden voor het eerst tomaten gegeten in Nederland, in Naaldwijk. Vanaf dit moment werd de tomaat gegeten door consumenten. De populariteit van deze groente steeg snel. In 1914 werd er 8 miljoen kilo tomaat geconsumeerd, in 1934 was dat al 85 miljoen kilo. In de jaren ’80 was er in Duitsland veel kritiek op de Nederlandse tomaat. Men praatte geringschattend over een ‘waterbom’. De reactie van de Nederlandse tuinder was het ontwikkelen van nieuwe tomaten, in allerlei vormen en smaken. En naast de smaak, hoe gezond zijn de tomaten en hoeveel vitamine C bevatten tomaten? Bevatten alle soorten tomaten een gelijke hoeveelheid vitamine C of zijn de verschillen groot? Vitamine C is een voedingstof waarvan ieder mens minimaal 60 mg per dag nodig heeft. Deze vitamine helpt je om je gezondheid op peil te houden. We gaan met een eenvoudige titratie bepalen wat het gehalte aan ascorbinezuur (vitamine C) is in verschillende soorten tomaten. Bij tomatentelers wordt er veel gebruik gemaakt van diverse meetinstrumenten, zoals de pH en temperatuurmeter. Zonder deze instrumenten is het lastig tomaten telen. De pH van een oplossing kan op verschillende manieren worden gemeten. Er zijn kleurstoffen die verkleuren als ze een H+-ion (van H+) opnemen of afstaan. Deze verkleuring vindt dan plaats bij een bepaalde pH. Als men verschillende kleurstoffen inzet kan men zo de pH ruwweg meten, in oplossing of op papier (= pH-papier). We noemen deze stoffen indicatoren. Bekend is de verkleuring van lakmoes, maar in de keuken ook die van rode kool (de pan kleurt blauw in het basische afwaswater; aan recepten met rode kool wordt vaak wat zure appel, citroen en/of azijn toegevoegd om te voorkomen dat het al verkleurt bij het koken). Welbekend is het lichter worden van thee na toevoegen van citroen. Men kan de pH meten met een pH-meter door de spanning van de (elektrochemische) reactie onder gecontroleerde omstandigheden te meten. Hierbij varieert de elektrische spanning als functie van de pH. Door middel van titreren, met behulp van een sterke base (vaak natronloog) die bij het te onderzoeken zuur wordt gedruppeld totdat de verkregen oplossing neutraal is. Om dit zichtbaar te maken wordt een pH-indicator gebruikt met een omslagpunt nabij de 7. Deze methode is nauwkeuriger dan in de praktijk nodig is, als het alleen gaat om het meten van de pH.

25

Van pH 14 tot pH 0

pH indicatorpapier:

pH 14: natronloogoplossing van 1 mol/l

pH 13: natronloogoplossing of kaliloogoplossing van 0,1 mol/l

pH 12: ovenreiniger

pH 11,5: huishoudammonia (verdunde ammonia)

pH 10,5: zeepsop

pH 9,5: bleekwater

pH 8,5: zeewater, darmsap (iets verhoogde pH door gal)

pH 7,5: eieren

pH 7,4: menselijk bloed

pH 7: zuiver, gedestilleerd water (neutraal)

pH 6,7: melk

pH 6,5: speeksel

pH 6: natuurlijke regen, urine

pH 5,5: huid

pH 5: licht zure regen

pH 4,5: tomaten, druiven

pH 4: zure regen, tomatensap, bier

pH 3: consumptieazijn, wijn, zuurkool

pH 2,8: cola

pH 2: maagzuur, citroensap

pH 1: zwavelzuur (accuzuur)

pH 0: zoutzuur (1 mol/l), zwavelzuur (0,5 mol/l) Een interessant vervolgonderzoek in het veld kan zijn: Het onderzoeken van de invloed van de pH waarde van het bemestingswater op een tomatenplant.

26

Is het water in een sloot in de nabijheid van de school geschikt voor een tomatenplant, dit kun je onderzoeken door de pH te meten met de Labquest.

Lesorganisatie Dit practicum is bestemd voor VMBO-4T, HAVO-3 en VMBO-3 en vergt ongeveer een lesuur. Aan te bevelen valt een korte plenaire inleiding te geven over de apparatuur, zodat de leerlingen vlot aan het werk kunnen.

Apparatuur en materiaal LabQuest

LabQuest App

pH Sensor

Tomatensap

0,100 M NaOH oplossing

Ascorbinezuur oplossing van 176 g/L

Buret

Spuitjes van 10 mL

Spuitfles

Gedestilleerd water

Statief

Klem

Toa aanwijzingen en veiligheid Dit experiment kan worden uitgevoerd in één lesuur, maar dan moet er wel flink worden doorgewerkt. Eventueel kunnen de pH-sensoren al eerder worden gekalibreerd, maar dit kalibreren is wel erg leerzaam voor de leerlingen. Er zijn geen bijzondere veiligheidsmaatregelen nodig, maar een labjas en bril zijn verplicht. De oplossingen kunnen na gebruik door de gootsteen worden gespoeld.

Procedure Instellen Labquest:

- Lees de onderstaande beschrijving en volg de instructies. Voor een uitgebreide beschrijving zie: LabQuest Snelstart.

27

Aan- en uitknop

Ingebouwde microfoon

Voor gesproken aantekeningen

Kleuren touch screen 320x240 grafisch scherm

LED verlichting zorgt vooruitzonderlijke helderheid in de klas of in het veld

Oplaadbare batterijen De hoge kwaliteit lithium-ion batterijen kunt u de hele klas laten werken alvorens op te laden.

Pen

Navigatietoetsen Voor snelle toegang tot belangrijke punten

Robuuste bouw Speciaal ontworpen voor studenten, met rubberen beschermrand tegen vallen en spatwater

6 sensoraansluitingen Zorgen voor maximale flexabiliteit

penhouder Audio in Power SD/MMC kaarthouder Voor extra geheugen

28

a b c d

e f g h I j k l m n

a) Metervenster b) Grafiekvenster c) Datavenster d) Notitievenster e) Klik op de grafiek om data te analyseren f) Start/stop verzamelen data g) Bewaar data in de huidige modus h) Home menu i) Wetenschappelijke calculator j) Toetsenbord k) Geluidscontrole l) Status van de batterij m) Huidige uitlezing n) Opslaan reeks

Controleer uw LabQuest Druk op de aan- en uitschakelaar linksboven in de hoek. Als het scherm binnen enkele seconden niet aangaat, verbindt u de adapter met de LabQuest en met een energiebron. LabQuest wordt bediend via het scherm en de navigatieknoppen onder het scherm. De meest gebruikte knop is de verzamelknop net onder het scherm.

29

Aan de linkerkant van de LabQuest bevinden zich de audiopoorten en de energiepoort, die wordt gebruikt om de batterijen op te laden. Aan de rechterkant bevinden zich twee digitale sensorpoorten, die worden gebruikt voor bewegingsdetectoren, druppeltellers en andere digitale sensoren. De bovenkant van LabQuest heeft vier poorten voor sensoren zoals pH, kracht, of temperatuur.

Het meetscherm Het meetscherm toont een digitale meter voor iedere sensor, de huidige modus en parameters van de datacollectie Er bevinden zich enkele shortcuts op het meetscherm.Klik op het scherm om de sensor op nul te zetten, te kalibreren, eenheden om te zetten of te veranderen. Klik op Mode om details van de datacollectie aan te passen. Het Sensors menu geeft toegang tot een gedetailleerde setup. Sensor Setup. Gebruik deze om de pH sensor in te stellen. Sluit de pH-sensor aan op een poort bovenaan de LabQuest. Klik vervolgens het juiste kanaal aan (zie poortnummer aan de bovenkant waar de sensor is aangesloten) en kies pH en OK.

Gebruik de pen om de gegevens te analyseren. Klik op de grafiek van uw keuze. De onderzoekscursor springt naar het dichtsbijzijnde gegevenspunt van de x-waarde waar u op klikte. Cursorlijnen lichten de waarden van de x-en y-as op en de uitdraai rechts toont de bijbehorende numerieke waarden van het geselecteerde punt. Het Analyze menu Met het Analyze menu kan op verschillende manieren uw data worden gecontroleerd. Bijvoorbeeld, klik op Analyze, dan op Tangent. Klik nu op een interessante plaats in de grafiek; een tangenslijn wordt bij de Examine cursors getekend. De rechterkant van de grafiek toont de numerieke waarde van de helling. Om de tangentfunctie uit te schakelen, kies deze functie nogmaals in het analyze menu. Meerdere runs U kunt meerdere runs ter vergelijking verzamelen. Klik op het File Cabinet icoon ; de run wordt opgeslagen en het scherm leeggemaakt. Maak een andere run door op de

30

collectknop te drukken. Uw nieuwe run wordt in beeld gebracht op het scherm. Om de eerste run te zien, klik op Run 2 en kies of Run 1 of All Runs. Op deze manier kunt u meerdere runs ter vergelijking verzamelen of alleen degene die u wenst Ijken en (kalibreren) van de pH-sensor

- Maak de ijkoplossingen van pH =4, pH=7 en pH=10 volgens de beschrijving op de bijsluiter.

- Kies sensoren en vervolgens kalibreren. - Kies nu kalibreren en plaats de schone pH sensor in een ijkoplossing, bijv. pH 4. - Zodra de weergegeven spanning stabiliseert de bekende pH waarde intoetsen en

opslaan. - Spoel de pH sensor af met demi water en plaats deze in de volgende ijkoplossing,

bijv. pH 10. - Als de weergegeven spanning stabiliseert de bekende pH waarde intoetsen en

opslaan. - Toets ok in op de labquest en de waarden zijn opgeslagen en de kalibratie is klaar. - Controleer de ijking met de ijkoplossing pH 7.

Titratie uitvoeren Bij deze titratie onderzoek je hoeveel vitamine C (ascorbinezuur) het tomatensap uit de tomaat bevat. Er worden 2 titraties uitgevoerd. Deel 1: Titratie van tomatensap met 0,1 M NaOH-oplossing. Deel 2: Titratie met een bekende oplossing ascorbinezuur (176 g/l) met 0,1 M NaOH-oplossing In dit experiment wordt een pH-sensor gebruikt om de pH tijdens de titratie te controleren. Het gebied waar de pH snel verandert wordt gebruikt om het omslagpunt (equivalentiepunt) te bepalen. Het verbruikte volume NaOH-oplossing bij het omslagpunt is de eindstand.

Volume NaOH (mL)

pH

Figuur 1

Een pH sensor gebruikt om de pH verandering te monitoren.

Een grafiek geplot van pH tegen volume.

De grafiek gebruikt om het omslagpunt te bepalen.

Het resultaat gebruikt om de concentratie van vitamine C (ascorbinezuur) te berekenen.

31

Uitvoering 1. Zet een veiligheidsbril op en trek een labjas aan. 2. Titratie deel 1: Doe 40 mL gedestilleerd water in een 100 mL erlenmeyer. Voeg 10 mL

tomatensap toe met de spuit. 3. De pH-meter is aangesloten en gekalibreerd. 4. Tik op het scherm recht sop modus en kies handmatige invoer. Voer in: naam

(Volume) en eenheden (mL). Kies OK.

Figuur 2

5. Zet de opstelling neer zoals in figuur 2. 6. Vul de buret met de NaOH oplossing. 7. Als je met 2 personen werkt: 1 leest de buret af op ooghoogte, de ander voert de

waarden in. 8. Start data collectie.

a. Toets op KEEP voordat je begint met titreren en voer 0 in als startvolume. Toets OK.

b. Titreer voldoende om de pH met ongeveer 0,15 te laten stijgen. Als de uitgelezen waarde stabiel is: toets KEEP en voer het afgelezen volume van de buret in. Toest OK.

c. Ga door met stap b. tot de pH meer gaat stijgen (ongeveer pH 5) heeft bereikt. Ga nu over op stappen van 1 druppel. Voer de volumes zo nauwkeurig mogelijk in. LET OP! Het is belangrijk om slechts per 1 druppel te titreren!

d. Als de pH waarde minder gaat stijgen (ongeveer pH 8), kun je weer verder gaan met titreren in grotere stappen, waarbij je het volume bij elke 0,15 pH stijging afleest.

e. Ga door tot de pH waarde nagenoeg constant blijft. 9. Stop data collectie. 10. Onderzoek de grafiek van de pH tegen volume om het omslagpunt - het punt waar de

grootste stijging in pH plaatsvindt na toevoegen van 1 druppel NaOH – te vinden. Tik op een willekeurig datapunt in de grafiek. Met de pijltjestoetsen of op de LabQuest kun je heen en weer gaan in de datapunten. Bij elke stap zie je de bijbehorende pH waarde. Noteer in de tabel het volume net voor de grootste pH sprong en het volume hierna.

11. Titratie deel 2 met een bekende oplossing ascorbinezuur: Herhaal stap 2 t/m 10. Gebruik in plaats van 10 mL tomatensap, 1 mL ascorbinezuur van 176 g/L.

32

12. Herhaal deel 1 bijvoorbeeld met tomatensap uit een pak, om te onderzoeken of deze ook nog vitamine C bevat en of deze gelijk is aan de concentratie zoals vermeld op het pak.

13. Ruim de spullen en de chemicaliën op volgens de instructies van je TOA of docent. Spoel de pH sensor met demiwater en plaats hem weer in de bewaarcontainer

Vragen bij de proef Berekening proef:

1. Bij hoeveel mL is het omslagpunt van de natronloog bij titratie met tomatensap? 2. Bij hoeveel mL is het omslagpunt van de natronloog bij titratie van

ascorbinezuuroplossing van 176 g/l? 3. Bereken de concentratie ascorbinezuur in het tomatensap.

Gebruik deze verhoudingstabel:

Voorbeeld Titratie 1 Titratie 2

Natronloog 9,57 mL 9,71 mL

Vitamine C (ascorbinezuur) X mg/10 mL 176 mg/mL

4. Klopt dit met het gehalte vitamine C in tomaten in de tabel weergegeven in de

informatie? 5. Ascorbinezuur heeft als molecuul formule C6H8O6. Als het in water opgelost is, kan

het molecuul 1 H+ ion afsplitsen. Geef de formule van het ion dat naast het H+-ion ontstaat.

6. Het H+-ion reageert met de OH- ion van het natronloog tot water. Geef de reactievergelijking

7. Stel er zitten in tomatensap nog andere zuren dan ascorbinezuur. Is de werkelijke hoeveelheid ascorbinezuur kleiner of groter vergeleken met onze meting? Geef een verklaring.

Docent aanwijzingen Doel: Zelfstandig leren werken met onbekende apparatuur zoals LabQuest. Aan de hand van de beschrijving de pH-meter leren bedienen, leren kalibreren en een eenvoudige titratie uitvoeren.

Verdere informatie Bron: module ‘Tomaten in beweging’ (een methode voor het vak Technologie VMBO) Eduklik, aug. 2010.

33

NATUURKUNDE Practica

34

Bloeddrukmeten met Coach Anton Makkink, Staring College, Lochem

Introductie Bloeddruk De bloeddruk is de vloeistofdruk in het slagadersysteem en deze wordt weergegeven d.m.v. twee kentallen, de systolische druk (bovendruk) en de diastolische druk (onderdruk), gescheiden door een schuine streep: 120/80 mmHg. Dit zijn de twee uiterste waarden waartussen de druk in de slagader varieert, doordat het hart niet als een continue pomp werkt. De steeds samentrekkende linkerhartkamer veroorzaakt een door de slagader voortgeleide drukgolf. Daartussenin zit de gemiddelde bloeddruk, in het Engels aangeduid met MAP (Mean Arterial Pressure), die zou heersen als hetzelfde volume bloed per minuut door een continu werkende pomp zou worden uitgepompt in de aorta. Als het vaatstelsel een star buizenstelsel was, dan zou de druk overal gelijk stijgen bij samentrekking van de linkerhartkamer. Vanwege de rekbaarheid van het vaatstelsel kan het bloed echter zijwaarts uitwijken waardoor de drukverhoging als een voortlopende golf wordt doorgegeven. Deze drukgolf, ook wel polsgolf genoemd (vanwege de voelbare klopping van de slagader die het gemakkelijkst aan de pols te voelen is), heeft niets te maken met de –veel lagere– bloedstroomsnelheid.

Figuur 1: Drukgolf in de aorta (rode curve). P systolic is bovendruk; P diastolic is onderdruk. De ‘schouder’ na de piek van de puls heeft te maken met het moment waarop de samentrekking van de linker hartkamer stopt.

Het meten van de bloeddruk Met de bloeddruksensor wordt de bloeddruk bepaald volgens de oscillometrische methode, waarbij een manchet rond de bovenarmslagader wordt geplaatst, dat, na oppompen, langzaam leegloopt via het ventiel. De sensor meet de druk in de manchet tijdens het leeglopen. Als gevolg van de polsgolf zijn hierin oscillaties waar te nemen waarvan de amplitude toeneemt en weer afneemt (zie figuur 2). De oscillaties beginnen al bij manchetdrukken boven de bovendruk en zijn nog aanwezig bij drukken lager dan de onderdruk. Het punt van maximale oscillatie blijkt (empirisch) te corresponderen met de gemiddelde arteriële druk (MAP). Dus kunnen onder- en bovendruk alleen gevonden worden door toepassing van een of ander empirisch gevonden algoritme. Twee soorten criteria zijn: hoogte-gebaseerd (amplitudeverhouding) en helling-gebaseerd (afgeleide). In het vervolg bespreken we alleen de eerste methode uitvoerig.

35

Figuur 2: voorbeeld van een meting met de druksensor Het verloop van het meetproces is in vier fasen te splitsen: Druk (manchet) > Bovendruk. Zolang de druk in de manchet groter is dan de bovendruk in de slagader wordt deze geheel dichtgedrukt. Er stroomt nu geen bloed meer door de slagader. In het ritme van de hartslag is er een kortdurende, lichte druk tegen de rand van de manchet, die zichtbaar is als een rimpeling in de drukmeting. MAP <= Druk (manchet) <= bovendruk. De bloeddruk is elke hartslag een deel van de tijd groot genoeg opdat het bloed zich een weg kan banen door de slagader. Dan zet deze uit en veroorzaakt een toename in de manchetdruk, die in de grafiek als een puls waarneembaar is. De duur van deze puls is eerst kort en de amplitude is klein. Naarmate de manchetdruk afneemt neemt de duur en amplitude van de puls toe tot het maximum bereikt wordt bij de MAP. Onderdruk < Druk (manchet) <= MAP. De druktoename in de manchet ten gevolge van de bloedstroming neemt af in sterkte. De manchet registreert de in- en uitzetting van de slagader in steeds mindere mate totdat het minimum bereikt wordt bij de onderdruk. Druk (manchet) <= onderdruk. De drukpulsen zijn nagenoeg verdwenen en het bloed kan weer ongehinderd door de slagader stromen.

Lesorganisatie Het practicum is geschikt voor 5 vwo. Voor het uitvoeren van bloeddrukmetingen werkt men in tweetallen.

Apparatuur en materiaal Computer met software Coach 6

Coach II interface

Bloeddrukmeter 0377i

Procedure - Log in met username en wachtwoord - Start onder Algemene programma’s > Softwarevakken > Na > Coach 6 ll het

programma op. Verbind de sensor met de interface. Bevestig de rubber slang van de manchet aan de sensor.

36

- Laat de proefpersoon ontspannen zitten met de arm op harthoogte. - Sla de manchet stevig rond de ontblote arm van de proefpersoon, circa 2 à 3 cm

boven de elleboogplooi. De twee rubber slangen van de manchet moeten bovenop de biceps (op de bovenarmslagader) komen te liggen (dus niet onder de arm) richting de hand.

- Open Meten > Meten met Coachlab II+ > Afdeling Biologie > Bloeddrukmeten1.cmr. - Knijp een aantal malen snel in de vuistpomp om de manchet om de arm van de

proefpersoon op te blazen, totdat de druk tot ca. 170 mmHg is gestegen. Deze waarde kan in Coach op het sensoricoon of in een venster (waarde) afgelezen worden.

- Start de meting door op de groene pijl te klikken. - Nadat de druk gedaald is tot onder de 50 mmHg, ontlucht men de manchet ineens

door het ventiel in te drukken. Indien de druk de 50 mmHg niet bereikt binnen de ingestelde meettijd, stel dan het ventiel zo in, dat de manchet sneller leegloopt (zie onder).

- Is de grafiek goed gelukt, sla deze dan op onder een eigen naam, bijv. bloeddrukmeting. cmr

Instellen van het ventiel Het ventiel is bij levering ingesteld op een lineaire drukafname van 3,0 mmHg/s bij een arm van 32 cm omtrek. Voor veel dikkere of dunnere armen kan het nodig zijn het ventiel bij te stellen zodat de drukafname tussen 2,0 en 4,0 mmHg/s blijft. Plaats hiervoor een schroevendraaier in de metalen gleuf bovenop het ventiel. Houd de vuistpomp in de hand en de slangen van u af. Draai dan met de klok mee voor een snellere ontluchting en tegen de klok in voor een langzamere ontluchting. Hoe dikker de arm, hoe langzamer de drukafname zal zijn. Afleiden van de bloeddruk uit de meetgegevens De bloeddruk kan niet direct uit de grafiek worden afgelezen. Er komt behoorlijk wat verwerking aan te pas. Het gaat er namelijk om het verloop van de amplitude van de pulsen in de manchetdruk in kaart te brengen. Dit gaat als volgt:

- Bepaal een gladde kromme door de lokale minima. Dit noemen we de onderste omhullende. Deze kromme geeft de trend van de leeglopende manchetdruk weer.

- Bepaal een gladde kromme door de lokale maxima. Dit noemen we de bovenste omhullende.

- Bepaal de verschilgrafiek van de bovenste en onderste omhullenden. Deze grafiek van de pulsamplitude tegen de tijd is klokvormig.

- Zet in een grafiek de pulsamplitude uit tegen de trend van de manchetdruk . - Uit de laatste grafiek kan de bloeddruk bepaald worden. Het maximum van deze

grafiek treedt op bij de gemiddelde bloeddruk (MAP). De bovendruk vindt u in het gebied waar druk>MAP bij een vast percentage van de maximale amplitude (gewoonlijk 50%), en de onderdruk in het gebied waar druk<MAP bij een ander vast percentage van de maximale amplitude (gewoonlijk 75%). Deze percentages zijn verkregen uit empirisch onderzoek.

Uitvoering Ad A. Bepaling van de onderste omhullende

37

Figuur 3: Werkwijze voor het bepalen van onderste omhullende Wanneer er geen merkbare drukverschillen (rimpelingen) zijn , mogen deze gegevens gewist worden. Dit komt de nauwkeurigheid ten goede. Maak de grafiek schermvullend en bepaal welke tijdsperiode(n) gewist mogen worden. Dit kan in de tabel: als je bijvoorbeeld de eerste 5 seconden wilt wissen, klik je met de rechtermuisknop op het tabelvak>rijen>verwijderen>eigen selectie en kies je het aantal rijen, hier 1 - 10.00

- Bepaal het aantal meetpunten van de meting uit de tabel. Noteer het aantal, deze heb je nodig voor punt 6.

- Kies in het diagramvenster voor Analyse/Verwerking > Punten selecteren - Kies voor Selectiemethode > Punten en klik het allereerste en het allerlaatste punt

aan. - Maximaliseer het venster 'Selecteer punten' en markeer verder punten waar de druk

lokaal minimaal is (de waarden juist voordat de grafiek omhoog loopt vanwege een hartslagpuls). Dit zijn punten van de trenddruk van de manchet, zonder de hartslagpulsen. Neem in principe steeds elk tweede minimum (zie bovenstaande figuur).

Tip: Gebruik de pijltjes toetsen om door de punten te lopen. Zoek het punt waarvoor de drukwaarde (getoond in het coördinaatveld) lokaal minimaal is. Selecteer/Deselecteer met de spatiebalk. Je hebt nu de onderste omhullende van de meetgrafiek in ca. 25 punten. Deze punten bepalen de trend van de manchetdruk, die we in de volgende stap gaan benaderen door er een Spline doorheen te trekken met het totaal aantal punten van de originele meting. N.B.: Heb je minder dan 25 punten, dan loopt de manchet te snel leeg. Regel het ventiel bij.

38

- Is dit klaar, kies je voor OK > Selectie behouden >Ja. - Kies Analyse/Verwerking > Benadering. Kiesr Methode > Spline. Laat alle overige

instellingen ongemoeid. Druk op Berekenen. Markeer maak meer punten. Klik OK. De berekening kan enige tijd in beslag nemen. Je wordt nu gevraagd naar het aantal punten. Geeft het aantal punten waaruit jouw originele grafiek bestond (bepaald in punt 1).

- Hernoem in het diagram de grootheid 'p_trend' (rechtermuisknop > diagraminstelling > C2: in plaats van p 'p_trend' invullen).

- Sla het resultaat op onder de nieuwe naam 'trend' als cmr. Ad B: Bepaling van de bovenste omhullende

- Open wederom het originele meetresultaat. - Herhaal nu de stappen 2 t/m 6, maar markeer nu de toppen van de pulsen (figuur 3).

Neem in principe steeds elk tweede lokale maximum. - Hernoem de grootheid in het diagram 'p_puls' en sla het resultaat op onder de naam

'pulsdruk'. Ad C: Grafiek pulsamplitude afgezet tegen de tijd Je hebt nu de twee omhullenden waarvan de verschilgrafiek gemaakt moet worden om uiteindelijk de grafiek van de pulsamplitude tegen de trend te verkrijgen. Dit gaat als volgt:

- Open het originele resultaat. - Zet de tabel van de meetwaarden in een venster. - Kies in de Tabelgereedschappen voor ‘Importeren > Coach data. - Kies in de dialoog het resultaat 'pulsdruk.cmr > Openen’. - In de Importeerdialoog is kolom C1 al geselecteerd. Deze willen we niet importeren,

dus in het blok importeer als: kiezen wij 'Kolom > Geen'. - Vervolgens klik je bovenaan op C2 en stel je hiervoor in importeer als: 'Kolom > C3'.

Alle overige instellingen laat je ongemoeid. Bevestig met OK. - Importeer vervolgens op dezelfde wijze in kolom C4 de gegevens van de trend van

het resultaat trend*.cmr - Maak kolommen C3 en C4 onzichtbaar door rechts te klikken op het tabelvenster>

tabelinstelling>het vakje onzichtbaar onder het blok Verbinding aan vinken. - Kies in de tabel voor C5 >Verbinding>Formule en klik 'Formule' in de rechterkolom

aan. Maak met de Wizard de formule [p_puls] – [p_trend]. - Noem deze grootheid 'p_ampl'. Dit is de grafiek van pulsamplitude tegen tijd.

Ad D: Grafiek van de pulsamplitude tegen de trenddruk

- Maak een nieuw diagram aan ( diagramplaatje in bovenbalk aanklikken en voor Nieuw kiezen.. Geef het diagram een naam, bijv. klokvormig omhullende.

- Kies in kolom C1 bij Verbinding 'Handinvoer: 'p_trend' en in kolom C2 'Formule: p_ampl'. Dit levert de grafiek van pulsamplitude tegen de trenddruk op. In Analyse/verwerking > functiefit > functietype is met de functie F(x)= axexp(-(bx+c)2)+d een klokvormige functiefit te maken. Laat de top van de functiefit samenvallen met de p_ampl en klik deze met de punaise vast. Manipuleer de functiefit zodanig met het ‘handje’ dat deze de p_ampl het meest nauwkeurig benaderd.

39

Figuur 4: Klokvormige omhullende van het verschil van de bovenste en onderste omhullende afgezet tegen de trenddruk. De functiefit helpt ons de MAP (= gemiddelde druk) nauwkeurig te bepalen. De bovendruk (50% van MAP ) is in dit voorbeeld 108, de onderdruk ( 75% van MAP) is 77 mmHg. 108/77 dus. Voor het aflezen is het handig de blauwe amplitudelijn onzichtbaar te maken waardoor het uitlezen makkelijker wordt: rechtermuisknop op diagram > diagraminstelling > C2 (formule: p_ampl) > onzichtbaar. Selecteer op het diagrammenu ‘uitlezen’ , bepaal de MAP ( het hoogste punt; 2,38). Neem vervolgens 50% van de MAP (1,21), deze correspondeert met een bovendruk van 108. Op deze manier kan ook de onderdruk met 75% van de MAP bepaald worden ( zie fig. 4).

40

Temperatuursensor: een experiment Bert Roelink, Stedelijk Lyceum Kottenpark, Enschede

Introductie Een temperatuursensor heeft drie aansluitingen. Aan elke aansluiting is een aansluitdraad met een andere kleur bevestigd. In de sensor bevinden zich een temperatuurafhankelijke en een temperatuuronafhankelijke weerstand. Je gaat een meetplan opstellen voor een eenvoudig

experiment. Het experiment moet twee vragen beantwoorden: • Tussen welke twee aansluitdraden bevindt zich de temperatuurafhankelijke weerstand? • Is de temperatuurafhankelijke weerstand een NTC-weerstand? (Een NTC weerstand neemt af als de temperatuur toeneemt.)

Apparatuur en materiaal, Procedure & Vragen bij de proef Je hebt de beschikking over een voeding (instellen op 5V) , een spanningsmeter (instellen op 20V), een stroommeter (instellen op 20mA), een stopwatch, een dompelaar (let op: eerst de dompelaar in het water, daarna de stekker in het stopcontact) en aansluitdraden. Sluit de rode en de gele aansluiting op de batterij en de stroommeter in serie aan. Stel de stroommeter in op 20mA. Meet de stroomsterkte I(0). Verwarm met de dompelaar het water in het bekerglas gedurende 2 minuten. Hang de sensor in het verwarmde water en meet opnieuw de stroomsterkte I(1). I(0) =……mA I(1)=…….mA Er zijn dan drie mogelijkheden A, B en C. • Mogelijkheid A: I(1)> I(0). Dan is R1 een NTC-weerstand en R 2 de

temperatuuronafhankelijke weerstand. • Mogelijkheid B: I(1)< I(0). Dan is R1 een temperatuurafhankelijke weerstand die niet van het type NTC is. R 2 is de temperatuuronafhankelijke weerstand. • Mogelijkheid C: I(1)= I(0). Dan is R1 de temperatuuronafhankelijke weerstand. Sluit vervolgens tussen de gele en de zwarte aansluiting de batterij in serie met de stroommeter aan. Stel de stroommeter in op 20mA. Meet de stroomsterkte I(2). Verwarm met de dompelaar het water in het bekerglas gedurende 2 minuten. Hang de sensor in het verwarmde water en meet opnieuw de stroomsterkte I(3). Als I(3) > I(2), is R 2 een NTC-weerstand. In het andere geval is R 2 niet

van het NTC-type. R1 heeft een waarde van 3,9 kΩ. Van R2 is de weerstand 2,2 kΩ bij 25°C Sluit de sensor nu op de voorgeschreven manier aan: De rode draad wordt aangesloten op + 5, 0 V; de zwarte geaard (0 V). De sensorspanning is de spanning tussen de gele en de zwarte draad. Leg uit hoe het komt dat schakeling C bij een hogere temperatuur een hogere sensorspanning geeft.

41

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… We gebruiken een voedingsspanning van 5,0 V. Voor de NTC geldt: RNTC = 2,2 kΩ bij een temperatuur van 25 °C.. De NTC mag niet te veel opwarmen door de stroom die er doorheen loopt: het elektrisch vermogen dat in de NTC omgezet wordt, mag maximaal 2,0 mW bedragen bij een temperatuur van 25 °C. Bereken de waarde die de serieweerstand R1 (minimaal) zou moeten hebben. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Een ijkgrafiek We willen nu onze sensor ijken. Een manier is om de sensor in een bak met water te hangen. De temperatuur van het water varieer je, in ons geval met een dompelaar. LET HIERBIJ OP JE EIGEN VEILIGHEID!!!!!!!!! Hang de dompelaar eerst in het bekerglas en stop daarna pas de stekker in het stopcontact. Maar hoe weet je nu of de gemeten temperatuur klopt? Daarvoor moet je er nog een thermometer in hangen die je aangeeft of jouw zelfgemaakte temperatuursensor de juiste temperatuur aangeeft of niet. Meet elke 30 seconden de temperatuur en de spanning over de weerstand R2(spanningsmeter op de gele en zwarte aansluitbus en ingesteld op 20V=). Noteer de waarden in tabel 1. Onze sensor is dan geijkt!

Als je een sensor koopt is het gebruikelijk dat er in de specificaties een grafiek wordt meegeleverd. Verticaal is de temperatuur van de sensor uitgezet, horizontaal staat de

t(sec) T(°C) U sensor(V)

0

30

60

90

120

150

180

210

240

270

300

42

spanning die de sensor levert. Dat heet een ijkgrafiek. In onderstaande figuur staat het verloop van temperatuur en spanning voor de CMA sensor B016BT. Deze ijklijn kan per sensor van hetzelfde type maximaal 2 °C omhoog of omlaag zijn verschoven. De helling is wel steeds gelijk.

Kloppen de waarden uit de grafiek met jouw metingen en berekeningen?

43

Spanning, stroom en vermogen (4 vwo) Cees van Doorn, Montessori College Twente, Hengelo

Introductie We gebruiken het practicum spanning, stroom en vermogen uit de ‘practica leerlijnen Elektriciteit’.

Lesorganisatie Conceptueel denken. De leerlingen beantwoorden voor zover mogelijk eerst de gestelde vragen. Instrumentele vaardigheden. Hierna worden de benodigdheden ter beschikking gesteld en de leerlingen mogen nu zelf de schakelingen bouwen. De leerlingen kunnen nu met behulp van de gebouwde schakeling zichzelf controleren en hierover discussiëren. De docent en toa spelen hierin een coachende rol.

Toa aanwijzingen en veiligheid & Docent aanwijzingen De toa en docent moeten zeer alert zijn op het juiste gebruik van de apparatuur en continu de gebouwde schakelingen controleren op goed gebruik.

Apparatuur en materiaal, Procedure & Vragen bij de proef Onderzoeksvraag: Welk verband bestaat er tussen stromen, spanningen en vermogens in een serieschakeling, parallelschakeling en een combinatie van serie- en parallelschakeling? Benodigdheden: Voeding, 2 multimeters, 2 voorlampjes (de nummers L 1 en L 2 ), 1 achterlampje (nummer L 3 ), snoeren. Opdracht: Beantwoord eerst voor zover dat mogelijk is de vragen bij experiment 1, 2 en 3. Stel: de weerstand van L3 is 10X zo hoog als die van L1 en L2. Bouw nu de schakelingen en vergelijk de uitkomsten. Verklaar eventuele verschillen. Experiment 1: Serieschakeling van een voor- en een achterlampje Uitvoering: Bouw onderstaande opstelling, stel de voedingsspanning m.b.v. de multimeter in op 10V. Meet de stroomsterkte op positie 1 en daarna op positie 4. In welke stand moet de meter staan en welke bussen gebruik je? Meet vervolgens op positie 2 en positie 3 de spanning U over L2 en L3 en daarna in positie 5 de spanning U over L2 en L3 samen. In welke stand moet de meter staan en welke bussen gebruik je nu? Vul de meetwaarden en de bereiken in, in een tabel.

44

Figuur 1

Opdracht 1: Vergelijk de spanningen over L2 en L3 met de totale spanning. Wat kun je zeggen over deelspanningen in een serieschakeling? Opdracht 2: Vergelijk de stroomsterkte in positie 1 met de stroomsterkte in positie 4. Wat kun je zeggen over de stroomsterkte in een serieschakeling? Opdracht 3: Bereken het vermogen dat in L2 en L3 ontwikkeld wordt.. Bereken het vermogen dat de bron levert. Vergelijk het totale vermogen met de vermogens die in de beide lampjes worden ontwikkeld. Verklaar dit met de resultaten van opdracht 1 en 2. Experiment 2: Parallelschakeling van een voor- en een achterlampje Uitvoering: Bouw de opstelling van figuur 2, stel de voedingsspanning m.b.v. de multimeter in op 5V. Meet op positie 4 en positie 5 de spanning U over L2 en L3. Meet vervolgens op positie 1, 2 en 3, de hoofdstroom I en de deelstromen IL2 en IL3. Let er op dat je bij alle metingen de meter in de goede stand zet en ook de stekers in de juiste bussen plaatst. Vul de gemeten waarden en de gebruikte bereiken in een tabel in.

L2 L3

1 2 3 4

5

1

2

3

4

5

5 V Figuur 2

45

Opdracht 4: Vergelijk de spanningen UL2, UL3 en Uvoeding met elkaar. Wat valt je op? Opdracht 5: Kijk naar de stromen IL2, IL3 en Itotaal . Conclusie? Opdracht 6: Bereken het vermogen van L2, L3 en van de voeding. Conclusie? Experiment 3: De combinatieschakeling Uitvoering: Bouw de opstelling van figuur 3, stel de voedingsspanning m.b.v. de meter in op 10V. Meet op positie 4 en positie 5 de spanning U over L1 en L2. Meet vervolgens op positie 1, 2 en 3, de hoofdstroom I en de deelstromen IL2 en IL3. Let er op dat je bij alle metingen de meter in de goede stand zet en ook de stekers in de juiste bussen plaatst. Vul de gemeten waarden en de gebruikte bereiken in de tabel in.

Figuur 3

Opdracht 7: Wat verwacht je voor de spanning over L3 ? Waarom? Leg uit wat je voor de spanningen in deze schakeling verwacht. Opdracht 8: Wat verwacht je voor de stromen IL1, IL2 en IL3 ? Waarom? Opdracht 9: Bereken het vermogen van L1, L2, L3 en het vermogen dat de voeding levert. Verklaar je resultaten. Opdracht 10: Beantwoord de onderzoeksvraag op basis van je drie experimenten.

Verklaar de eventuele verschillen met de antwoorden die je vooraf gevonden hebt.

1

4

5

2

3

L 2

L 3

L 1

10 V

46

Verdere informatie De docent en toa kunnen met de leerlingen hun waarnemingen tijdens het practicum bespreken. Hebben de leerlingen het beoogde doel bereikt en wat kan anders beter. Vergeet vooral niet de positieve dingen te benoemen

47

Welke bewegingen maakt een steentje ingeklemd in het loopvlak van een autoband Erik Jansen, CSG Het Noordik, Almelo

Introductie Voorafgaand aan het practicum is het de bedoeling de leerlingen nieuwsgierig te maken door met een wiel (bijvoorbeeld een los fietswiel) een beweging te demonstreren. Het is dan belangrijk te benadrukken dat het steentje in de onderste positie stilstaat ten opzichte van het wegdek, en in de bovenste positie met de dubbele snelheid van de denkbeeldige auto beweegt. Benadruk dat hier sprake is van enorme versnellingen en vertragingen, immers het wiel gaat vele keren per seconde rond bij 100km/u. Welke richting heeft de versnelling? In de uitwerking blijkt dat er alleen sprake is van de middelpunt zoekende versnelling, want de beweging is een optelling van twee bewegingen. Een roterende beweging met een baansnelheid X. Gelijktijdig verplaatst het middelpunt van deze cirkelbeweging zich met dezelfde eenparige snelheid X.

Apparatuur en materiaal Liniaal.

Potlood.

Millimeterpapier.

Schilderstape.

Schijfje met diameter van 50,09 mm (zelf maken of laten maken kan ook van karton).

Rekenmachine.

Fietswiel of ander groot wiel voor de eerste uitleg (demo).

Toa aanwijzingen en veiligheid Toa assistentie voor juiste uitvoering is gewenst, niet alle leerlingen zullen de handelingen direct begrijpen.

Procedure De beweging nader bekijken. In de demo heb je gezien dat een steentje in een autoband een merkwaardige beweging maakt. Met behulp van het schijfje kan je deze beweging op papier vastleggen. Het schijfje gebruiken we als schaalmodel. Het schijfje heeft ten opzichte van de autoband een schaal van 1:10, dus 1 cm bij het schijfje is 10 centimeter bij de autoband. Onderzoeksvraag: Met welke snelheden en versnellingen beweegt het steentje gedurende een omwenteling en welke krachten werken er op het steentje als dit een massa van 10 g heeft.

48

De weg die het steentje aflegt: - Teken een assenstelsel op millimeter papier: X-as langs de langste kant. Plak het

papier op tafel vast. Plak de liniaal zo vast dat deze langs de X-as van het assenstelsel ligt met de maatverdeling gelijk aan die van de X-as.

- Nu kan je het schijfje over de X-as laten rollen. Tip: de centimeter verdeling langs de omtrek helpt verschuiven op te merken.

- Gebruik de inkeping om steeds een punt te zetten met regelmatige intervallen. Maak minstens een hele omwenteling af.

- Trek vervolgens een vloeiende lijn door de punten die de positie van het steentje aangeven.

- De verkregen lijn noemt men een “cycloïde”. - Teken bij punt 0 het hele wiel en doe dit ook op de plaats waar het steentje ¼ , ½ , ¾

en een hele omwenteling heeft gemaakt. Je tekent dus op 4 plaatsen het wiel met de plek waar het steentje zich op dat moment bevindt in dit assenstelsel.

De beweging X en Y tegen de tijd Om dit duidelijk te krijgen gaan we kijken wat de X en Y positie van het steentje is voor elke 10 cm verplaatsing van de auto ( 1 cm op schaal). De snelheid stellen we op 20 m/s. Laat het schijfje in stappen van 1 cm een hele omwenteling over de liniaal rollen, elke stap is 0.005 seconde. Begin met de inkeping (het steentje) helemaal beneden op de 0,0 positie en noem dit tijdstip 0. Tip: lees de positie nauwkeurig af op het millimeter papier. Noteer in een tabel van elke stap:

- De tijd - X-positie - Y-positie - Maak aan de hand van de tabel en de volgende gegevens een plaats-tijd diagram

voor de X en voor de Y richting en noteer de tijd per punt. Het snelheid-tijd diagram:

- Bepaal voor elke stap van de beweging, de snelheid met behulp van de richtingscoëfficiënt van de raaklijn voor elk punt in het plaats tijd diagram.

Door de richtingscoëfficiënt van een raaklijn te berekenen, weten we de snelheid op het tijdstip van de beweging. Maak nu een v-x(t) en een v-y(t) diagram.

De versnellingen: We laten voor het gemak de versnelling van de zwaartekracht buiten beschouwing. De versnelling is ook met een raaklijn te bepalen maar nu in het v/t diagram. Maak een overzicht (tabel) met de snelheid en versnelling op 4 punten van een omwenteling, vermeld hier ook de richting bij.

49

Neem punt 0 als startpunt, en dan voor het gemak steeds ¼ omwenteling verder. Dus de tijdstippen 0,00 - 0,02 - 0,04 - 0,06 - 0,08 sec is ook 0 -¼ - ½ - ¾ - 1 omwenteling. Teken nu in het XY diagram (in de vier wielen, die je daar getekend hebt ) met een vector de richting en grootte van de versnelling.

Vragen bij de proef 1. Wat zijn je verwachtingen van de proef? 2. Welke krachten en welke richting ondergaat een steentje in de loopvlak van een

band? 3. Hoe lang doet de auto over 10 cm? 4. Op welk tijdstip/tijdstippen is de snelheid in X richting het grootst? 5. Op welk tijdstip/tijdstippen is de snelheid in Y richting het grootst? 6. Op welk tijdstip/tijdstippen is de snelheidsverandering het grootst en in welke

richting is dit? 7. Op welk punt verwacht je de grootste versnelling en in welke richting is dit? 8. Hoe nauwkeuring denk je dat de berekeningen zijn? 9. Komen je resultaten overeen met de verwachtingen na het zien van de demo?

Docent aanwijzingen Het practicum is bedoeld als oefening in het met behulp van plaats-tijd en snelheid-tijd diagrammen analyseren van een beweging, en het ontbinden in factoren van een niet-rechtlijnige beweging. In de natuurkunde les leren ze dat deze versnelling ook te berekenen is met: a (mpz) =v²/r Waarin v = omtreksnelheid of baansnelheid en r = de straal van de boog, in dit geval de straal van het wiel. Eventueel in de wiskundeles nagaan of het ook anders berekend kan worden, een optelling van twee bewegingen: cirkelbeweging en eenparige snelheid.

Verdere informatie Hierna volgen de resultaten uitgewerkt zoals door de leerlingen gedaan moet worden. Voor de duidelijkheid aangevuld met tabellen gemaakt in Excel. De beweging nader bekijken

50

De beweging is een cycloïde. Tabel voor net maken van de X t en Y t diagrammen Bij het stap voor stap bekijken van de x en y positie van het steentje ontstaat de volgende tabel: Voor de x en y positie geld de schaal van het schijfje is 1:10 dus 1 cm verplaatsing van het schijfje is 10 centimeter verplaatsing van het wiel in werkelijkheid.

Positie wiel Tijdstip pos. X pos. Y

per stap bij 20 km/h

1cm =0,01 m 1cm=0,01m

0 0,000 0,0 0,0

1 0,005 0,1 0,3

2 0,010 0,2 0,8

3 0,015 0,7 1,6

4 0,020 1,5 2,5

5 0,025 2,7 3,5

6 0,030 4,2 4,3

7 0,035 6,1 4,8

8 0,040 8,0 5,0

9 0,045 9,9 4,8

10 0,050 11,8 4,3

11 0,055 13,3 3,5

12 0,060 14,5 2,5

13 0,065 15,3 1,6

14 0,070 15,8 0,8

15 0,075 15,9 0,3

51

16 0,080 16,0 0,0

52

Waaruit onderstaand diagram volgt:

53

Met de raaklijnen erin ingetekend:

54

Uit de richtingscoëfficiënten van de raaklijnen volgt de volgende tabel:

t in sec. v X v Y

0,000 0,00 0,00

0,005 2,14 6,58

0,010 6,36 14,19

0,015 12,72 17,44

0,020 19,25 20,31

0,025 26,10 17,44

0,030 32,00 14,19

0,035 38,05 6,58

0,040 40,00 0,00

0,045 38,88 -6,58

0,050 32,00 -14,19

0,055 26,10 -17,44

0,060 19,25 -20,31

0,065 12,72 -17,44

0,070 6,36 -14,19

0,075 2,14 -6,58

0,080 0,00 0,00

Snelheid van het steentje bepaalt met de richtingscoëfficiënt van de raaklijn voor elk tijdsinterval. Voor de x en y richting in een diagram.

55

Nu bepalen de leerlingen uit de richtingscoëfficiënt de versnellingen voor de punten t= 0,00 - 0.02 – 0.04 – 0,06 – 0,08 en hier uit volgt de volgende tabel.

t in sec. aX in m/s² aY in m/s²

0,000 0 1333

0,020 1333 0

0,040 0 -1333

0,060 -1333 0

0,080 0 1333

Ingetekend in de eerst tekening van de beweging levert dit een beeld op waaruit de middelpunt zoekende versnelling blijkt. Discussieer met de klas over hun verwachtingen en een verklaring voor de uitkomsten. Kom tot de conclusie dat het een cirkel beweging is die zich met een eenparige beweging verplaatst. De eenparige beweging heeft geen invloed op de versnellingen.

Nog enkele foto’s van de gebruikte materialen en opstelling:

56

Condenseren Johan de Ruyter, Bonhoeffer College, Enschede

Introductie Klemmende koelkast Je kent het wel, het is hoog zomer en je pakt een lekker koud drankje uit de koelkast. Net als je de deur dicht hebt gegooid komt je vriend binnen en wil ook een koud drankje. Maar dan….Het lijkt wel of je een paard nodig hebt om die koelkastdeur weer open te krijgen! Ra-ra hoe kan dat?

Apparatuur en materiaal 250ml erlenmeyer

500 ml bekerglas

Rubber stop met een aansluitpijpje

Een dikke rubberslang van +/- 10cm

Glazenbuis van 30-40cm die goed in de slang past

Statief met dubbelklem

Statiefklem

Driepoot met gaasje

Bunsen brander

Water

Lucifers of aansteker

Procedure & Vragen bij de proef Maak de opstelling zoals in deze tekening;

Vul de erlenmeyer met 35ml water. Bevestig de rubberslang aan het buisje en aan de aansluiting van de stop. Zet de erlenmeyer op het gaasje dat op de driepoot ligt. Druk de stop stevig in de erlenmeyer.

57

Klem de erlenmeyer vast in de statiefklem zodat die niet kan omvallen. Hang het glazen buisje in het bekerglas en vul het glas met 500ml water. Steek de brander aan en zorg voor een licht ruisende vlam. Na een tijdje gaat het water in de erlenmeyer koken. Er verschijnen bellen in het bekerglas, hoe kan dit? Na een tijdje stopt het bubbelen bijna geheel. Haal nu de brander weg en sluit de gastoevoer af. Volg nu de processen in het buisje en de erlenmeyer. Verklaar wat je hebt gezien. Er blijft een luchtbel over in het buisje op de stop. Welk volume heeft dat? Gegeven: De ruimte in de erlenmeyer met stop is 285ml. Er zat 35ml water in de erlenmeyer. Bereken hoeveel stoom zich in de erlenmeyer bevond? Als een liter water tot stoom wordt verwarmd, wordt het volume ca. 1600 keer zo groot. Dus als 1600 liter stoom condenseert naar water vindt er een volumeverkleining van 1600 keer plaats. Met deze methode wordt in de procesindustrie vaak een vacuüm gemaakt. Bereken met behulp van bovenstaande gegevens de volumevermindering in de erlenmeyer en daarmee de grootte van de luchtbel. Op het moment dat het water in de erlenmeyer komt, condenseert de stoom. Bereken de drukverandering op dat moment binnen in de erlenmeyer. Ga uit van een begindruk van 1 bar.

58

In het grafiek kan je aflezen bij welke druk water gaat koken. Ga met behulp van de grafiek na wat er gebeurde met het water op het moment van condenseren.

59

Een boomhoogtemeter maken – een werkblad Richard Leusenkamp, OSG Hengelo, Hengelo

Boomhoogtemeter Een boomhoogte-meter is een hulpmiddel om de hoogte van een boom te bepalen. De hoogtemeter bestaat uit een plankje, een buisje, een (draaibaar) waterpasje en een (draaibaar) spiegeltje. Waarom? Je gaat een boomhoogte-meter maken, omdat je deze heel goed kunt gebruiken bij het bomen-project bij het vak biologie en natuurlijk om de hoogte te meten van de kerktoren bij je in de buurt.

Materialen. Plankje, ca. 20 x 20 cm, dikte 10 mm, aluminiumbuisje van 20 cm lang met rond gat van 6 mm en buitendiameter van ong. 8 mm,.boutjes en zelfborgende moertjes M3, ringetjes, boortje van 3 mm, potlood, lijmpistool,winkelhaak, waterpasje en spiegelfolie.

Wat moet je doen? 1. Teken op een plankje een rechthoekige driehoek af waarvan de zijden 20 cm zijn. Zaag langs de lijn de driehoek af. Je krijgt dan een plankje met een rechte hoek van 90° en 2 hoeken van 45°. Zie tekening.

2. Zet een lijntje op een afstand van 4 cm op de één van de hoeken van 45° Pak een winkelhaak en trek de lijn door naar de schuine zijde. Zaag dit hoekje eraf,.let op! Bewaar dit hoekje goed.

60

Zie tekening.

4 cm 16 cm 3. Plak aan de lange zijde van het afgezaagde driehoekje spiegelfolie (vraag je docent welke folie je moet gebruiken). Zie tekening. spiegelfolie 4. Vijl eerst het hoekje rond. Zie tekening. Plak nu het buisje waar je door heen moet kijken met een lijmpistool of montagekit op de schuine zijde van de driehoek. buisje aluminium dit hoekje rondvijlen 5. Boor een gaatje van 3 mm in het midden van de kleine driehoek.

Zie tekening. (Documentnr. PO-TECH405, blad2van5)

61

6 Zaag een rechthoekje uit een nieuw plankje van 1,5 x 6 cm. Boor een gaatje in de smalle kant precies in het midden van de rechthoek. Het midden vind je door diagonaal 2 potloodstreepjes te zetten. Boor een gaatje van 3 mm. Let op dat je recht boort, gebruik hiervoor de kolomboormachine. 10 mm = smalle kant van het plankje Plak het waterpasje met een lijmpistool of met montagekit vast aan de rechterkant (= op brede kant van 1,5 cm) van het uitgezaagde rechthoekige plankje. 7. Leg het kleine driehoekje in de punt boven op de grote driehoek. Boor nu ook een gaatje in de onderste grote driehoek. Trek een potloodstreep op 5,5 cm van de onderkant en 4 cm van de rechterkant, en boor een gaatje in het midden van de lijntjes van 3 mm. 4 cm 5,5 cm 8. Zet het driehoekje vast met een boutje en zelfborgend moertje M3 en doe dit ook met het plankje met het waterpasje. Gebruik ringetjes. Zet ook een ringetje tussen de plankjes. trek een horizontale potloodstreep aan de onderkant van het plankje van de w waterpas over de hele breedte.

62

9. Draai het plankje met het waterpasje onder een hoek van 30° (meten met geo-driehoek) naar links en trek een duidelijke potloodstreep aan de onderkant van het plankje met het waterpasje over de hele breedte. Doe hetzelfde als je het plankje met het waterpasje naar rechts draait ook onder een hoek van 30° Zet bij de 2 lijnen de getallen 30 en 60.volgens tekening. Zet bij de horizontale lijn het getal 45.

60

45

30 10. Plak vervolgens de tabel met de afstanden op de boomhoogtemeter aan de zijkant. Laat het werkstuk door je docent controleren en aftekenen. 11. Met een paar klosjes goedkoop nylon touw van verschillende kleuren kun je makkelijk meten. Knoop om de 5 meter een andere kleur aan het touw zodat je ongeveer 30 meter touw hebt. Je kunt nu makkelijk de afstand van jezelf tot aan de boom meten. Zet met een viltstift een streepje om elke meter van het touw. 12. Tabel

(Documentnr. PO-TECH405, blad4van5)

afstand tot 30 graden 45 graden 60 graden

is d

e af

stan

d to

t de

boom

mee

r da

n 25

met

er d

an g

eldt

: bi

j 30°

hoo

gte

= a

fsta

nd d

elen

doo

r 1,

73

(√3)

, bij

45°

afst

and

= h

oogt

e en

bij

60°

hoog

te =

afs

tand

ver

men

igvu

ldig

en m

et 1

,73

(√

3).

boom in meters hoogte hoogte hoogte

5 2,89 5 8,66

6 3,46 6 10,39

7 4,04 7 12,12

8 4,62 8 13,86

9 5,20 9 15,59

10 5,77 10 17,32

11 6,35 11 19,05

12 6,93 12 20,78

13 7,51 13 22,52

14 8,08 14 24,25

15 8,66 15 25,98

16 9,24 16 27,71

17 9,82 17 29,44

18 10,39 18 31,18

19 10,97 19 32,91

20 11,55 20 34,64

21 12,12 21 36,37

22 12,70 22 38,10

23 13,28 23 39,84

24 13,86 24 41,57

25 14,43 25 43,30

tel bij de hoogte nog je eigen lichaamslengte op

63

12. Gebruik en werking van de boomhoogte-meter. Eén van de hoeken is rond gevijld, dat is het stukje dat je tegen je gezicht aan moet houden. Zet de waterpas op de lijn van 30 of 45 of 60 graden. Kijk door het buisje naar de top van de boom. Loop nu zover van de boom totdat je het luchtbelletje van de waterpas precies tussen de streepjes staat. Hierbij moet je het kleine driehoekje met het spiegeltje iets verdraaien, zodat je de waterpas kunt zien. Zie je nu de top van de boom en staat het luchtbelletje precies tussen de streepjes, Kijk dan op de tabel hoe hoog jouw boom is. Hier moet je alleen je eigen lichaamslengte nog bijtellen.

64

Format aanvulling bij het maken van de boomhoogte-meter. *1

e klas leerlingen worden in groepjes van 2 ingedeeld.

*Werkblad wordt uitgedeeld en klassikaal doorgenomen. *Uitleg over welk gereedschap hoe gebruikt wordt, incl de veiligheidsregels herhalen. *Uileg over hoe en wat beoordeeld wordt - werkt het? - secuur genoeg? - afwerking? - samenwerking vd LLingen? - werkhouding? * Termijn dat het werkstuk af moet zijn. * Verdere informatie en het werken met de boomhoogte-meter ligt bij de sectie biologie.

65

BIOLOGIE Practica

66

Enzymactiviteit van lactase Alice Bal, Stedelijk Lyceum Kottenpark, Enschede

Introductie Mensen hebben lactase nodig voor de vertering van lactose in melk en andere zuivelproducten. De medische aandoening lactose-intolerantie ontstaat wanneer het lichaam onvoldoende hoeveelheden lactase produceert om de lactose in deze voedingsmiddelen te verteren. Lactose-intolerantie kan leiden tot ongemakken zoals darmkrampen, opgeblazen gevoel en diarree. Enzymen Een enzym is een eiwit dat een bepaalde reactie versnelt, een biologische katalysator. Een enzym maakt een chemische reactie in of buiten een cel mogelijk of versnelt deze zonder daarbij zelf verbruikt te worden of van samenstelling te veranderen. Wel verbindt het enzym zich tijdens de reacties met het substraat, de stof waarop het enzym inwerkt. Dit gebeurt voor elk enzym op een eigen manier, doordat elke enzymreactie specifiek is, d.w.z. elk enzym kan slechts inwerken op één stof. Enzymen worden door het organisme (dieren, planten, insecten, schimmels) zelf gemaakt. Na de reactie keert het enzym weer terug naar de oorspronkelijke toestand en kan direct weer een reactie versnellen. Een enzym ‘wacht’ totdat de moleculen, waarmee het enzym aan de slag kan, bereikbaar zijn. Het enzym klemt zich dan op een plaats aan het substraat - veelal moleculen van voedingsmiddelen die ontbonden worden - waar dat past en waartoe hij dus geschikt is. Dat deel dat omklemd is, wordt losgemaakt van het grotere geheel, waarna ook het enzym weer vrij is en verder kan met het volgende molecuul(deel). Zo worden voedingsstoffen in kleine stukjes gebroken en verwerkt. De reactiesnelheid van een enzym is afhankelijk van de temperatuur, de zuurgraad (pH) en de concentratie van enzym en substraat (de stof waarmee het enzym reageert). Invloed van de temperatuur: De ruimtelijke structuur van eiwitten verandert met de temperatuur. Zo zijn de meeste enzymen inactief bij lage temperaturen. Boven 50° wordt de werking van het eiwit ook geblokkeerd door denaturatie. Ieder enzym heeft bij een bepaalde temperatuur een maximale activiteit (= optimumtemperatuur). Invloed van de pH: De ruimtelijke structuur van een enzymmolecuul blijft alleen bij een bepaalde zuurgraad in stand. Ieder enzym werkt optimaal bij een bepaalde pH-waarde. Lactase Lactase zorgt voor de omzetting van het disacharide lactose in galactose en glucose.

67

De enzymactiviteit van lactase in een testvloeistof met lactose kun je bepalen door de hoeveelheid glucose te meten, die zich heeft gevormd. Omdat glucose een product is van de lactosehydrolyse komt de hoeveelheid gemeten glucose overeen met de hoeveelheid lactose, die heeft gereageerd. De glucoseconcentratie kan met behulp van teststrips in het reactiemengsel gemeten worden. Dit zijn dezelfde teststrips die diabetici gebruiken om hun urine op glucose te controleren. De aanwezigheid van glucose in de oplossing verandert de teststrip van geel naar een blauwgroene kleur.

Lesorganisatie Dit practicum is geschikt voor 6 vwo. Het practicum bestaat uit 3 delen. Er wordt gewerkt in groepjes. Elk groepje onderzoekt één reactie-omstandigheid voor de lactase-gekatalyseerde hydrolyse van lactose. Deze reactie-omstandigheden zijn: A) lactase activiteit in de tijd B) lactase activiteit bij verschillende temperaturen C) lactase activiteit bij verschillende pH Aan het einde van het practicum worden de resultaten gedeeld en kunnen de optimale omstandigheden voor de lactase-activiteit bepaald worden.

Apparatuur en materiaal A) lactase-activiteit in de tijd Benodigdheden:

Lactase-oplossing

Lactose-oplossing

Gedestilleerd water

Bufferoplossing pH 7

Glucose teststrips

1 reageerbuis

3 pipetten 1,0 ml

1 maatcilinder 10 ml

Stopwatch

Pipetteerballon

Watervaste stift Receptuur testmengsel : 1,0 ml lactose oplossing 1,0 ml bufferoplossing pH 7,0 2,0 ml gedestilleerd water B) lactase-activiteit bij verschillende temperaturen Benodigdheden:

Lactase-oplossing

Lactose-oplossing

Gedestilleerd water

Bufferoplossing pH 7

Glucose teststrips

4 reageerbuizen

3 pipetten 1,0 ml

68

1 maatcilinder 10 ml

Stopwatch

Pipetteerballon

Watervaste stift

Waterbaden van resp. 0°C, 37°C, 60°C Receptuur testmengsel: 1,0 ml lactose oplossing 1,0 ml bufferoplossing pH 7,0 2,0 ml gedestilleerd water C) lactase-activiteit bij verschillende pH Benodigdheden:

Lactase-oplossing

Lactose-oplossing

Gedestilleerd water

Bufferoplossing pH 4

Bufferoplossing pH 7

Bufferoplossing pH 9

Glucose teststrips

3 reageerbuizen

5 pipetten 1,0 ml

1 maatcilinder 10 ml

Pipetteerballon

Stopwatch

Watervaste stift Recepturen: Testmengsel pH 4: 1,0 ml lactose oplossing

1,0 ml bufferoplossing Ph 2,0 ml gedestilleerd water

Testmengsel pH 7: 1,0 ml lactose oplossing

1,0 ml bufferoplossing pH 7 2,0 ml gedestilleerd water

Testmengsel pH 9: 1,0 ml lactose oplossing

1,0 ml bufferoplossing pH 9 2,0 ml gedestilleerd water

Toa aanwijzingen en veiligheid De concentratie van de lactose-oplossing in water is 10 mg/ml. De lactase-oplossing wordt gemaakt door 25 druppels KeruLac (apotheek) in 100 ml water op te lossen. Let op! De lactase en lactose-oplossing worden door de leerlingen snel verwisseld.

69

Procedure A) lactase-activiteit in de tijd Werkwijze Maak in de reageerbuis het testmengsel en meng door de buis een paar keer om te keren. Voeg 1,0 ml van de lactase oplossing toe en meng. Meet nu na 1, 2, 3, 4, 5, 6 en 7 minuten de glucose concentratie m.b.v. de teststrips (zie gebruiksaanwijzing glucose teststrips). Noteer de gemeten glucosewaarden en zet deze uit in een grafiek tegen de tijd. B) lactase-activiteit bij verschillende temperaturen Werkwijze Maak in elk van de vier reageerbuizen het testmengsel volgens bovenstaande receptuur en meng door de buis een paar keer om te keren. Zet één buis in het 60°C waterbad, één in het 37 °C waterbad, één bij kamertemperatuur en één in een ijswaterbad en wacht een paar minuten totdat de buizen op de juiste temperatuur zijn. Voeg 1,0 ml van de lactase oplossing aan de buis in het waterbad van 60°C en meng. Laat de buis exact vijf minuten bij 60°C staan en meet de glucose concentratie m.b.v. de teststrips (zie gebruiksaanwijzing glucose teststrips). Herhaal deze werkwijze voor de andere drie buizen bij resp. 37°C, kamertemperatuur en bij 0°C. Noteer de gemeten glucosewaarden en zet deze uit in een grafiek tegen de temperatuur. C) lactase-activiteit bij verschillende pH Werkwijze Maak in de reageerbuizen de drie testmengsel volgens bovenstaande recepturen en meng door de buizen een paar keer om te keren. Voeg 1,0 ml van de lactase-oplossing toe aan testmengsel pH 4 en meng. Laat de buis exact vijf minuten staan en meet de glucose concentratie m.b.v. de teststrips (zie gebruiksaanwijzing glucose teststrips). Herhaal deze werkwijze voor de andere twee testmengsels pH 7 en pH 9. Noteer de gemeten glucosewaarden en zet deze uit in een grafiek tegen de pH waarde.

Gebruiksaanwijzing glucose teststrips. Neem één teststrip uit de verpakking en sluit deze daarna meteen weer. Raak de gele test zone niet aan. Doop de teststrip ca. 1 seconde in de vloeistof, de gele testzone moet nat zijn. Tik met de zijkant van de teststrip op een stukje papier om overtollige vloeistof te verwijderen. Vergelijk na precies 30 seconden de kleur van de teststrip met de kleurenschaal op de verpakking. Noteer de glucosewaarde die bij de overeenkomende kleur behoort of noteer de twee waarden van de kleurenschaal waar tussen de kleur van de teststrip ligt. De aanduiding neg. = 0 mg/dl en norm. = 20 mg/dl.

Docent aanwijzingen Het doel van dit practicum is het onderzoeken van de eigenschappen van het enzym lactase. Aan het einde van dit practicum weten leerlingen wat de biologische functies van enzymen zijn en waarom ze belangrijk zijn in het lichaam. Ook weet je wat de invloed van de zuurgraad (pH) en temperatuur is op de functie van lactase.

70

Verdere informatie

Gevonden meetwaarden

Tijd 1=20 2=50 3=50-150 4=150 5=150 Temperatuur 0=20 KT=50-150 37=150 60=0-20

pH 4=0 7=150 9=20-50

71

Isolatie van DNA uit een kiwi Annemarie Herder, De Waerdenborch, Holten

Introductie De meesten van jullie hebben wel eens van DNA gehoord. Het ‘computerprogramma’ dat in iedere cel van ons lichaam zit en precies verteld wat hij moet doen. Elke cel bevat een kern met daarin een aantal chromosomen. Deze korte staafjes bevatten het zeer compact opgerolde DNA (in elke cel zit 2 meter DNA!). Dankzij kleine afwijkingen in dit ‘computerprogramma’ van de cel zijn wij allemaal verschillend. De politie maakt hier dan ook gebruik van. Het isoleren van DNA uit cellen is de eerste stap in veel onderzoek in de moleculaire biologie. Voordat je een bacterie ertoe kan brengen een stof te laten produceren waar in de medische wereld behoefte aan is, moet het bacterie-DNA worden geïsoleerd. Ook het modificeren van planten, bijvoorbeeld om ze resistent te maken tegen ziektes, begint met DNA-isolatie. Drolvrij Jeruzalem In Jeruzalem wil men komend jaar op grond van deze techniek de stad drolvrij maken door alle huisdiereneigenaren DNA materiaal van hun geliefde huisdier in te laten leveren. Inspecteurs gaan vervolgens de straat op en verzamelen hondenpoep en sturen dit naar een laboratorium waar het wordt onderzocht. Via de reeds verzamelde gegevens van het DNA van de huisdieren kan de eigenaar opgespoord worden. De eigenaar kan een bekeuring verwachten van 150 euro! Hoe ziet DNA er werkelijk uit? Wel nu, dat gaan we eens onderzoeken. Wees gerust. We zullen niet onderzoeken of je een crimineel bent. We gaan enkel het DNA van een kiwi bekijken.

Lesorganisatie De leerlingen werken in tweetallen. Het practicum is geschikt voor 3 vwo.

Apparatuur en materiaal 1 kiwi

Mes + snijplankje

Vijzel met stamper

roerstaafje

5 á 10 gram zout

bovenweger

10 ml afwasmiddel (maatcilinder 10 ml)

100 ml gedestilleerd water (maatcilinder 100 ml)

Bekerglas 400 ml

Waterbad 60 graden Celcius

Bekerglas 250 ml

Trechter met filter (evt een centrifuge)

IJskoude ethanol (in maatcilinder 10 ml)

Reageerbuis in een rekje

Satéprikker

Afsluitbare houder

72

Toa aanwijzingen en veiligheid Een dag voor de proef de ethanol in de vriezer plaatsen, zodat deze ijskoud is op de dag dat het gebruikt wordt.

Procedure Schil de kiwi en snijdt deze in kleine stukjes. Wrijf de kiwi fijn in een vijzel met stamper. Weeg 3 gram zout af en meng dit met 10 ml afwasmiddel en 100 ml gedestilleerd water in een bekerglas van 400 ml. Roer alles door elkaar. Voeg de kiwimoes bij het mengsel. Door de ontvettende eigenschappen van het afwasmiddel gaan de celmembranen nu open omdat de celmembranen vooral bestaan uit vetachtige bestanddelen. De inhoud van de cel (die voornamelijk bestaat uit eiwitten en maar voor een klein gedeelte uit DNA) komt nu vrij in de oplossing. Zet het geheel 15 minuten weg in een waterbad van 60 graden Celcius. Filtreer het mengsel en vang het filtraat op in een bekerglas van 250 ml. Je kunt er ook voor kiezen om het kiwimengsel te centrifugeren (snellere methode). Giet ongeveer 10 ml helder filtraat in een reageerbuis. Meet 10 ml ijskoude ethanol (uit de vriezer) af en schenk deze onder een hoek van 45 graden heel voorzichtig (!) op het extract in de reageerbuis. Het extract en de ethanol moeten zo weinig mogelijk mengen. Laat de reageerbuis 5 minuten staan. Wacht tot je op het grensvlak van het extract en ethanol een soort gelatine met witte vlokken en gasbelletjes ziet. Dit is DNA met daarin ontstane gasbelletjes. Na enige tijd gaat deze prop omhoog door de opwaartse kracht in de gasbelletjes. Met een satéprikker kun je het DNA-materiaal eruit ‘vissen‘. Vervolgens kun je dit in een afsluitbare houder doen.

Verdere informatie Je hebt nu kennis gemaakt met het type werk dat biologisch analisten doen. Wat vind je van dit werk? Is biochemisch werk iets voor jou ?

73

Diffusiesnelheid bij verschillende temperaturen Jacqueline Kolkman, Carmel College Salland, Raalte

Introductie Als iemand in de hoek van een lokaal een gaskraan even opendraait, is enige tijd later in het hele lokaal gas te ruiken. De moleculen in de gasfase vermengen zich met de lucht en verspreiden zich over de hele ruimte. Dit verschijnsel heet diffusie. Als je in een glas een kleurstof doet en er water bovenop schenkt zie je hetzelfde verschijnsel. Diffusie is de verplaatsing van een stof van een plaats met hoge concentratie naar een plaats met een lage concentratie van die stof. Diffusie kan plaatsvinden in een gasvormige of vloeibaar medium. De snelheid van de moleculen is van invloed op de diffusiesnelheid. De snelheid van de moleculen is afhankelijk van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur hoe sneller de moleculen bewegen.

Lesorganisatie In het kader van differentiatie zou je sommige leerlingen kunnen laten experimenteren met volumina en het aantal druppels.

Apparatuur en materiaal Zetmeeloplossing (gekleurd)

Jodiumoplossing

Water

Ijs (blokjes of gemalen)

Bekerglazen

Maatcilinders (20 of 50 ml)

Petrischalen (glas)

Druppelpipetten

Thermometers

Stopwatch (of horloge met seconden aanduiding)

Viltstift (watervast)

TOA aanwijzingen en veiligheid Het practicum is op dit moment nog erg open omdat het volume water en het aantal druppels (nog) niet omschreven zijn. Voor een goed practicumresultaat zou voor deze zaken meer duidelijkheid gegeven kunnen worden (bij kleine volumina en weinig druppels duurt het proces erg lang!). Voorbereidingen: zetmeeloplossing maken en aankleuren. Handigheden om tijd optimaal te benutten: geen specifieke handigheden. Reden om met gekleurde oplossingen te werken is om gevoelsmatig de wachttijd te bekorten. De leerlingen zien dat er iets gebeurt, wat bij kleurloze oplossingen niet het geval is. Hierdoor duurt het hele proces al snel te lang. Afvalbehandeling: geen bijzonderheden.

74

Procedure Probleemstelling Bedenk een onderzoeksvraag voor dit experiment. Hypothese Bedenk een hypothese bij dit experiment. Practicum Vul 2 grote bekerglazen met koud en warm water. Voeg aan het koude water het ijs toe. Plaats in beide bekerglazen een thermometer. Zet op de bodem van een petrischaal twee stippen met viltstift. Zet de stippen ongeveer 1 cm. Van de rand en recht tegenover elkaar. Vul de petrischaal m.b.v. een maatcilinder met water en zet hem op een vlakke, stabiele ondergrond. Leg, afhankelijk van de kleur ondergrond, eventueel een wit vel papier onder de petrischaal. Laat met een druppelpipet boven de ene stip een druppel zetmeeloplossing en gelijkertijd bij de ander stip een druppel jodiumoplossing. Start meteen de tijdwaarneming.

Stop de tijdwaarneming op het moment dat er een verkleuring begint op te treden wanneer beide stoffen elkaar bereikt hebben.

75

Herhaal de proef met dezelfde en andere watertemperaturen. Zorg dat je steeds evenveel water in de petrischaal doet. Om de temperatuur langer constant te houden kun je de petrischaal in een grote petrischaal plaatsen en deze ook vullen met water van eenzelfde temperatuur. De tijd om de verkleuring te realiseren is een maat voor de diffusiesnelheid. Omdat er gewerkt wordt met gekleurde oplossingen is het diffunderen goed te volgen. Watertemperatuur Benodigde tijd Tijd duplo Gemiddelde tijd

De gebruikte volumina in de petrischalen en het aantal druppels zetmeel en jodium zijn niet exact omschreven. Hiermee kan naar hartelust geëxperimenteerd worden. Watertemperatuur Volume in petrischaal Druppels zetmeel Druppels jodium Benodigde tijd

Docent aanwijzingen Leerdoelen: Een theorie beter begrijpen Weergeven wat is waargenomen Een onderzoeksvraag stellen Gegevens verwerken en interpreteren Conclusie trekken over de onderzoeksvraag op grond van de gegevens Samenwerken leren / stimuleren Hoe zorg je ervoor dat de leerlingen de leerdoelen kennen: Informatie verstrekken in voorschrift / tijdens introductie.

Verdere informatie Concept context onderwijs Dit practicum kan goed aansluiten bij items over luchtvervuiling en/of vervuiling van rivieren/zeeën. Aanleiding tot dit practicum: Ik heb contact gezocht met uitgevers met de vraag of zij beschikten over nieuwe practica gericht op het vernieuwde biologie onderwijs. Via Malmberg ontving ik dit practicum in een

76

prematuur stadium. In het practicum zoals ik het oorspronkelijk ontving werd gewerkt met een calciumchloride oplossing en een soda-oplossing, waarbij een neerslag van calciumcarbonaat ontstond. Aan deze stoffen kleefden twee nadelen: Het moment waarop het neerslag werd gevormd was lastig te bepalen, waardoor er al snel verschillen in de waarnemingen ontstonden die konden oplopen tot 30 sec. verschil. De oplossingen waren kleurloos. Hierdoor was het verloop van de diffusie in zijn geheel niet te volgen en duurt het al snel te lang voordat het neerslag ontstaat. Tegen de tijd dat het neerslag wel ontstaat is de concentratie van de leerlingen waarschijnlijk zodanig afgenomen dat het de betrouwbaarheid van de waarnemingen niet ten goede komt.

77

Celbiologie – traanvocht José Stinenbosch, Bonhoeffer College, Enschede

Introductie Tijdens dit practicum ga je onderzoeken of traanvocht invloed heeft op de ontwikkeling van bacteriekolonies. Probleemstelling Hoe blijven je ogen ontsteking vrij, zonder bedekkende huidlaag? Zou het iets te maken kunnen hebben met de werking van traanvocht?

Lesorganisatie We doen dit in 2 lessen, omdat de bacteriën de tijd moeten hebben om te delen, groeien en zo kolonies te vormen die je kan waarnemen.

Apparatuur en materiaal 2 petrischaaltjes met voedingsbodem

Voorgekweekte bacteriestam suspensie (in reageerbuisje)

Latex handschoenen

Horlogeglas

Ui

Druppel pipetje

Pincet

Watervaste stift

Filtreerpapier

Schaar

Schilmes

Snijplank

Afvalvat

Bekerglas met alcohol voor gebruikte druppelpipetten

Procedure Werkwijze Je gaat in dit practicum werken met een bacteriestam die ook in je neus of op je eten voor zou kunnen komen. Desondanks moet je voorzichtig zijn tijdens dit practicum, omdat er naar verhouding veel meer bacteriën aanwezig zijn op de voedingsbodems dan in een normale situatie. Let bij de uitvoering samen goed op bij welk punt van de werkwijze je bent. Practicum 1 Doe de latex handschoentjes aan en knip minimaal 3 kleine rondjes (ongeveer 0,5cm doorsnede) uit het filtreerpapier. Op die manier voorkom je dat de bacteriën die op je hand zitten ook op het filtreerpapier komen. Pak de reageerbuis met voorgekweekte bacterie suspensie uit het rekje en zuig het pasteurspipetje met één keer drukken vol.

78

Neem een petrischaaltje met voedingsbodem en houdt het in de hand vast. Spuit met de volgezogen pipet de bacteriestam op de voedingsbodem. Zwenk het petrischaaltje licht rond, zodat het hele schaaltje ‘besmet’ raakt. Zuig het teveel aan bacteriesuspensie er weer uit met het pipetje (zoals je doet met een laatste lepel soep uit een bord). Dek hem snel weer af en zet op de deksel C (controle plaat). ‘Besmet’ op dezelfde manier nog een schaaltje en noem deze T (traanvocht). Zet op beide schaaltjes ook je naam. Laat deze voedingsbodems afgedekt staan terwijl je de volgende punten uitvoert. Snijdt een verse ui zo klein mogelijk en hou deze zo dicht mogelijk in de buurt van je ogen. Probeer nu zoveel mogelijk traanvocht in een horlogeglaasje op te vangen. Pak met de pincet een uitgeknipt rondje filtreerpapier en houdt het in het traanvocht, zodat het doordrenkt raakt met traanvocht. Leg het vochtige rondje filtreerpapier op plaat T. Doe hetzelfde met nog twee rondjes en leg ze mooi verspreid op plaat T. Zet de twee petrischaaltjes in de broedstoof. Staat je naam op de deksels zodat je de volgende les je eigen schaaltjes kunt herkennen? Was 2x je handen grondig met water en zeep. Practicum 2 Het is belangrijk dat je pertischaaltjes afgedekt houdt. Er zijn nu hier en daar grote kolonies ontstaan en als je de lucht uit deze schaaltjes inademt, kun je daar ziek van worden. Bekijk je voedingsbodems en maak een tekening van elk petrischaaltje. Zet C /T van de schaal bij elke tekening en zet ook een korte beschrijving van wat je ziet onder elke tekening. Noteer alle resultaten die je ziet duidelijk per schaaltje voor je verslag! Als je klaar bent, breng de pertischaaltjes afgedekt naar de TOA. Deze zal ze veilig vernietigen. Geef antwoord op de vragen.

Vragen bij de proef 1. Waarom is het belangrijk dat ook je ogen zich kunnen verdedigen tegen ziektes en

bacteriën? 2. Geef nog een voorbeeld van een lichaamsdeel dat zichzelf beschermt om ziektes te

voorkomen. 3. Kan je een manier bedenken hoe lysozym eiwitten de bacteriën aanvallen? 4. Leg uit hoe het komt dat je gaat snotteren vlak nadat je een vlieg in je oog hebt

gekregen. Doe dit uitgebreid en benoem alle onderdelen die hierop van toepassing zijn.

5. Niet iedereen kan zich even goed verdedigen tegen invloeden van buitenaf op de ogen. Wat is een veelvoorkomende ziekte die op de ogen een sterk effect heeft (rode, jeukende ogen)?

6. Maak een lijst van de cellen in je lichaam die met het immuunsysteem te maken

hebben. Zet bovenaan de aspecifieke cellen en verder naar onder de gespecialiseerde cellen. Zet bij elke cel waar in het lichaam ze voorkomen en waarvoor ze ingezet worden.

79

Katalaseactiviteit in verschillende weefsels bij verschillende temperaturen Lia Siebelder, Marianum, Groenlo

Introductie Katalase (of peroxidase) is een enzym dat zich bevindt in de peroxisomen van eukaryote cellen, plantencellen en cellen van aërobe bacteriën. Enzymen zijn stoffen die een reactie kunnen katalyseren/versnellen en worden tijdens een reactie niet verbruikt. Katalase zet waterstofperoxide - een stof die in de cel kan ontstaan o.a. als tussenproduct van de dissimilatie (= afbraak van organische moleculen) - om in water en zuurstofgas, een exotherme reactie. 2 H2O2 → 2 H2O + O2 + warmte Waterstofperoxide is chemisch zeer actief. Indien het niet onmiddellijk wordt omgezet kan het de cel ernstig beschadigen. Katalase kan ook giftige stoffen (zoals fenolen, mierenzuur, formaldehyde en alcoholen) oxideren met behulp van waterstofperoxide. H2O2 + RH2 → 2 H2O + R Dissimilatie Gedurende de dissimilatie van één glucosemolecuul in een lichaamscel worden ATP moleculen gevormd. Van deze moleculen ATP is het overgrote deel afkomstig van de oxidatieve fosforylering. Bij de oxidatieve fosforylering ontstaat de giftige stof waterstofperoxide H2O2. Deze stof blijft doorgaans gebonden aan de membranen binnen de mitochondriën. Als deze stof toch vrijkomt, zorgt het enzym katalase voor een snelle omzetting van H2O2 in zuurstof en water. pH-Waarde en temperatuur zijn van invloed op de werking van het enzym katalase. Hoewel katalase niet wordt verbruikt tijdens de omzetting van H2O2 in H2O en O2, kan katalase zijn werking wel verliezen wanneer de temperatuur te hoog wordt. Katalase is net als andere enzymen een eiwit dat denatureert boven een bepaalde temperatuur. Een gedenatureerd enzym is zijn specifieke structuur en daarmee zijn werking kwijtgeraakt. Deze verandering is onomkeerbaar.

TEMP / pH Optimumkromme

80

De enzymactiviteit van katalase onder verschillende omstandigheden kan worden uitgezet in een grafiek. Deze grafiek vertoont doorgaans een kromme (zie de afbeelding van de optimumkromme hierboven). Om de enzymactiviteit van katalase te meten kan een kleine hoeveelheid katalasehoudend weefsel in een reageerbuis gedaan worden, waarover enkele ml H2O2 gegoten wordt. Door de omzetting van H2O2 in H2O en O2 ontstaat een schuimkraag in de reageerbuis. Deze schuimkraag is hoger naar mate de reactie heviger is.

Lesorganisatie We werken in groepjes van xx leerlingen en bekijken allemaal twee katalasehoudende weefsels. De resultaten worden na afloop van het practicum gedeeld.

Apparatuur en materiaal Labjas

Veiligheidsbril

Reageerbuizen

Watervaste stift Katalasehoudende weefsels:

Runderlever

Biefstuk

Aardappel

Meelworm

Maden

Regenworm

Rode biet

Knolselderij

Demi-water

H2O2 3%

Maatcilinder 10 ml

Weegschaal

Vijzel en mortier

Spatel

Scherp zand

Bekerglas met smeltende ijsblokjes

Waterbad van 20, 37 en 70 °C

Liniaal

Toa aanwijzingen en veiligheid Denk van te voren goed na of de klas met levend materiaal wil werken. Waterstofperoxide is een gevaarlijke stof, werk dus met beschermende kleding en een veiligheidsbril.

Procedure Markeer reageerbuizen met 0, 20, 37 en 70.

81

Weeg 1 gram van een katalasehoudend weefsel af en wrijf het fijn in de mortier m.b.v. een schepje scherp zand en de vijzel en breng het m.b.v. een spatel over in de reageerbuizen. Doe dit vier keer voor de vier reageerbuizen. Markeer 4 reageerbuizen met 0, 20, 37 en 70 ´ ( accent), vul die reageerbuizen met 5 ml H2O2 3%. Zet de buizen 0, 0’ in het bekerglas met smeltend ijs. Zet de buizen 20, 20’ enz. in het waterbad met de overeenkomstige temperatuur en laat de buizen 5 minuten staan. Giet na die 5 minuten het waterstofperoxide bij het te onderzoeken weefsel en laat de buizen weer 5 minuten staan bij de verschillende temperaturen. Meet m.b.v. de liniaal de hoogte van de schuimkraag en zet de resultaten in onderstaande tabel.

Temp. ° C cm schuimkraag

0 20 37 70

Runderlever ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Knolselderij >9 - >9 >9 - >9 >9 - >9 0,5 – 0,6

Biefstuk 3,2 - 2,9 6,0 – 5,4 >9 - >9 -----

Meelwormen ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Regenwormen 3,0 – 5,1 8,5 – 9,0 >9 - >9 0,5 – 0,6

Rode biet 1,5 – 1,7 2,5 – 2,6 2,0 – 2,2 0,5 – 0,4

Vragen bij de proef Is er verschil tussen de Katalaseactiviteit in verschillende weefsels van verschillende organismen? Welke hypotheses kunnen we naar aanleiding van de experimenten stellen? Probeer een hypothese te bedenken waarom het optimum verschuift. Probeer een hypothese te bedenken waarom het optimum soms zo smal/breed is.

Verdere informatie Bekijk animatie enzymen op Bioplek: http://www.bioplek.org/animaties/enzymen/enzym.swf

82

De Watervlo Karin de Vries, OSG Hengelo, Hengelo

Introductie Bij een groot aantal situaties, namelijk vechten, angst, vluchten, stressituaties enz. maakt het lichaam adrenaline aan. Bij deze situaties veranderen lichaamsreacties, waaronder je hartslag. Het is goed om te weten wat bepaalde stoffen met ons lichaam doen. Chemische stoffen die je hart sneller laten kloppen, en je bloeddruk verhogen worden stimulerende middelen genoemd. Andere chemische stoffen, bekend als verdovende middelen, verlagen je bloeddruk en je hart gaat langzamer kloppen. Watervlooien (Daphnia) worden veelvuldig gebruikt voor onderzoek naar de giftigheid of het effect van stoffen op organismen. Zo kun je het effect van verschillende verslavende middelen op watervlooien bestuderen. Dit doen we door de invloed op de hartfrequentie te meten.

Bij deze proef gaan we het effect bekijken van alcohol, koffie(cafeïne), nicotine, amfetamine, aspirine en slaapmiddel. Dit doen we door de invloed van deze stoffen op de hartslag, van de watervlo, te onderzoeken.

Het hart bij de watervlo is een bolvormig zakje (zie figuur 1). De watervlo bezit geen bloedvaten, het bloed stroomt tussen de weefsels door. De watervlo is doorzichtig waardoor met een microscoop bij een vergroting van 40X het hart goed kan worden waargenomen.

Zoek voor je aan de experimenten begint nog wat meer achtergrondinformatie op over de watervlo.

Figuur 1. Vrouwtje

83

Lesorganisatie Niveau: HAVO-5 / VWO-5 Doel: - Oefen van verschillende stappen van de natuurwetenschappelijke denk- en werkwijze. - Leerlingen worden door deze proef bewust van de relatie tussen drugs, alcohol, nicotine, medicijnen en de hartslag. Voorkennis: Leerlingen moeten achtergrondinformatie verzamelen over drugs, alcohol, nicotine, medicijnen en over watervlooien. Leerling: De leerlingen werken samen in groepjes van twee. Ze maken een werkplan voor hun onderzoek. In dat werkplan staan in de eerste plaats de vraagstelling en de hypothese. Verder moeten ze een plan van aanpak maken. Het werkplan bespreken ze met de TOA. Het uitvoeren van het experiment en het maken van het verslag. Docent: Uitleg geven wat de bedoeling is van natuurwetenschappelijk onderzoek. Leerlingen krijgen 4 weken de tijd voor het verzamelen van informatie, het uitvoeren van het onderzoek tot en met het inleveren van het verslag. De docent beoordeelt het verslag. TOA: Begeleidt het onderzoek. Helpt leerlingen bij het zien van verbanden in hun experiment. Wat moet je veranderen, wat houd je gelijk en wat meet je. De TOA zorgt voor de materialen en de verschillende oplossingen. Veiligheid: Aan het begin van het experiment wordt er op gewezen dat de leerlingen met respect om moeten gaan met de watervlooien. De leerlingen zijn op de hoogte gesteld van de veiligheidsregels Werken in het lab Duur: 2 á 3 lesuren (50 min.) + inleidend gesprek van ongeveer ¼ tot ½ uur. Nawerk van practicum: Leerlingen ruimen zelf alles op.

Apparatuur en materiaal bekerglas met watervlooien in water

bekerglas met water voor gebruikte watervlooien

microscoop

pasteurpipet (voor elke oplossing één)

afgeknipte pasteurpipet om watervlooien te pakken

stopwatch

horlogeglas

petrischaaltje

aquariumvoorwerpglaasje (voorwerpsglas met uitgeslepen holling)

filtreerpapier

84

rekenmachine Maatkolfjes met de volgende oplossingen:

Cafeïne-oplossing

Alcohol-oplossing

Aspirine-oplossing

Slaapmiddel-oplossing

Nicotine-oplossing

Amfetamine-oplossing

water (blanco bepaling)

Toa aanwijzingen en veiligheid Algemeen Watervlooien (Dapnia) leven in sloten en vijvers. Het zijn kleine zoetwaterkreeftjes tot een halve centimeter groot, afhankelijk van de soort. Ze eten algen en bacteriën die ze uit het water filteren. Dat doen ze door met hun poten water onder hun pantser te pompen. Op de poten zitten een soort borstels die als filter dienen. Watervlooien worden door de meeste zoetwatervissen gegeten en zijn voor zoetwaterdieren, zoals watersalemanders en kikkers bij voedsel. Het spijsverteringskanaal van watervlooien wordt door algen groenbruin gekleurd. (Zie figuur 1 op bladzijde 87) Het spijsverterings-kanaal bestaat uit een monddeel, darm, leveruitbochting, endeldarm en anus. Aan de rugzijde bevindt zich het hart. Het hart pompt het bloed in de lichaamsholte van de watervlo. Watervlooien hebben geen gesloten bloedvatenstelsel. Watervlooien hebben de eigenschap om in heel korte tijd tot onwaarschijnlijk grote aantallen toe te kunnen nemen. Voortplanting zonder mannetjes (parthenogenese) Watervlooien brengen gedurende bepaalde perioden van hun ontwikkelingscyclus alleen wijfjes voort, en de eieren daarvan, zgn. subitane eieren, ontwikkelen zich direct zonder bevruchting in de broedruimte van de moeder. Daardoor zijn de dieren in staat zich in een voor hun bestaan gunstig jaargetijde zeer snel te vermenigvuldigen. Voortplanting met mannetjes In het najaar worden de milieu omstandigheden vaak minder goed; de vrouwtjes produceren dan een ander soort eieren de zogenaamde wintereieren; deze moeten bevrucht worden door mannetjes. Na de bevruchting omgeven deze zich met een stevige schaal en zo kunnen ze ongunstige omstandigheden (koude, uitdroging) overleven. In het voorjaar ontwikkelen zich, als de omstandigheden weer gunstig worden, hieruit de aseksuele vrouwtjes, die zich vermeerderen door parthenogenesis.

85

parthenogenesis= geslachtelijke ongeslachtelijke voortplanting voortplanting Verschil tussen mannetjes en vrouwtjes De mannetjes zijn veel kleiner dan de wijfjes. Het mannetje heeft beter ontwikkelde voelsprieten. Een vrouwtje bezit een broedzak Watervlooien en vissen Watervlooien zijn een makkelijke prooi voor vissen. Als in een vijver of aquarium ook vissen aanwezig zijn dan vluchten de watervlooien tussen de waterplanten. Als er geen vissen in de buurt zijn dan zoeken de watervlooien juist de ruimte. Waterplanten concurreren met algen Om watervlooien te voeden worden verschillende soorten voedsel gebruikt. In het algemeen is groen water genoeg om watervlooien te voeden. Er ontstaat nu een explosie van watervlooien ze eten de algen op. Het water wordt weer helder. Er ontstaat nu een evenwicht. De watervlooien groeien minder hard en planten zich minder snel voort. Wetenswaardigheden Er zijn ca. 100 soorten Daphnia (watervlooien) bekend. Daarvan zijn de Daphnia pulex en Daphnia magna de bekendste. Het verschil tussen deze twee is dat de laatste vrij extreme omstandigheden kan verdragen. Daphnia pulex reageert sneller op veranderingen in vergelijking met de Daphnia magna. Daphnian pulex is vanwege deze eigenschap geschikt om mede de waterkwaliteit te bewaken. Tijdens dit practicum wordt gebruikt gemaakt van Daphnia pulex. Daphnia's zijn uitermate geschikt om onderzoek aan te doen omdat ze transparant zijn. De invloed van chemische stoffen op de hartslagfrequentie is goed te volgen. Dapnia zijn extreem gevoelig voor metaal(ionen)en sommige soorten verontreiniging en worden daarom als indicatoren voor water kwaliteit gebruikt. Dapnia's bewegen op en neer door het water: met een slag van hun tweede antenne bewegen ze omhoog, daarna zakken ze omlaag, terwijl ze voedsel vergaren. In zuurstofarm water maken ze hemoglobine aan om hun zuurstofvoorraad te verhogen.

86

afdeling (stam) Arthropoda (geleedpotigen)

klasse Crustacea (kreeftachtigen) orde Onychura

suborde Anomopoda (watervlo-achtigen) familie Daphniidae (gewone watervlooien)

geslacht Daphnia soort Daphnia pulex Watervlooien zijn een week in de koelkast in leven te houden

Recepten van de verschillende oplossing in alfabetische volgorde: Alcohol oplossing –5%-alcohol oplossing Als uitgangsstof is 96%-98% ethanol gebruikt. Amfetamine oplossing – Ritalin is een wekamine, verwant aan amfetamine en valt onder de Opiumwet. Ritalin is verkrijgbaar in tabletten van 10 mg. Ritalin wordt veel gebruikt bij mensen die ADHD hebben. Een tablet werd gevijzeld en opgelost in 35 ml. water. Niet elk bestanddeel lost op. De onopgeloste deeltjes laten bezinken en de bovenstaande heldere oplossing gebruikt. Ritalin gekregen via een leerling van school die Ritalin slikt. (Ritalin is alleen verkrijgbaar met op recept) Aspirine oplossing - (acetylsalicylzuur) is een geneesmiddel dat pijnstillend, koortsverlagend en ontstekingsremmend werkt. De aspirine is van de firma Bayer en bevat 100 mg. werkzame stof per tablet. Een tablet met een vijzel fijn maken en oplossen in 200 ml. De opgeloste tablet gaf na 24 uur een kleine hoeveelheid neerslag te zien. Deze werd gefiltreerd waardoor een heldere oplossing overbleef. Cafeïne oplossing – koffie bevat van nature cafeïne. Cafeïne komt niet alleen voor in koffie, naar ook in thee, cola en cacao. Een kop filterkoffie bevat ongeveer 75 milligram cafeïne. Neem een zakje espresso koffie en schenk er 60 ml warm water bij. Daarna neem je 10 ml van deze oplossing deze vul je aan met water tot 100 ml. Slaappillen – Gebruikte slaappillen zijn Imovane, 7,5 mg werkzame stof Een half tablet fijn maken met de vijzel. De tablet oplossen in 100 ml warm water. Een papierachtig laagje dat om de tablet zit gaat moeilijk kapot en lost niet op. Nicotine – Nicotine is de verslavende stof in tabak. Neem 1 gram tabak (bijvoorbeeld drum), hierbij warm water 100 ml. Dit 24 uur laten staan en daarna filtreren.

Procedure 1. Eerst ga je een blanco bepaling doen. Giet een beetje van de watervlooien in een

petrischaal. Zet de petrischaal op een witte ondergrond. Vang met de druppelpipet

87

een watervlo. Breng de watervlo met zo weinig mogelijk water over in de holling van het aquariumvoorwerpglaasje (figuur 2)

figuur 2 2. Te veel water kan met een filtreerpapiertje worden weggezogen tot de watervlo stil

ligt. 3. Bestudeer de watervlo onder de microscoop. Zoek onder de microscoop bij

vergroting van 40x het hart op (zie figuur 1). 4. Tel gedurende 15 sec. het aantal hartslagen. Je partner neemt de tijd op met een

stopwatch. Door met 4 te vermenigvuldigen kan de hartslagfrequentie per minuut worden bepaald.

5. Haal zoveel mogelijk water weg met een filtreerpapiertje en voeg een druppel van de te onderzoeken vloeistof toe. (figuur 3).

Laat de watervlo twee minuten acclimatiseren.

figuur 3 (toevoegen te onderzoeken stof)

6. Herhaal stap 3 tot en met stap 5. 7. Herhaal bovenstaande werkwijze met 2 andere watervlooien. 8. Bovenstaande handelingen voer je uit met de verschillende stoffen. Voer alle

metingen in drievoud uit (steeds met een nieuwe watervlo). De gebruikte watervlo doe je in het daarvoor bestemde bekerglas. Gebruik voor elk oplossing een ander resultatentabel. Maak uiteindelijk van alle oplossingen een overzichtstabel met grafiek.

88

Werk zo nauwkeurig mogelijk om de betrouwbaarheid van het practicum te verhogen. Resultaten

vul de resultaten in de resultaten tabel

maak tabellen en doe de berekeningen

diagrammen die je kunt maken van je verkregen resultaten

beschrijving van een bijzondere waarneming of gebeurtenissen tijdens het experiment

Practicum Microscopie Watervlooien

watervlo

watervlooien (ware grootte)

Watervlooien zijn kleine waterkreeftjes, die voorkomen in sloten, plassen en vijvers.

Microscoop:

Benodigdheden: - lichtmicroscoop - petrischaaltje met watervlooien - aquariumobjectglaasje - pipet

Werkwijze: - Zuig een watervlo uit de petrischaal op met de pipet en leeg de pipet in het kuiltje

89

van het aquariumobjectglaasje (Aquariumobjectglaasjes zijn objectglaasjes waarin een kuiltje is geslepen). Deze objectglaasjes zijn -in tegenstelling tot gewone objectglaasjes- duur. Werk daarom voorzichtig met aquariumobjectglaasjes). - Zorg er voor dat er voldoende water in het kuiltje van het aquariumobjectglaasje zit.

Watervlo op aquariumobjectglaasje pipetteren

Figuur 4

Omdat watervlooien een min of meer doorzichtig lichaam hebben kunnen watervlooien onder een lichtmicroscoop bekeken worden. Als watervlooien echter met een sterke vergroting onder de lichtmicroscoop bekeken worden, valt er te weinig licht door het lichaam van de watervlo waardoor het beeld te donker wordt. Watervlooien kunnen het beste bekeken worden bij een vergroting van 40x.

90

Maak hieronder een natuurgetrouwe tekening van de watervlo bij een vergroting

van 40x.

Vragen bij de proef Hartslagfrequentie watervlo Resultatentabel Gegevens tabel 1: Hartslagfrequentie van de watervlo in verschillende chemische oplossingen Naam van de chemische oplossing:…………………………………………………….. Formuleer een hypothese over het effect van de gebruikte oplossing op de hartslagfrequentie van de watervlo: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………

91

1e meting 2e meting 3e meting

Hartslag (15 sec.)

Hartslag per min.

Hartslag (15 sec.)

Hartslag per min.

Hartslag (15 sec.)

Hartslag Per min.

( x 4) (x 4) (x 4)

Water (blanco)

Naam van de Chemisch Oplossing: ……………………………….

Gegevens tabel 2: Berekening van het verschil in hartslagfrequentie tussen de blanco bepaling en de hartslagfrequentie in de chemische oplossing.

Blanco (water) Chemische oplossing

1e meting hartslag per min.

2e meting hartslag per min.

3e meting hartslag per min.

Enz.

gemiddelde hartslag (som/3)

Verandering in hartslag:

(HRopl. - HRblanco) x 100 = %

HRblanco

HRopl.. = hartslag chemische stof, HRblanco= hartslag blanco Classificatie van de oplossing: stimulerend of verdovend? ................................................................. Gegevens tabel 3: Overzichtstabel: vergelijking van de verschillende oplossingen

Chemische Oplossing: Hartslagfrequentie (%) Classificatie:

per minuut:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

92

Conclusies:

Trek conclusies uit de verkregen resultaten.

Vergelijk deze conclusies met de hypothese en beoordeel of deze hypothese juist was en met literatuurgegevens.

Discussie:

Bespreek de betrouwbaarheid van de verkregen resultaten.

Doe voorstellen voor verbetering van het experiment. Literatuur: Bronnen worden als volgt weergegeven:

boeken: naam auteur(s), titel van het boek;

artikelen: naam auteur(s), titel van het artikel, naam van het tijdschrift;

websites: vermelding van de link/website.

93

BIJLAGEN Peervragen bij de module Elektriciteit klas 4 vwo Dot Natuurkunde 2011

Introductie In de module wordt een bepaalde voorkennis verondersteld. Deze kunnen na de introductie testen d.m.v. peer-instructie. Peer instruction - korte inleiding Hoe krijg je leerlingen zover, dat ze zich gaan richten op het begrijpen van de theorie in plaats van op het maken van meters. Eric Mazur kan met zijn methode, genaamd Peer Instruction, hier mogelijk een oplossing voor bieden. Bij deze methode worden leerlingen “gedwongen” om na te denken over de natuurkundige concepten. In de hoop dat de leerlingen daar uiteindelijk het nut van gaan inzien. Een van de uitgangspunten moet zijn dat ze gaan beseffen, dat het begrijpen van de natuurkundige concepten nuttiger is, dan het maken van meters. Dat het op termijn wellicht zelfs tijdefficiënt is en dat het vooral veel leuker kan zijn. Het doel van Peer Instruction is om de leerlingen actief bij de les te betrekken en hun aandacht op de onderliggende concepten te vestigen. De uitleg in een Peer Instruction les wordt beperkt tot kernpunten. Dit in tegenstelling tot een traditionele les, waarin het tekstboek een onderwerp of kernbegrippen tot in detail wordt behandeld. Een belangrijk onderdeel van de methode is de ConcepTest, waarbij in multiple-choice vorm een enkel onderwerp wordt getoetst. Een voorbeeld van zo'n ConcepTest staat in figuur 1.

Figuur 1: Voorbeeld van een ConcepTest.

94

Een ConcepTest als deze wordt in een les getoond. De leerlingen geven individueel (zonder enig contact met medeleerling) antwoord op de vraag middels een stemkastje of door het ophouden van gekleurde kaartjes. De uitkomsten van de ConcepTests bepalen de loop van de les. De inhoud en tempo van een les wordt dus voortdurend gestuurd door realtime feedback van de leerlingen. Hoe dit te werk gaat is schematisch weergegeven in figuur 2. De docent introduceert door middel van een korte presentatie een kernpunt. Daarna volgt een bijpassende ConcepTest. De leerlingen krijgen 1 tot 2 minuten de tijd om individueel na te denken en een antwoord te geven op de vraag. Deze antwoorden worden via stemkastjes doorgegeven aan een computer, op dat moment alleen voor de docent zichtbaar. Een voordeel van deze stemkastjes is dat het snel gaat. Op het computerscherm kan de docent direct zien hoeveel procent van de leerlingen het antwoord goed heeft. Bovendien kunnen alle gegevens eenvoudig digitaal worden opgeslagen, zodat de docent achteraf op zijn gemak kan bekijken welke leerling(en) extra hulp nodig hebben. Hieronder volgt een schematische weergave van het verloop van een Peer Instruction les:

Figuur 2: Schematische weergave van het verloop van een les met Peer Instruction16. Als grofweg 35% tot 70% van de leerlingen het goede antwoord weet te geven, dan kan de Peer discussie beginnen. Ondertussen hebben de leerlingen nog niet te horen gekregen wat het goede antwoord is. Ze weten op dat moment ook niet hoeveel procent van de leerlingen het goede antwoord heeft gegeven. Tijdens de peer discussie bediscussiëren leerlingen hun antwoord met elkaar. De docent zal ondertussen de leerlingen aanmoedigen om een andere leerling te overtuigen van hun antwoord met behulp van natuurkundige argumenten. De docent probeert in deze fase geen aanwijzingen te geven die tot het goede antwoord leiden.

95

Na 2 tot 4 minuten beëindigt de docent de discussies en krijgen de leerlingen voor de tweede keer de mogelijkheid om een antwoord te geven op de gestelde vraag. Als er nu, doordat een aantal leerlingen hun antwoord hebben herzien, voldoende leerlingen het goede antwoord hebben geven dan volgt er nog een korte uitleg van de docent. Daarmee is dit kernonderwerp afgesloten en kan het volgende kernonderwerp behandeld worden. Als nu blijkt dat er te weinig leerlingen het antwoord goed hebben (wederom zichtbaar op het computerscherm), dan begint het proces opnieuw met een andere ConcepTest over hetzelfde kernonderwerp. De Peer discussie vindt alleen maar plaats als 35% tot 70% van de leerlingen het goede antwoord geeft op een nieuwe ConcepTest. De ConcepTest moet daarop ontworpen zijn. Wanneer er minder dan 35% van de leerlingen het antwoord goed heeft, dan kan de ConcepTest niet goed zijn (bijvoorbeeld niet eenduidig genoeg) of er zijn te weinig leerlingen die het onderwerp hebben begrepen om een zinnige discussie in de klas te starten. De peer discussie wordt dan overgeslagen. De cyclus begint vooraan met een andere ConcepTest over hetzelfde kernonderwerp. Als veel leerlingen de eerste vraag in eerste instantie goed hebben, dan is er te weinig te winnen met peer discussie. Ook in dit geval wordt de peer discussie overgeslagen en kan het kernonderwerp worden afgesloten met een korte uitleg van de docent. Daarna begint de cyclus weer vooraan, maar dan met een ander kernonderwerp.

Uit het afstudeerverslag van Mehmet Cimen Uitvoering We maken gebruik van de demo “serie parallelschakeling van lampen 12V en 230V met behulp van een regeltrafo”. Demo Serie parallelschakeling, lampen 12V en 230V met regeltrafo. Benodigdheden:

Lampjes 12V 350mA

Lampen 230V 40W, 60W, 100W

Infraroodlamp 230V 250W

Lampje 12V 10W

Fitting laagspanning

Fitting 230V

Regeltransformator

Spanningsmeter

4 meetsnoertjes Uitvoering: Sluit het 12V lampje en de 230V 100W lamp parallel aan op de regeltrafo. (foto boven).

96

Laat de LL voorspellen/stemmen welke lamp gaat branden als de regeltrafo langzaam opgedraaid wordt. Er kan een voltmeter aangesloten worden over de regeltrafo (niet op foto). Sluit nu het 12V lampje en de 230V 100W lamp in serie aan op de regeltrafo. (foto beneden). Laat de LL voorspellen/stemmen welke lamp gaat branden als de regeltrafo opgedraaid wordt. Bij gebruik van een 100W lamp zullen beide lampen ongeveer gelijktijdig licht gaan geven. Laat de LL voorspellen wat er gebeurd als er een 40W lamp gebruikt wordt. Laat de LL voorspellen wat er gebeurd als er een 60W lamp gebruikt wordt. Laat de LL voorspellen wat er gebeurd als er een spaarlamp gebruikt wordt. !!!!! Gebruik geen elektronische regeling i.p.v. de regeltrafo deze gaat kapot (te lage weerstand van het 12V lampje)!!!!!!. Extra: Schakel een infraroodlamp 230V 250W in serie met een lampje 12V 10W. Stel de regeltrafo in op ongeveer 70V. Schakel de spanning in bij 70V en kijk wat er gebeurt met beide lampen. Discussieer met de LL wat ze zien en wat er hier aan de hand is. Met Coach is een leuke activiteit te maken door in de tijd de lichtopbrengst van iedere lamp te meten en de spanning over 12V lamp. Peervragen bij demo serieparallelschakeling van lampen 12V en 230V Sluit op de regeltrafo een lamp aan 230V 100W. Schakel de spanning in en laat zien dat de lamp feller gaat branden als je de regelknop opdraait. Draai de knop terug en zet de schakelaar uit.

Sluit nu een lamp 12v 350mA parallel aan de 230V 100W lamp. Schakel de spanning in en draai de knop op tot één of beide lampen fel gaan branden. A De 230V lamp gaat fel branden. B Beide lampen gaan fel branden. C De 12V lamp gaat fel branden. D Geen van beide lampen gaan fel branden.

Antwoord A: % Antwoord B: % Antwoord C: % Antwoord D: % Na Peer discussion:

Sluit nu een lamp 230V 25W en een lamp 12V 350mA in serie aan.

97

Schakel de spanning in en draai de knop op. A De lamp 12V gaat branden. B Beide lampen gaan branden. C De lamp 230V gaat branden D Geen van beide lampen gaan branden. E Dit is met deze gegevens niet te beantwoorden

Geen discussie

Sluit nu een lamp 230V 60W en een lamp 12V 350mA in serie aan. Schakel de spanning in en draai de knop op. A De lamp 230V gaat branden. B De lamp 12V gaat branden. C Geen van beide gaan branden. D Beide lampen gaan branden. E Dit is met deze gegevens niet te beantwoorden

Geen discussie

Sluit nu een lamp 230V 100W en een lamp 12V 350mA in serie aan. Schakel de spanning in en draai de knop op. A De 12V lamp gaat branden. B Geen van beide lampen gaan branden. C Beide lampen gaan branden. D De 230V gaat branden. E Dit is met deze gegevens niet te beantwoorden

Antwoord A: % Antwoord B: %

98

Antwoord C: % Antwoord D: % Na Peer discussie:

Sluit nu een spaarlamp en een lamp 12V 350mA in serie aan. Schakel de spanning in en draai de knop op. A Beide lampen gaan branden B Geen van beide lampen gaan branden C De spaarlamp gaat branden D De 12V 350mA lamp gaat branden. E Dit is met deze gegevens niet te beantwoorden

Uitvoering 2 Aan het einde van de module kan met behulp van deze demo de extra vraag gedemonstreerd worden. Het is lastig hier goede peervragen bij de maken maar de discussie “wat is hier aan de hand” is interessant genoeg om te voeren en geeft een indruk of de leerdoelen gehaald zijn. Extra vraag bij demo serie parallelschakeling met lampen 12V en 230V Stel de regeltrafo in op ongeveer 70V Sluit hierna een lamp 230V 250W (infraroodlamp) in serie met een lamp 12V 10W aan op de regeltrafo. Schakel de spanning in en kijk wat er gebeurd.

A B C D

99

Alternatief voor het verdoven van fruitvliegen: • Vul een bak met water en flink wat ijs. • Zet hierin een rekje voor kweekbuizen. • Schud de te verdoven vliegen in een lege kweekbuis en doe hier een stop op. Niet in de buis met voedingsbodem verdoven. De vliegen vallen naar beneden als ze verdoofd zijn en plakken aan de voedingsbodem vast. • Zet de buis in het rekje. • Tik met de buis tegen de onderkant van het rekje zodat de vliegen naar beneden vallen. • Herhaal dit eventueel enkele keren, tot de vliegen allemaal op de bodem van de buis blijven liggen. • Laat de buis minimaal 5 minuten en maximaal 20 minuten in het ijswater staan. Als ze te lang koud staan overleven ze het niet, de grens ligt ergens rond de dertig minuten. Ze blijven ook niet langer onder zeil als ze langer dan 5 minuten gekoeld worden. • Neem een koelelement uit de koelkast. Hoe groter des te meer ruimte om met de vliegen te schuiven. Als er honderd vliegen geteld moeten worden is een klein element erg krap. Als ze zonder koeling op tafel liggen komen ze na ongeveer 5 à 10 minuten weer bij. • Omwikkel het element met een vel wit A4 papier en zet het aan de onderkant vast met plakband. • Schud de vliegen op het papier en bekijken maar. De vliegen blijven nu ongeveer een half uur verdoofd.