← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Fundamental · Werkboek · 10. Materialen en hun eigenschappen
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
F10. Materialen en hun eigenschappen — werkboek
FFundamental · deel F2 · Materie en materialen

Werkboek · hoofdstuk 10Materialen en hun eigenschappen

Waarom een kas uit aluminium en polycarbonaat bestaat, en hoe je dat met proeven en een keuzetabel onderbouwt

Je begint met de families en de juiste woorden voor eigenschappen. Daarna test je materialen zelf, meet je doorbuiging, onderzoek je roest en warmtegeleiding en werk je met keuzetabellen en recyclagecodes. In de uitdagingen kies je de materialen van de plantentafel en de bakjes (opdracht 10.11, voor je Habitat-portfolio), debatteer je over hout of aluminium, maak je een composiet en reken je aan de energie van een blikje.

4× oefenen6× toepassen5× uitdagen± 386 min0/15 gedaan
MMaterie en chemieDOntwerpen en makenKKrachten, beweging en constructies
Vijf families, tientallen materialen. Welk ervan past bij welk onderdeel?
Vijf families, tientallen materialen. Welk ervan past bij welk onderdeel?
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
10.1

Welke familie?

Oefenen1Begrijpen10 min
Deel elk voorwerp in bij een materiaalfamilie: hout, metaal, kunststof, keramiek en glas, of composiet.
  1. a
    Vul in.
    voorwerpmateriaalfamilie
    (a) glazen bokaal
    (b) drankfles van PET
    (c) blikje
    (d) pollepel
    (e) koffiekop
    (f) raceframe van koolstofvezel
    (g) baksteen
    (h) elektriciteitsdraad (binnenkant)
    (i) brugpijler
    (j) kastdeur van MDF
10.2

Het juiste woord

Oefenen1Begrijpen10 min
Welke eigenschap wordt telkens beschreven? Kies uit: hardheid, sterkte, stijfheid, elastisch, plastisch, bros, taai, geleiding, duurzaamheid.
  1. a
    Vul in.
    situatieeigenschap
    (a) Een diamant maakt een kras in glas.
    (b) Een elastiekje neemt na het uitrekken zijn vorm weer aan.
    (c) Een bord valt en ligt in stukken.
    (d) In kabels zit koper.
    (e) Een houten paaltje in de tuin is na tien jaar vergaan.
    (f) Een staalkabel houdt een lift van 1000 kg.
    (g) Een boekenplank buigt door onder de boeken.
    (h) Een autodeur deukt bij een botsing, maar breekt niet.
    (i) Een lepel die je plooit, blijft geplooid.
10.3

Wie krast wie?

Oefenen2Analyseren12 min
Een leerling test vier onbekende materialen P, Q, R en S. Resultaten: P krast Q en S; Q krast S; R krast P, Q en S; S krast niets. De vingernagel krast S maar niet Q; de koperen munt krast Q maar niet P; het glas krast P, maar R krast het glas.
  1. a
    Rangschik P, Q, R en S van zacht naar hard.
  2. b
    Tussen welke waarden op de schaal van Mohs ligt elk materiaal? Gebruik de vergelijkingsvoorwerpen uit het handboek.
    materiaalhardheid tussen
  3. c
    Welk materiaal zou je kiezen voor het venster van een horloge, en waarom?
10.4

Waarom dit materiaal?

Oefenen2Begrijpen12 min
Verklaar elke keuze met één of twee eigenschappen.
  1. a
    (a) Een pan met een koperen bodem en een handvat van bakeliet (een kunststof).
  2. b
    (b) Een elektriciteitskabel: koperdraad in een PVC-mantel.
  3. c
    (c) Een spoelbak in roestvast staal.
  4. d
    (d) Een veiligheidsbril met glazen van polycarbonaat.
  5. e
    (e) Vloertegels van keramiek in een keuken.
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
10.5

Labo: zeven materialen testen

Toepassen3Labo50 min
Voer de proef 'Buigen, krassen en geleiden' uit het handboek uit met zeven stroken van dezelfde afmetingen.
  1. a
    Voorspel eerst: welk materiaal buigt het meest, welk is het hardst, welke geleiden?
  2. b
    Meet en noteer.
    strookdoorbuiging (mm)terug na loslaten?ver buigenkras metled
  3. c
    Rangschik de materialen van stijf naar slap. Past dat bij de families?
  4. d
    Welke variabelen hield je gelijk, en waarom is dat nodig?
Zo wordt dit beoordeeld
VeiligheidBril bij het buigen; niet naar het gezicht buigen.
Eerlijke proefZelfde afmetingen, zelfde uitsteeklengte, zelfde gewicht, zelfde manier van krassen.
MetingenDoorbuiging in mm met een lat op ooghoogte; waarnemingen per proef.
BesluitRangschikking per eigenschap, en verband met de families.
10.6

Doorbuiging meten

Toepassen3Analyseren20 min
Twee stroken van 20 × 3 mm steken 20 cm uit. Je hangt steeds meer gewicht aan het uiteinde.
aluminiumPVC
massa (g)doorbuiging (mm)massa (g)doorbuiging (mm)
00,000,0
2001,7203,9
4003,3407,8
6005,06011,6
8006,68015,5

Na alle metingen hang je nog 2000 g aan de aluminium strook. Als je het gewicht wegneemt, blijft het uiteinde 3 mm lager staan dan in het begin.

  1. a
    Teken voor beide stroken de grafiek van de doorbuiging tegenover de massa.
  2. b
    Is de doorbuiging recht evenredig met de massa? Hoe zie je dat?
  3. c
    Bereken voor elke strook de doorbuiging per 100 g. Hoeveel keer stijver is aluminium dan PVC?
  4. d
    Wat toont de meting met 2000 g? Gebruik de woorden elastisch en plastisch.
10.7

Roest onderzocht

Toepassen3Analyseren15 min
Vijf gelijke ijzeren spijkers liggen een week in een afgesloten potje. Resultaat:
potjeomstandigheidna een week
1droge lucht (met droogmiddel)blank
2gekookt water met een laagje olie eropbijna blank
3kraanwater, deels ondergedompeldroest, vooral aan het wateroppervlak
4zout water, deels ondergedompeldveel roest
5zout water, maar een verzinkte spijkerblank, een wit laagje op het zink
  1. a
    Wat is er nodig om ijzer te laten roesten? Welke potjes tonen dat?
  2. b
    Waarom kook je het water in potje 2 en giet je er olie op?
  3. c
    Wat versnelt roesten? Waar ter wereld roesten auto's het snelst, denk je?
  4. d
    Welke schroeven gebruik je in de vochtige meetkas? Waarom geen gewone stalen?
10.8

Een keuzetabel voor de plantenbakjes

Toepassen3Rekenen20 min
Voor de twaalf plantenbakjes twijfel je tussen polypropeen (PP), terracotta (gebakken klei) en hout.
criteriumgewichtPPterracottahout
houdt water, lekt niet3522
licht2513
gaat lang mee in vocht3442
goed voor de wortels (lucht)2254
prijs1533
recycleerbaar of natuurlijk1335
  1. a
    Bereken het totaal voor elke optie. Wat is het maximum?
  2. b
    Welke optie wint? Verklaar twee scores met een eigenschap uit dit hoofdstuk.
  3. c
    Een tuinier vindt 'goed voor de wortels' het belangrijkste (gewicht 3) en 'licht' onbelangrijk (gewicht 1). Verandert de winnaar?
10.9

Recyclagecodes en de kringloop

Toepassen2Begrijpen12 min
Gebruik de tabel met recyclagecodes en de materialenkringloop uit het handboek.
  1. a
    Welke kunststof hebben: (a) een waterfles, (b) een dop, (c) een boterhamzakje, (d) een plantenbakje van de meetkas, (e) een kasplaat van polycarbonaat?
  2. b
    Waarom is polycarbonaat (code 7) moeilijker te recycleren dan PET (code 1)?
  3. c
    Zet in volgorde van voorkeur: verbranden, hergebruiken, storten, recycleren, minder gebruiken.
  4. d
    Geef voor de meetkas een voorbeeld van hergebruiken en een voorbeeld van recycleren.
10.10

Onderzoek: welk materiaal voelt het koudst?

Toepassen3Onderzoeken40 min
Plaatjes van even grote afmetingen (bijvoorbeeld 10 × 10 cm, 3 mm dik) van aluminium, koper, staal, glas, hout en polycarbonaat liggen al een uur in het klaslokaal. Voel eraan: welk voelt het koudst? Leg dan op elk plaatje een even groot ijsblokje en meet hoe lang het duurt tot het gesmolten is.
  1. a
    Voorspel: welk plaatje voelt het koudst, en op welk smelt het ijsblokje het snelst? Hebben de plaatjes een verschillende temperatuur?
  2. b
    Meet.
    plaatjevoelt (koud/lauw)smelttijd (min)
  3. c
    Verklaar je resultaten met warmtegeleiding.
  4. d
    Hoe controleer je dat alle plaatjes echt even warm zijn?
Zo wordt dit beoordeeld
VoorspellingMet een reden.
Eerlijke proefEven grote plaatjes en ijsblokjes, zelfde ruimte, zelfde start.
VerklaringMetaal voert warmte snel aan (naar het ijs) en af (weg van je hand); kunststof en hout traag.
ControleTemperatuur gemeten met een thermometer of een infraroodthermometer.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
10.11

Habitat: materialen voor de plantentafel en de bakjes

Uitdagen4Habitat50 min
De twaalf bakjes met vochtige potgrond wegen samen ongeveer 43 kg (hoofdstuk 7). Ze staan op een tafel van 1,18 m × 0,58 m op 30 cm hoogte, boven het reservoir. Opties voor het tafelblad (18 mm dik): multiplex voor binnen, watervast multiplex, een plaat HDPE, en een rooster van aluminium profielen.
  1. a
    Stel minstens vijf criteria op voor het tafelblad, met een gewicht en een reden.
    criteriumgewichtwaarom?
  2. b
    Geef elke optie een score van 1 tot 5 per criterium, met een korte reden, en bereken de totalen.
  3. c
    Welke optie kies je? Verandert de keuze als je de gewichten een beetje verschuift?
  4. d
    Welke materialen kies je voor de bakjes en voor de schroeven van het frame? Verwijs naar opdracht 10.7 en 10.8.
  5. e
    Portfolio: vat de materiaalkeuze van de hele meetkas samen in een tabel (onderdeel, materiaal, belangrijkste reden).
    onderdeelmateriaalbelangrijkste reden
Zo wordt dit beoordeeld
CriteriaPassend bij de taak: draagt 43 kg zonder door te buigen, vochtbestendig, licht, bewerkbaar, prijs.
ScoresOnderbouwd met eigenschappen of metingen, niet met gevoel.
ControleGevoeligheid voor de gewichten besproken; wat de tabel niet ziet benoemd.
PortfolioVolledige tabel voor frame, wanden, tafel, bakjes en schroeven.
10.12

Debat: hout of aluminium voor het kasframe?

Uitdagen3Argumenteren25 min
Een groep wil het frame van de meetkas toch in hout maken: 'Hout groeit terug, aluminium kost veel energie.' Een andere groep houdt vast aan aluminium. Bereid beide kanten voor.
  1. a
    Geef drie argumenten voor hout.
  2. b
    Geef drie argumenten voor aluminium.
  3. c
    Welke informatie zou je nodig hebben om het echt te beslissen? Denk aan de hele levensloop.
  4. d
    Formuleer een compromis of een eigen standpunt in twee zinnen.
Zo wordt dit beoordeeld
ArgumentenJuist en concreet: grondstof, energie, levensduur, onderhoud, recyclage, massa.
LevensloopDenkt aan de hele kringloop, niet alleen aan de grondstof.
StandpuntHelder, en gebaseerd op de argumenten.
10.13

Maak: een composiet uit gips

Uitdagen4Maken60 min
Giet gipsstaafjes van 20 cm × 3 cm × 1,5 cm in een mal (bijvoorbeeld een melkpak dat je in de lengte doorsnijdt). Maak drie soorten: zonder versterking, met twee stukken touw in de lengte net boven de bodem van de mal, en met een strook jute of glasvezelmat onderaan. Laat twee dagen drogen. Leg elk staafje op twee steunen 15 cm uit elkaar en hang in het midden een emmertje waarin je voorzichtig zand giet tot het staafje breekt. Weeg het emmertje.
  1. a
    Voorspel welk staafje het meeste draagt, en hoe elk staafje zal breken.
  2. b
    Meet.
    staafjemassa emmer bij breuk (g)hoe brak het?
  3. c
    Aan welke kant van het staafje moet de versterking zitten: boven of onder? Waarom? Test het eventueel met een staafje dat je omgekeerd legt.
  4. d
    Wat is het verschil tussen de breuk van gewoon gips en van versterkt gips? Welk woord uit dit hoofdstuk past bij elk?
Zo wordt dit beoordeeld
MakenDrie gelijke staafjes, versterking correct geplaatst, voldoende gedroogd.
MetenZand langzaam toegevoegd; massa bij breuk gewogen; breuk beschreven.
VerklaringOnderaan trek, bovenaan druk; de vezels vangen de trek op.
VeiligheidStofmasker bij het mengen van gipspoeder; handen wassen; het emmertje valt op een zachte ondergrond.
10.14

De energie van een blikje

Uitdagen4Rekenen25 min
Een leeg aluminium blikje van 33 cL weegt ongeveer 13 g. Nieuw aluminium maken kost ongeveer 186 MJ per kg, gerecycleerd aluminium ongeveer 8,3 MJ per kg (1 MJ = 1 miljoen joule). Om 1 L water van 20 °C aan de kook te brengen, is ongeveer 0,33 MJ nodig.
  1. a
    Hoeveel energie kost het aluminium van één blikje, nieuw en gerecycleerd?
  2. b
    Hoeveel energie bespaar je per gerecycleerd blikje? Met hoeveel volle waterkokers (1 L) komt dat overeen?
  3. c
    Hoeveel procent besparing is dat?
  4. d
    Het aluminium frame van de meetkas weegt 3,1 kg. Hoeveel energie kostte het als nieuw aluminium, en als gerecycleerd aluminium?
  5. e
    Waarom is recycleren van aluminium zo interessant, en waarom haal je toch nooit 100 % terug?
10.15

Waarom brak de Schenectady?

Uitdagen4Analyseren25 min
Met de kerfslagproef meet je hoeveel energie een ingekerfd staafje opneemt voor het breekt: veel energie betekent taai, weinig betekent bros. Vereenvoudigde voorbeeldwaarden voor twee soorten scheepsstaal:
temperatuur (°C)−40−200102040
staal uit 1943 (J)5712255590
modern scheepsstaal (J)60110140150150155
  1. a
    Zet beide reeksen in één grafiek (temperatuur horizontaal).
  2. b
    Bij welke temperatuur wordt het oude staal ongeveer bros (sterke daling)? En het moderne?
  3. c
    Leg met de grafiek uit waarom schepen van het oude staal vooral in de winter braken.
  4. d
    Waarom is 'sterk' niet genoeg als je staal kiest voor een schip, een brug of het frame van een poolstation?
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet